２Ｑ１３ Ｑ！ ３（王） Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 工业技术 制动电阻在变频调速中的应用 王明康 （中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司黑龙江哈尔滨１５４８５４） 摘要：由于变频调速的诸多优势，变频器在工业生产中得到了广泛应用。当系统的惯性较大，电机在迅速降速或停机时，电 机将产生再生电能回馈到变频器的直流母线上，导致母线电压升高，保护动作，造成设备停机，本文将针对此类工业环境中 制动电阻的应用做简单论述。 关键词：变频调速；制动单元；制动电阻 中图分类号：ＴＭ３４４．６ 文献标识码：Ａ 由于变频调速具有调速的平滑性、范 流很大，过大的电流会损坏整流管，为限 频器，即图１中虚线框所示部分；由于变 围大、启动电流小等优势，近年来在电动 机调速中的得到了广泛应用。在生产中， 诸如引风机这类惯性较大的设备，快速降 频或停机，会导致变频器过电压保护动 作，造成设备频繁停机，本文将从三相异 步电动机和变频器的工作原理出发，简述 制动电阻在此类工业环境中的应用。 １三相异步电动机的调速原理 三相异步电动机通入三相交流电，产 生旋转磁场，旋转磁场切割转子闭合导体 产生感应电流，转子电流与定子磁场相互 作用产生电磁力，带动转子旋转。我们定 义同步转速是指旋转磁场的速度，用ｎ。表 示；转子输出转速为ｎ；同步转速与转子转 速的差值与磁场同步转速之比，称为转差 率ｓ，ｆ为电源频率，Ｐ为电机极对数。 同步转速：ｎｏ＝６Ｏｆ／ｐ，转差率：ｓ＝ｆｎｏ－ｎ）／ ｎｏ．电动机转速：ｎ＝６０ｆ／ｐ（１一Ｓ） 由上式可知，改变电源频率、极对数 及转差率均可达到改变电机转速的目的。 然而在实际中，普通电机一经出厂，极对 数及转差率即固定不变，实现无级调速， 只能改变电源的频率。 ２变频器结构原理 ２．１变频器由主电路和控制电路组成 主电路是电源频率变换部分，主要由 三部分组成。包括将工频变换为直流功率 的“整流器”、吸收电压脉动的“滤波回 路”、以及将直流变换为交流的“逆变器”。 控制电路是给主电路提供控制信号的回 路，它包括运算、检测、速度检测、驱动、保 护等电路组成。 ２．２重点介绍变频器的主回路工作原 理 图１变频器主回路原理图 ２．２．１整流电路ＶＤＩ－ＶＤ６组成三相 桥式全波整流电路。 ２．２．１滤波电路。整流后的电压为脉 动电压，滤波电容Ｃ。起滤波作用。由于储 能电容较大，接入电源时电容两端电压为 ０，因而在上电瞬间滤波电容Ｃ。的充电电 －１４４－ 中国新技术新产品 制充电电流在整流桥上电瞬间串人充电 频器内部空间狭小，散热条件有限等原 电阻Ｒｓ，当ｃ。充电到一定程度时由旁路 因，后者则是适用于较大功率变频器或是 开关Ｋｓ将Ｒｓ短路。 对制动有特殊要求的工况中。 ２．２－３逆变电路。ｖ广ｖ 组成的逆变桥 当工况变化时，电机处于发电状态运 将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流 行，能量反馈回直流回路，使母线电压升 电。续流二极管Ｄ 一Ｄ 为无功电流返回到 高达到制动单元导通值时，电流流过制动 直流电源提供通道；当电机处于制动状态 电阻以热能形式消耗，电机的转速降低， 时，再生电能通过Ｄｒ＿Ｄ 返回直流回路； 母线电压也降低；当母线电压降至制动单 Ｖ 一Ｖ 进行逆变过程是同一桥臂两个逆变 元要关断的值，制动单元的功率管截止， 管交替导通和截止，在换相过程中也需要 制动电阻无电流流过；制动单元通过不断 Ｄｒ＿Ｄ６提供通路。 重复导通和关断过程，平衡母线电压，保 ２．２．４储能、制动电路。由于逆变管 证系统正常运行。 Ｖ。一Ｖ 每次由导通切换到截止状态的瞬 ４制动电阻单元在生产中的应用 间，Ｃ极和Ｅ极间的电压由近乎０Ｖ上升 某煤化工厂，闪蒸汽回收需要用到两 到直流电压值ＵＤ，过高的电压可能损坏 台引风机，配置两台１８．５ｋＷ变频电机，通 逆变管，储能电容Ｃ 、Ｃ 的作用便是降低 过两台变频器控制转速。在使用中，由于 Ｖｒ＿Ｖ 关断时的电压增长率；电机在减速 人口压力不稳定，为保证生产稳定，变频 时转子的转速可能超过此时的同步转速 器输出频率处于一个较宽的变化范围，经 而处于发电状态，系统的动能将回馈到母 常需要快速降频，由于该变频器容量较 线上致电压升高，甚至可能损坏变频器， 大，且属于惯性负载，变频器的迅速降频， 制动电阻Ｒｂ就是用来消耗这部分能量 导致变频器直流母线极短时间内形成泵 的。 升电压超允许值，保护动作，变频器频繁 ３电机回馈能量的产生及变频器制 停机，无法保证稳定运行，给生产带来严 动单元的作用 了重影响。通过加装制动单元和制动电阻 在引风机变频调速中，当工艺要求实 后，解决了这一生产难题。 现电机快速减速和停机时候，电机的同步 转速随着变频器输出频率随之下降，但由 ） Ｐ（＋）Ｂ１ 于此类负载惯性较大，电机的转子转速并 Ｎ Ｎ《０ 制 不能随之马上降低。当同步转速小于转子 变频嚣 制动单元 动 转速时，输出到电机轴的转矩变成了制动 ＦＤ．１ｌｓ豫 ＶＦＢＢ４ Ｏ 电 转矩，使电机的转速下降，此时电机变成 １８．ｊ Ｂ２ 阻 发电状态，再生电能回馈到直流电路。由 于直流电路的电能无法回馈到电网，仅靠 图２制动电阻的连接原理图 变频器内部功率有限的电阻吸收是不够 如图２，通过加装制动电阻单元，使回 的，电荷堆积使电压不断上升，过高的电 馈电能以热能的形式消耗在制动电阻上， 压将损坏内部元件。为保证变频器安全， 从而解决了变频器在驱动较大惯性负载， 内部的过压保护会动作，造成变频器停 迅速降频或快速停车导致的保护动作给 机。维持在此类工业环境中变频器稳定运 生产带来的不稳定。使变频调速更为广泛 行，必须将电动机发电制动状中回馈的电 的应用到工业生产中。 能消耗掉。 参考文献 通过在变频器直流母线上加装制动 ［１］顾绳谷．电机及拖动基础（第３版）【Ｍ】．机 电阻单元，将再生电能以热能形式消耗掉 械工业出版社．２Ｏ０４． 来实现转速快速降低或停车。它包括制动 ［２］王兆安．电力电子技术（第４版）【Ｍ］．机械 单元和制动电阻两部分。制动单元的功能 工业出版社．２０１１． 是当直流回路的电压ＵＤ超过规定的限值 【３】王廷才．变频器原理及应用（第２版）【Ｍ］． 时接通制动电阻，使电能通过电阻以热能 机械工业出版社．２０１１． 方式释放。制动电阻单元可分内置式和外 置式两种。前者是适用于小功率的通用变