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在哪些情况下变频器需要配制动电阻?

变频器的动态电阻主要用于通过制动电阻消耗DC母线电容器上的部分能量,从而避免电容器的高电压。理论上,如果电容器储存更多的能量,就可以释放出来驱动电机,避免能量浪费。然而,电容器的容量是有限的,电容器的耐压也是有限的。当母线电容器的电压达到一定水平时,可能会损坏电容器,有的还可能损坏IGBT。因此,需要及时通过制动电阻释放电能。这个版本被浪费了,没有办法做到。

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总线电容是一个缓冲区,可以容纳有限的能量


三相交流电全部整流后,接至电容器。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,但最低电压不能低于480伏,否则会欠压报警保护。母线电容一般由两组450伏电解电容串联而成,理论耐压为900伏。如果母线电压超过这个值,电容器会直接爆炸,所以母线电压在任何情况下都不能达到900 V这样的高电压。


实际上,三相输入380伏的IGBT耐压为1200伏,经常要求在800伏以内工作。考虑到如果电压升高,总会出现惯性问题,即如果让制动电阻立即工作,母线电压不会快速下降。因此,许多逆变器被设计成在大约700伏时通过制动单元开始工作,从而可以降低总线电压,并且总线电压不会继续向上冲。


因此,制动电阻设计的核心是考虑电容器和IGBT模块的耐压,以防止这两个重要器件被母线的高电压损坏。如果这两个部件损坏,变频器将无法正常工作。


快速停车需要制动阻力,也需要瞬间加速


变频器母线电压会变高的原因是变频器使电机工作在电子制动状态,使IGBT通过一定的导通顺序。使用电机,大电感的电流不会突变,瞬间产生高压给母线电容充电。这时,让电机快速减速。如果没有制动电阻及时消耗母线的能量,母线电压会持续升高,威胁逆变器的安全。



如果负载不重,不需要急停,在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,制动电阻也不会工作。


大负荷减速场合除了需要增加制动电阻和制动单元进行快速制动外,实际上如果满足启动时间相对较大、启动时间非常快的要求,也需要制动单元和制动电阻配合启动。以前我尝试过用变频器驱动专用冲床,要求变频器的加速时间设计为0.1秒。此时,它已满负荷启动。虽然负荷不是很重,但加速时间太短。此时母线电压波动非常剧烈,会出现过电压或过电流。之后增加外部制动单元和制动电阻,变频器可以正常工作。分析认为,启动时间过短,母线电容电压瞬间掏空,整流器瞬间充入大电流,导致母线电压突然升高,使母线电压波动过大,瞬间可能超过700伏。有了制动电阻,波动的高压可以及时消除,逆变器可以正常工作。


还有一种特殊情况,在矢量控制中,电机的扭矩和速度方向相反,或者电机在零转速和100%扭矩输出下工作。例如,当起重机坠下重物停在半空中,收放卷场合需要扭矩控制时,电机需要工作在发电机状态,持续的电流会反向充入母线电容。通过制动电阻器,可以及时消耗该能量,以保持总线电压平衡和稳定。


很多小型变频器,比如3.7KW的,往往内置制动单元和制动电阻,这要考虑到母线电容降低的原因,而小功率电阻和制动单元就没那么贵了。

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