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[摘 要]根据变频调速系统在生产应用中所出现的问题，本文分析了电压型变频器的制动过程，说明了快速制动的原理和方法，并给出了相应的电路图及计算公式。
[关键词]变频调速系统；能耗制动；回馈制动
中图分类号：TG333.17 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0243-01
引言
在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好。其调速范围大、静态稳定性好、运行效率高。采用通用变频器对笼形异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高且经济效益显著，所以其应用范围不断扩大。
在实践中发现，如果对变频系统制动时间设定过低，有时会发生系统运行不稳定，甚至变频器逆变桥的电力晶体管（GTR）被击穿等现象发生。本文就电压型变频器调速系统快速制动的原理和方法进行探讨。
1.变频器传动中的制动状态
在通用变频器，异步电动机和机械负载所构成的变频调速传动系统中，当电动机减速或所传动的位能负载下放时，异步电动机将处于再生发电制動状态。传动系统中所储存的机械能经异步电动机转换成电能，逆变器的六个回馈二极管将这种电能回馈到直流侧，此时的逆变器处于整流状态。如果在标准型变频器中不采取额外措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。当电动机的制动并不太快，电容器的电压升高值并不十分明显。一旦电动机恢复到电动状态，这部分能量又被负载所重新利用。当制动较快，电容器电压就会升的过高，为保证系统的安全运行，就必须设法处理这部分再生能量。
在通用变频器中。对再生能量的处理方法主要有两种：利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电动机的再生能量，一般称之为能耗制动；另一种采用附加逆变单元将能量回馈到电网，这种方式被称为回馈制动。采用回馈制动方式的变频器可以回收制动能量，提高系统的效率，特别对于位能性负载等，节能十分可观。但由于附加逆变单元的存在，使得变频器体积较大，成本高，且控制复杂，对电网电压的稳定性要求很高（如电网电压稳定性较差，可能发生换相失败导致烧坏熔断器）。采用能耗制动的变频器结构较为简单，造价低，因而在功率不太大的系统中应用较为普及。笔者所接触的是日本富士变频器，它属于电压型变频器，采用能耗制动方式。下面就电压型变频器如何实现快速制动的问题进行探讨。
电压型变频器的主回路结构形式如下图1所示，这种变频器大多数情况下采用6脉冲运行方式，晶闸管在一周期导通180°，属180°导电型。该电路的特点是，中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率有它来缓冲。由于大电容的作用，主回路直流电压比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯波。当电动机处于减速或所负载的位能负载下放时，电动机处于再生发电状态，再生电能经回馈二极管到直流侧，导致储能电容两端电压上升。如果传动系统转动惯量较大，变频器的减速时间设定太小，电容两端电压过高，将可能击穿GTR。
2.变频传动系统的快速制动
当变频传动系统由稳定运行进入停车运行时，系统指令变频器的输出频率由稳定数值向零减少。此时变频器的输出频率低于运行频率，电机进入发电机运行状态。当变频器用于驱动惯性较大的传动机构，或传动机构要求快速停车，或当系统拖动位能负载时，再生电能较大。在这种情况下必须采用能耗制动方式（制动单元）来消耗再生能量，以保证变频器的安全。
制动单元原理如图2所示，它包括晶体管VB，二极管VDB，和制动电阻RB。如果回馈能量较大或要求强制动，还可以选用接于H，G两点上外接制动电阻REB。当电动机制动，能量经逆变器回馈到直流侧时，直流回路的电压将升高。当该值超过设定值时，给VB施加基极信号使之导通，将RB（REB）与电容器并联起来，存贮在电容中的回馈能量经RB（REB）消耗掉，实现快速制动。基于这种事实，称这种制动方法为“能耗制动”。由上可见，实际上制动电阻中的电流是间歇的。
3.制动电阻TB的选用
（1）制动转矩的计算为：
式中：GDL2--负载折算到电机轴上的飞轮矩（N.m）；
（2）制动电阻阻值的计算：
（3）制动时平均功耗的计算
4.结束语
采用“制动单元”来消耗回馈电能，在变频调速系统中可以实现快速制动。
参考文献
[1] 韩安荣.通用变频器及其应用.机械工业出版社，2012.
[2] 佟纯厚：近代交流调速.冶金工业出版社，2009.
[关键词]变频调速系统；能耗制动；回馈制动
中图分类号：TG333.17 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0243-01
引言
在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好。其调速范围大、静态稳定性好、运行效率高。采用通用变频器对笼形异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高且经济效益显著，所以其应用范围不断扩大。
在实践中发现，如果对变频系统制动时间设定过低，有时会发生系统运行不稳定，甚至变频器逆变桥的电力晶体管（GTR）被击穿等现象发生。本文就电压型变频器调速系统快速制动的原理和方法进行探讨。
1.变频器传动中的制动状态
在通用变频器，异步电动机和机械负载所构成的变频调速传动系统中，当电动机减速或所传动的位能负载下放时，异步电动机将处于再生发电制動状态。传动系统中所储存的机械能经异步电动机转换成电能，逆变器的六个回馈二极管将这种电能回馈到直流侧，此时的逆变器处于整流状态。如果在标准型变频器中不采取额外措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。当电动机的制动并不太快，电容器的电压升高值并不十分明显。一旦电动机恢复到电动状态，这部分能量又被负载所重新利用。当制动较快，电容器电压就会升的过高，为保证系统的安全运行，就必须设法处理这部分再生能量。
在通用变频器中。对再生能量的处理方法主要有两种：利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电动机的再生能量，一般称之为能耗制动；另一种采用附加逆变单元将能量回馈到电网，这种方式被称为回馈制动。采用回馈制动方式的变频器可以回收制动能量，提高系统的效率，特别对于位能性负载等，节能十分可观。但由于附加逆变单元的存在，使得变频器体积较大，成本高，且控制复杂，对电网电压的稳定性要求很高（如电网电压稳定性较差，可能发生换相失败导致烧坏熔断器）。采用能耗制动的变频器结构较为简单，造价低，因而在功率不太大的系统中应用较为普及。笔者所接触的是日本富士变频器，它属于电压型变频器，采用能耗制动方式。下面就电压型变频器如何实现快速制动的问题进行探讨。
电压型变频器的主回路结构形式如下图1所示，这种变频器大多数情况下采用6脉冲运行方式，晶闸管在一周期导通180°，属180°导电型。该电路的特点是，中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率有它来缓冲。由于大电容的作用，主回路直流电压比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯波。当电动机处于减速或所负载的位能负载下放时，电动机处于再生发电状态，再生电能经回馈二极管到直流侧，导致储能电容两端电压上升。如果传动系统转动惯量较大，变频器的减速时间设定太小，电容两端电压过高，将可能击穿GTR。
2.变频传动系统的快速制动
当变频传动系统由稳定运行进入停车运行时，系统指令变频器的输出频率由稳定数值向零减少。此时变频器的输出频率低于运行频率，电机进入发电机运行状态。当变频器用于驱动惯性较大的传动机构，或传动机构要求快速停车，或当系统拖动位能负载时，再生电能较大。在这种情况下必须采用能耗制动方式（制动单元）来消耗再生能量，以保证变频器的安全。
制动单元原理如图2所示，它包括晶体管VB，二极管VDB，和制动电阻RB。如果回馈能量较大或要求强制动，还可以选用接于H，G两点上外接制动电阻REB。当电动机制动，能量经逆变器回馈到直流侧时，直流回路的电压将升高。当该值超过设定值时，给VB施加基极信号使之导通，将RB（REB）与电容器并联起来，存贮在电容中的回馈能量经RB（REB）消耗掉，实现快速制动。基于这种事实，称这种制动方法为“能耗制动”。由上可见，实际上制动电阻中的电流是间歇的。
3.制动电阻TB的选用
（1）制动转矩的计算为：
式中：GDL2--负载折算到电机轴上的飞轮矩（N.m）；
（2）制动电阻阻值的计算：
（3）制动时平均功耗的计算
4.结束语
采用“制动单元”来消耗回馈电能，在变频调速系统中可以实现快速制动。
参考文献
[1] 韩安荣.通用变频器及其应用.机械工业出版社，2012.
[2] 佟纯厚：近代交流调速.冶金工业出版社，2009.