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变频器在什么情况下需要准备制动电阻?

变频器(Variable-frequencyDrive,VFD)制动电阻的准备主要是通过制动电阻来消耗DC母线电容上的一部分能量,避免电容电压过高。理论上,如果电容储存的能量很大,可以用来释放出来驱动电机,避免能量浪费。但是,电容器的容量是有限的,电容器的耐受电压也是有限的。当母线电容器的电压达到一定水平时,电容器可能会损坏,有些甚至会损坏IGBT。所以需要及时制动电阻来释放电量。这种释放是白白浪费的,也没有办法做到。
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  母线电容器是能量有限的缓冲区。

  三相交流电全部整流后,接电容器。满载运行时,母线正常电压约为1.35倍,380*1.35=513伏。这个电压当然会实时波动,但最低不能低于480伏,否则会给出欠压报警保护。母线一般由两组450V电解电容串联而成,理论耐受电压为900V。如果母线电压超过这个值,电容会直接爆炸,所以母线电压无论如何也达不到900V。

  实际上380伏输入的三相IGBT的耐压是1200伏,经常要求工作在800伏以内。考虑到如果电压上升,会有一个惯性问题,就是你马上让制动电阻工作,母线电压不会很快下降,所以很多VFD都是通过制动单元让制动电阻在700伏左右开始工作,从而降低母线电压,避免上升。

  所以制动电阻设计的核心是考虑电容和IGBT模块的耐压,防止这两个重要器件被母线的高电压损坏。如果这两种组件坏了,VFD就不能正常工作。

  快速停车需要制动阻力,还需要瞬间加速。

  VFD母线电压会变高的原因很多时候是VFD。让电机工作在电子制动状态,让IGBT经过一定的导通顺序。利用电机的大电感,电流不会突然变化,瞬间产生高压给母线电容充电。这时,让电机快速减速。此时如果没有制动电阻及时消耗总线的能量,总线电压会继续上升,威胁VFD的安全。

  如果负载不重,又没有急停要求,这种情况下就不需要使用制动电阻。即使安装了制动电阻,也不会触发制动单元的工作阈值电压,制动电阻也不会投入运行。

  除了在重载减速的情况下需要增加制动电阻和制动单元进行快速制动外,其实如果满足重载启动时间和启动时间非常快的要求,还需要制动单元和制动电阻配合启动。以前我尝试过用VFD驱动专门的打孔机,要求VFD的加速时间设计为0.1秒。这时候就满负荷启动了,虽然负荷不是很重。但由于加速时间过短,此时母线电压波动较大,也会出现过电压或过电流。后来增加了外接制动单元和制动电阻,VFD可以正常工作。分析,是因为启动时间过短,母线电容电压瞬间被掏空,整流器瞬间有大电流充电,导致母线电压突然变高,使母线电压波动过大,瞬间可能超过700V。制动电阻的加入可以及时消除这种波动的高压,VFD可以正常工作。

  还有一种特殊情况,在矢量控制情况下,电机的转矩和速度方向相反,或者电机在零转速下工作,输出100%转矩。比如起重机掉重停在半空中,在放线和放线的情况下需要进行转矩控制,这样电动机就需要工作在发电机状态,持续的电流就会反向充入母线电容。通过制动电阻,可以及时消耗能量,保持母线电压平衡稳定。

  许多低功率VFD,如3.7千瓦,通常都有内置的制动单元和制动电阻。考虑到母线电容降低的原因,小功率电阻和制动单元就没那么贵了。


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