变频器电路中的制动电路
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变频器制动电阻选型_变频器制动电阻计算能耗制动的工作方式能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件,将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。
这是一种处理再生能量的最直接的办法,它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上,转化为热能,因此又被称为电阻制动,它包括制动单元和制动电阻二部分。
制动单元制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超过规定的限值时(如660V或710V),接通耗能电路,使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。
制动单元可分内置式和外置式二种,前者是适用于小功率的通用变频器,后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。
从原理上讲,二者并无区别,都是作为接通制动电阻的开关,它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。
制动电阻制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体,它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。
通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种:前者采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量,并选用高阻燃无机涂层,有效保护电阻丝不被老化,延长使用寿命;后者电阻器耐气候性、耐震动性,优于传统瓷骨架电阻器,广泛应用于高要求恶劣工控环境使用,易紧密安装、易附加散热器,外型美观。
制动过程能耗制动的过程如下:能耗制动的过程如下:A、当电机在外力作用下减速、反转时(包括被拖动),电机即以发电状态运行,能量反馈回直流回路,使母线电压升高;B、当直流电压到达制动单元开的状态时,制动单元的功率管导通,电流流过制动电阻;C、制动电阻消耗电能为热能,电机的转速降低,母线电压也降低;D、母线电压降至制动单元要关断的值,制动单元的功率管截止,制动电阻无电流流过;E、采样母线电压值,制动单元重复ON/OFF过程,平衡母线电压,使系统正常运行。
制动单元与制动电阻的选配A、首先估算出制动转矩=((电机转动惯量+电机负载测折算到电机测的转动惯量)*(制动前速度-制动后速度))/375*减速时间-负载转矩一般情况下,在进行电机制动时,电机内部存在一定的损耗,约为额定转矩的18%-22%左右,因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置;B、接着计算制动电阻的阻值=制动元件动作电压值的平方/(0.1047*(制动转矩-20%电机额定转矩)*制动前电机转速)在制动单元工作过程中,直流母线的电压的升降取决于常数RC,R即为制动电阻的阻值,C为变频器内部电解电容的容量。
如何计算变频器制动电阻的功率随着变频器在电机调速领域的普及与推广,在很多应用领域需要快速停车或瞬时减速,此时由于机械惯性的存在,电机的实际转速将会大于变频器输出的同步转速,电动机将运行于发电状态,或在起重/提升/开卷类应用中,电机输出转矩与实际转速方向相反时,电机也运行于发电状态。
系统的动能/重力势能等通过齿轮箱/电机和变频器转变为电能,除一部分以机械损耗的形式消耗掉外,大部分将通过变频器逆变 IGBT 的反并联二极管回馈到中间直流环节,对于电压源型变频器,虽然直流电容的容量较大,但其所能储存的能量依然有限,当电动机所发出的电能超过直流环节电容的储存能力、变频器网侧整流单元不具备回馈到电网的能力或回馈能力不足时,就必须在直流环节尽快把能量消耗掉,最简单的方式就是使用制动单元和制动电阻。
制动电阻功率的计算由于拖动系统的制动时间通常是短暂的,在短时制动过程中,制动电阻的温升还达不到其额度温升,而在制动后的停歇时间又较长,这时制动电阻的温度完全可以降至环境温度。
因此,选择制动电阻的额定功率完全可以小于通电时耗用功率。
西门子选型手册中给出的制动电阻的功率不能满足现场工况时,可以由公式(1)来计算得出:式中 PB0——制动电阻的最大功率。
式中 UD——直流回路电压,一般取 760V。
式中 RB——制动电阻的阻值。
RB 制动电阻的阻值可以从手册中查到,由变频器决定。
制动电阻的功率 PB0 安照公式(1)进行计算,当计算过程中所得的制动电阻的最大功率超过变频器额度功率时,以变频器的额定功率作为制动电阻的最大功率,这样选取的电阻可以长期接入电路工作。
但实际工况中制动电阻工作的的时间是短暂的,其实际功率值可以比耗用功率值小。
因此,决定制动电阻功率的原则是,在电阻的温升不超过其额定温升的前提下,应尽量减小其功率值。
实际选取时,制动电阻的功率按照公式(2)计算。
式中γB 为外接制动电阻功率的修正系数。
制动电阻功率修正系数的确定(1)不频繁制动的负载。
什么是变频器的制动电阻?原理如何?有什么用?如何计算大小?变频器制动电阻是用于将电动机的再生能量以热能方式消耗的载体,它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。
制动电阻主要是用来消耗伺服电机制动(急停)时产生的能量,不然可能会烧坏驱动器。
一、什么是变频器制动电阻变频器带动的电机或其他感性负载在停机的时候,一般都是采用能耗制动的方式来实现的,就是把停止后电机的动能和线圈里面的磁能都通过一个别的耗能元件消耗掉,从而实现快速停车。
当供电停止后,变频器的逆变电路就反向导通,把这些剩余电能反馈到变频器的直流母线上来,直流母线上的电压会因此而升高,当升高到一定值的时候,变频器的制动电阻就投入运行,使这部分电能通过电阻发热的方式消耗掉,同时维持直流母线上的电压为一个正常值。
6113961-f9a1735b e5d3b b b2.j p g二、变频器制动电阻原理当伺服电机制动的时候,该伺服电机处于发电状态。
这意味着能量将会返回到伺服驱动器的直流母线上。
因为直流母线包含电容,所以直流母线电压会上升。
电压增加的多少取决于开始制动时电机的动能以及直流母线上电容的容量。
如果制动动能大于直流母线上的电容量,同时直流母线上没有其他驱动器容纳该能量,那么驱动器将会通过制动电阻来消耗该能量,或者将其反馈给供电电源.6113961-33e9c33161f38712.j p g三、变频器制动电阻作用电机减速时,过大的设备惯量会将电动机变成发电机,这是出于发电运行状态,电机反向给变频器供电,这会造成变频器过压报警。
为了释放这部分能量,采用增大电阻功率(适当减小电阻值)的方法来实现的。
也有采用可反向供电到电源回路的,这在共直流母线的变频系统中运用的比较多,可节能。
制动电阻和发电效果是一样的,可防止变频器减速过压,减小减速距离,提高动态性能。
电机内置制动器一般是做最后停车制动的,而不做减速制动,这和电阻制动是有本质区别的,因为电阻制动只有电机减速的过程中有作用,在电机停止后是没有效果的,必须采用刹车才能让电机保持静止(有位能负载)。
变频器基本电路图目前,通用型变频器绝大多数是交—直—交型变频器,通常尤以电压器变频器为通用,其主回路图(见图1.1),它是变频器的核心电路,由整流回路(交—直交换),直流滤波电路(能耗电路)及逆变电路(直—交变换)组成,当然还包括有限流电路、制动电路、控制电路等组成部分。
1)整流电路如图1.2所示,通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。
它的功能是将工频电源进行整流,经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。
三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。
网络的作用,是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压,从而避免由此而损坏变频器。
当电源电压为三相380V时,整流器件的最大反向电压一般为1200—1600V,最大整流电流为变频器额定电流的两倍。
2)滤波电路逆变器的负载属感性负载的异步电动机,无论异步电动机处于电动或发电状态,在直流滤波电路和异步电动机之间,总会有无功功率的交换,这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。
同时,三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。
为了减小直流电压和电流的波动,直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。
通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容,通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组,以得到所需的耐压值和容量。
另外,因为电解电容器容量有较大的离散性,这将使它们随的电压不相等。
因此,电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻,消除离散性的影响,因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。
3)逆变电路逆变电路的作用是在控制电路的作用下,将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。
逆变电路的输出就是变频器的输出,所以逆变电路是变频器的核心电路之一,起着非常重要的作用。
最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件(GTR、IGBT、GTO等)组成的三相桥式逆变电路,有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断,可以得到任意频率的三相交流输出。
变频器制动电阻介绍及计算方法1 引言目前市场上变频器的制动方法大致有三种:能耗制动,直流制动,回馈(再生)制动。
目前关于制动电阻的计算方法有很多种,从工程的角度来讲要精确的计算制动电阻的阻值和功率在实际应用过程中不是很实际,主要是部分参数无法精确测量。
目前通常用的方法就是估算方法,由于每一个厂家的计算方法各有不同,因此计算的结果不大一致。
2 制动电阻的介绍制动电阻是用于将电动机的再生能量以热能方式消耗的载体,它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。
通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种:波纹电阻采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量,并选用高阻燃无机涂层,有效保护电阻丝不被老化,延长使用寿命,台达原厂配置的就是这样的电阻;铝合金电阻易紧密安装、易附加散热器,外型美观,高散热性的铝合金外盒全包封结构,具有极强的耐振性,耐气候性和长期稳定性;体积小、功率大,安装方便稳固,外形美观,广泛应用于高度恶劣工业环境使用。
3 制动电阻的阻值和功率计算3.1刹车使用率ED%制动使用率ED%,也就是台达说明书中的刹车使用率ED%。
刹车使用率ED%定义为减速时间T1除以减速的周期T2,制动刹车使用率主要是为了能让制动单元和刹车电阻有充分的时间来散除因制动而产生的热量;当刹车电阻发热时,电阻值将会随温度的上升而变高,制动转矩亦随之减少。
刹车使用率ED%=制动时间/ 刹车周期=T1/T2*100%。
(图1)图1刹车使用率ED%定义现在用一个例子来说明制动使用率的概念:10%的制动频率可以这样理解,如果制动电阻在10秒钟能够消耗掉100%的功率,那么制动电阻至少需要90秒才能把产生的热量散掉。
3.2制动单元动作电压准位当直流母线电压大于等于制动电压准位(甄别阈值)时,刹车单元动作进行能量消耗。
台达制动电压准位如表1所示。
3.3制动电阻设计(1)工程设计。
实践证明,当放电电流等于电动机额定电流的一半时,就可以得到与电动机的额定转矩相同的制动转矩了,因此制动电阻的粗略计算是:其中:制动电压准位电机的额定电流为了保证变频器不受损坏,强制限定当流过制动电阻的电流为额定电流时的电阻数值为制动电阻的最小数值。
变频器维修工作原理要想做好变频器维修,了解变频器基础知识当然是相当重要的,但是对于变频器维修,仅了解以上基本电路还远远不够的,还须深刻了解主回路电路,主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路部分组成。
下图是它的结构图。
图1.1变频器基本电路图分析目前,通用型变频器绝大多数是交—直—交型变频器,通常尤以电压器变频器为通用,其主回路图(见图1.1),它是变频器的核心电路,由整流回路(交—直交换),直流滤波电路(能耗电路)及逆变电路(直—交变换)组成,当然还包括有限流电路、制动电路、控制电路等组成部分。
图1.21)整流电路如图1.2所示,通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。
它的功能是将工频电源进行整流,经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。
三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。
网络的作用,是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压,从而避免由此而损坏变频器。
当电源电压为三相380V时,整流器件的最大反向电压一般为1200—1600V,最大整流电流为变频器额定电流的两倍。
2)滤波电路逆变器的负载属感性负载的异步电动机,无论异步电动机处于电动或发电状态,在直流滤波电路和异步电动机之间,总会有无功功率的交换,这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。
同时,三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。
为了减小直流电压和电流的波动,直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。
通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容,通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组,以得到所需的耐压值和容量。
另外,因为电解电容器容量有较大的离散性,这将使它们随的电压不相等。
因此,电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻,消除离散性的影响,因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。
3)逆变电路逆变电路的作用是在控制电路的作用下,将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。
变频器主电路图Prepared on 21 November 2021在分析变频器的故障时,有时如果知道变频器的电路原理,可以能更好地分析故障发生的原因。
主电路如图1所示:一、交-直变换部分1、VD1~VD6组成三相整流桥,将交流变换为直流。
如三相线电压为UL,则整流后的直流电压UD为:UD=2、滤波电容器CF作用:(1)滤除全波整流后的电压纹波;(2)当负载变化时,使直流电压保持平衡。
因为受电容量和耐压的限制,滤波电路通常由若干个电容器并联成一组,又由两个电容器组串联而成。
如图中的CF1和CF2。
由于两组电容特性不可能完全相同,在每组电容组上并联一个阻值相等的分压电阻RC1和RC2。
3、限流电阻RL和开关SLRL作用:变频器刚合上闸瞬间冲击电流比较大,其作用就是在合上闸后的一段时间内,电流流经RL,限制冲击电流,将电容CF的充电电流限制在一定范围内。
SL作用:当CF充电到一定电压,SL闭合,将RL短路。
一些变频器使用晶闸管代替(如虚线所示)。
4、电源指示HL作用:除作为变频器通电指示外,还作为变频器断电后,变频器是否有电的指示(灯灭后才能进行拆线等操作)。
二、能耗电路部分1、制动电阻RB 变频器在频率下降的过程中,将处于再生制动状态,回馈的电能将存贮在电容CF中,使直流电压不断上升,甚至达到十分危险的程度。
RB的作用就是将这部分回馈能量消耗掉。
一些变频器此电阻是外接的,都有外接端子(如DB+,DB-)。
2、制动单元VB 由GTR或IGBT及其驱动电路构成。
其作用是为放电电流IB 流经RB提供通路。
三、直-交变换部分1、逆变管V1~V6组成逆变桥,把VD1~VD6整流的直流电逆变为交流电。
这是变频器的核心部分。
常用的逆变管见:《》。
2、续流二极管VD7~VD12作用:(1)电机是感性负载,其电流中有无功分量,为无功电流返回直流电源提供“通道”;(2)频率下降,电机处于再生制动状态时,再生电流通过VD7~VD12整流后返回给直流电路;(3)V1~V6逆变过程中,同一桥臂的两个逆变管不停地处于导通和截止状态。
变频器原理变频器的主回路电压型变频器主电路包括:整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分组,交-直-交型变频器结构见附图1)整流电路: VD1~VD6组成三相不可控整流桥,220V系列采用单相全波整流桥电路;380V系列采用桥式全波整流电路。
2)中间滤波电路:整流后的电压为脉动电压,必须加以滤波;滤波电容CF除滤波作用外,还在整流与逆变之间起去耦作用、消除干扰、提高功率因素,由于该大电容储存能量,在断电的短时间内电容两端存在高压电,因而要在电容充分放电后才可进行操作。
3)限流电路:由于储能电容较大,接入电源时电容两端电压为零,因而在上电瞬间滤波电容CF的充电电流很大,过大的电流会损坏整流桥二极管,为保护整流桥上电瞬间将充电电阻RL串入直流母线中以限制充电电流,当CF充电到一定程度时由开关SL将RL短路。
4)逆变电路:逆变管V1~V6组成逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电,是变频器的核心部分。
常用逆变模块有:GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等,一般都采用模块化结构有2单元、4单元、6单元5)续流二极管D1~D6:其主要作用为:(1)电机绕组为感性具有无功分量,VD1~VD7为无功电流返回到直流电源提供通道(2)当电机处于制动状态时,再生电流通过VD1~VD7返回直流电路。
(3)V1~V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止,在换相过程中也需要D1~D6提供通路。
6)缓冲电路由于逆变管V1~V6每次由导通切换到截止状态的瞬间,C极和E极间的电压将由近乎0V上升到直流电压值UD,这过高的电压增长率可能会损坏逆变管,吸收电容的作用便是降低V1~V6关断时的电压增长率。
7)制动单元电机在减速时转子的转速将可能超过此时的同步转速(n=60f/P)而处于再生制动(发电)状态,拖动系统的动能将反馈到直流电路中使直流母线(滤波电容两端)电压UD不断上升,这样变频器将会产生过压保护,甚至可能损坏变频器,因而需将反馈能量消耗掉,制动电阻就是用来消耗这部分能量的。
变频器制动电阻的作用
作为工业控制领域中一个常见的设备,变频器被广泛应用于电机
控制领域,特别是在需要快速启停和精细控制的场合。
它通过改变电
机输入电压的频率和幅值来调节电机的运行速度和转矩,从而实现对
工业生产过程的精细控制。
而作为变频器的重要配件,制动电阻的作
用也十分重要。
变频器制动电阻的作用是为了防止电机在快速停机或者失去供电
时过度反向旋转,保护设备和工人的安全。
当变频器在调整电机的速
度或停止电机时,电机会产生大量的能量,如果不及时处理便会对设
备和人员造成伤害,甚至引起生产事故。
变频器制动电阻在这时起到
重要作用:通过引导电机旋转的能量,在电机停下来之前将其传递到
制动电阻当中,产生的热量会被制动电阻吸收,从而平稳地停止电机,起到保护电机和设备的作用。
另外,变频器制动电阻还可以增加变频器制动功能的可靠性。
当
变频器停止驱动电机时,电机转子的惯性会使其继续滑行一段时间,
加上限位器设定的误差,这也会影响电机停止的时间和位置。
而制动
电阻产生的反向力矩可以通过调整制动电阻的大小,使电机在规定的
时间内停止,提高了制动精度和可靠性。
总之,变频器制动电阻在工业生产中扮演着重要的角色,可以保
护设备和工人的安全,提高制动精度和可靠性,是一个不可或缺的配件。
变频器制动电阻选择变频器的电气制动方法有三种:能耗制动,直流制动,回馈(再生)制动,其性能及特点如表所列。
变频器电气制动的性能和特点能耗制动≤80%加强式可达130%~350%消耗电阻上发热浪费差50kW一般要求的制动设备上,制动力矩不平衡有冲击,有低速爬行可能直流制动80%~100%动能变电能产生制动力矩浪费差50~100kW要求平稳无冲击,停车准确,如针织、缝纫、起重、提升;起动前先停车,如大型风机回馈(再生)制动80%~50%动能变电能回馈电网回收好>100KW适用离心机、清冼机等,尤其高低速交差,正反转交替,高速与低速差值很大时,可四象限运转能耗制动一、制动概况从高速到低速(零速)——这时电气的频率变化很快,但电动机的转子带着负载(生产机械)有较大的机械惯性,不可能很快地停止,并产生反电动势E>U(端电压),电动机处于发电状态,其产生反向电压转矩与原电动状态转矩相反,而使电动机具有较强的制动力矩,迫使转子较快停下来。
由于通常变频器是交-直-交主电路,AC/DC整流电路是不可逆的,因此,电动机产生的反电动势无法回馈到电网上去,结果造成主电路电容器两端电压升高(称泵升电压)。
当电压超过设定上限值电压700V时,制动回路导通,制动电阻流过电流,从而将电能变成热能消耗掉,电压随之下降,待到设定下限值(680V)时即断。
这就是制动单元的工作过程。
这种制动方法不可控,制动力矩有波动,但制动时间是可人为设定的。
能耗制动的技术性能见制动技术性能制动方式自动电压跟踪方式反应时间1ms以下有多种噪声电网电压300~460V.45~66Hz动作电压DC 700V,误差2V滞环电压20V制动力矩通常130%,最大150%保护过热,过电流,短路滤波器有噪声滤波器防护等级IP00二、制动电阻1.制动电阻计算方法(见表3—3)制动电阻计算方法制动转矩制动电阻90%R=780Ω/电动机kW100%R=700Ω/电动机kW110%R=650Ω/电动机kW120%R=600Ω/电动机kW注l.电阻值越小,制动力矩越大,流过制动单元的电流越大;2.不可以使制动单元的工作电流大于其允许最大电流,否则要损坏器件;3.制动时间通过R的不同可人为选择;4.小容量变频器(≤7 5kw)一般是内接制动单元和制动电阻的;5.当在快速制动出现过电压时,说明是阻值过大来不及放电,应减小电阻值。
变频器主电路基本构成变频器的主电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的帮助电路组成。
下面我们将分别介绍这三部分电路。
1.整流电路整流电路的主要作用是对电网的沟通电源进行整流后给逆变电路和掌握电路供应所需要的直流电源。
在电流型变频器中整流电路的作用相当于一个直流电流源,而在电压型变频器中整流电路的作用则相当于一个直流电压源。
依据所用整流元器件的不同,整流电路也有多种形式。
由于各种整流电路的基本工作方式和电路构成在很多参考书中都可以找到,在这里就不再赘述了。
2.直流中间电路虽然利用整流电路可以从电网的沟通电源得到直流电压或直流电流,但是这种电压或电流含有频率为电源频率六倍的电压或电流纹波。
此外,变频器逆变电路也将凶为输出和载频等缘由而产生纹波电压和电流,并反过来影响直流电压或电流的质量。
因此,为了保证逆变电路和掌握电源能够得到较高质景的直流电流或电压,必需对整流电路的输出进行平滑,以削减电压或电流的波动。
这就是直流中间电路的作用。
而正由于如此,直流中间电路也称为平滑电路。
对电压型变频器来说,整流电路的输出为直流电压,直流中间电路则通过大容量的电容对输出电压进行平滑。
而对电流型变频器来说,整流电路的输出为直流电流,直流中间电路则通过大容量电感对输出电流进行平滑。
电压型变频器中用于直流中间电路的直流电容为大容量铝电解电容。
为了得到所需的耐压值和容量,往往依据电压和变频器容量的要求将电容进行串联和并联使用。
当整流电路为二极管整流电路时,由于在电源接通时电容中将流过较大的充电电流(浪涌电流),有烧坏二极管以及影响处于同一电源系统的其他装置正常工作的可能,必需实行相应措施。
3.逆变电路逆变电路是变频器最主要的部分之一。
它的主要作用是在掌握电路的掌握下将直流中间电路输出的直流电雎(电流)转换为具有所需频率的沟通电压(电流)。
逆变电路的输出即为变频器的输出,它被用来实现对异步电动机的调速掌握。
电压型变频器在电压型变频器中,整流电路产生逆变电路所需要的直流电压,并通过直流中间电路的电容进行平滑后输出。
变频器基本电路图目前,通用型变频器绝大多数是交—直—交型变频器,通常尤以电压器变频器为通用,其主回路图(见图1.1),它是变频器的核心电路,由整流回路(交—直交换),直流滤波电路(能耗电路)及逆变电路(直—交变换)组成,当然还包括有限流电路、制动电路、控制电路等组成部分。
1)整流电路如图1.2所示,通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。
它的功能是将工频电源进行整流,经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。
三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。
网络的作用,是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压,从而避免由此而损坏变频器。
当电源电压为三相380V时,整流器件的最大反向电压一般为1200—1600V,最大整流电流为变频器额定电流的两倍。
2)滤波电路逆变器的负载属感性负载的异步电动机,无论异步电动机处于电动或发电状态,在直流滤波电路和异步电动机之间,总会有无功功率的交换,这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。
同时,三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。
为了减小直流电压和电流的波动,直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。
通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容,通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组,以得到所需的耐压值和容量。
另外,因为电解电容器容量有较大的离散性,这将使它们随的电压不相等。
因此,电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻,消除离散性的影响,因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。
3)逆变电路逆变电路的作用是在控制电路的作用下,将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。
逆变电路的输出就是变频器的输出,所以逆变电路是变频器的核心电路之一,起着非常重要的作用。
最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件(GTR、IGBT、GTO等)组成的三相桥式逆变电路,有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断,可以得到任意频率的三相交流输出。
进线侧组件(进线滤波器)用于限制和保护整流元件,防止电流电压瞬时或者持续升高,并且确保连接设备符合相应的EMC 标准。
进线滤波器适用于接地系统(带星形接地点的TN 或TT 系统)。
进线谐波滤波器可将变频装置的低频谐波限制在12脉冲整流的谐波水平。
如果使用进线谐波滤波器,变频装置必须选用进线电抗器。
对于电网条件不是太好的场合,推荐选用进线电抗器,它既能抑制变频装置产生的过高谐波电流(从而防止过载),又能用于将谐波限制在允许值以内。
谐波电流通过进线电抗器的电感和电源电缆的总电感来限制。
如果电源输入电感足够大(即RSC 的值必须足够小),则可将进线电抗器省去。
当传动工作在制动状态或可控停车时(如急停),就需要使用制动模块和匹配的制动电阻。
制动模块由功率电子器件及其相应的控制电路组成。
工作电源来自直流回路。
制动工作时,直流回路的过多能量通过外部制动电阻耗散掉。
制动模块独立于变频调速器控制而自主工作。
要求每套制动电阻器将对应一个制动模块. 制动模块与制动电阻间的电缆最大允许长度为100m.输出侧组件:输出电抗器可以降低变频器电机端产生的电压斜率,从而降低电机绕组的电压应力。
同时还可以延长电缆长度. dv/dt+VPL (电压尖峰抑制器)滤波器可将电压上升率dv/dt限制在小于500 V/ μs 的范围内, 采用dv/dt+VPL 滤波器时的最大电机电缆长度:• 屏蔽电缆:300 m (例如,Protodur NYCWY)• 非屏蔽电缆:450 m (例如,Protodur NYY )dv/dt+VPL 滤波器包括两个部件,可以作为分立单元分开供货:• dv/dt 电抗器• 电压限制器,切断电压峰值,并将能量反馈到直流回路。
正弦波滤波器用于380V 至480V 的电压范围(功率可达250kW, 最大输出频率为150 Hz)或500V 至600V 的电压范围(功率可达132kW, 最大输出频率为115 Hz)。
1 变频器电路中的制动控制电路 一、为嘛要采用制动电路? 因惯性或某种原因,导致负载电机的转速大于变频器的输出转速时,此时电机由“电动”状态进入“动电”状态,使电动机暂时变成了发电机。一些特殊机械,如矿用提升机、卷扬机、高速电梯等,风机等,当电动机减速、制动或者下放负载重物时,因机械系统的位能和势能作用,会使电动机的实际转速有可能超过变频器的给定转速,电机转子绕组中的感生电流的相位超前于感生电压,并由互感作用,使定子绕组中出现感生电流——容性电流,而变频器逆变回路IGBT两端并联的二极管和直流回路的储能电容器,恰恰提供了这一容性电流的通路。电动机因有了容性励磁电流,进而产生励磁磁动势,电动机自励发电,向供电电源回馈能量。这是一个电动机将机械势能转变为电能回馈回电网的过程。 此再生能量由变频器的逆变电路所并联的二极管整流,馈入变频器的直流回路,使直流回路的电压由530V左右上升到六、七百伏,甚至更高。尤其在大惯性负载需减速停车的过程中,更是频繁发生。这种急剧上升的电压,有可能对变频器主电路的储能电容和逆变模块,造成较大的电压和电流冲击甚至损坏。因而制动单元与制动电阻(又称刹车单元和刹车电阻)常成为变频器的必备件或首选辅助件。在小功率变频器中,制动单元往往集成于功率模块内,制动电阻也安装于机体内。但较大功率的变频器,直接从直流回路引出P、N端子,由用户则根据负载运行情况选配制动单元和制动电阻。
一例维修实例: 一台东元7300PA 75kW变频器,因IGBT模块炸裂送修。检查U、V相模块俱已损坏,驱动电路受强电冲击也有损坏元件。将模块和驱动电路修复后,带7.5kW电机试机,运行正常。即交付用户安装使用了。 运行约一个月时间,用户又因模块炸裂。检查又为两相模块损坏。这下不敢大意了,询问用户又说不大清楚。到用户生产现场,算是弄明白了损坏的原因。原来变频器的负载为负机,因工艺要求,运行三分钟,又需在30秒内停机。采用自由停车方式,现场做了个试验,因风机为大惯性负荷,电机完全停住需接近20分钟。为快速停车,用户将控制参数设置为减速停车,将减速时间设置为30秒。在减速停车过程中,电机的再生电能回馈,使变频器直流回路电压异常升高,有时即跳出过电压故障而停机。用户往往实施故障复位后,又强制开机。正是这种回馈电能,使直流回路电压异常升高,超出了IGBT的安全工作范围,而炸裂了。 2
此次修复后,给用户说明情况,增上了制动单元和制动电阻器后,变频器投入运行,几年来再未发生模块炸裂故障。
此种制动方式,加快机械惯性能量的消耗,利于缩短停车进程,将电机的再生发电能量耗散于“制动电阻”上,其工作状态为动力制动状态。小功率变频器,由内置制动开关管和内置制动功率电阻,根据直流回路的电压检测信号,直接或由CPU输出控制指令控制制动开关管的通断,将制动电阻并接入直流回路,使直流回路的电压增量,变为电阻的热量耗散于空气中。
二、变频器制动电路的类型:
P1PB
模块温度检测
N
D8Q0D7R45x21k5RXG28R4468R10W-60855PA-1A-CMCPBP1Q1D9Q3D11Q5D13Q2D10Q4D12Q6D14VWU219822C4CON1C3R43R42UVWEUGUEVGVEWGWNGBCON1GX1110GYGZEC34C36C35C37R3R4470u400Vx2100k2Wx2X/Y/Z康沃CVF-G 3.7kW主电路模块内部置有制动开关管HCT1CSNE151-100HCT2002--E-P00-01 8.6kVA 13ADKD*uuuSTRD1D3D5D2D4D6PRSTE机壳AZ1AZ3AZ2
BSM15GP120
小功率变频器机型常采用一体化模块,制动单元和温度检测电路也集成在内了。上图Q0为制动开关管,该机器内置1.5k80W的制动电阻一只,并预留了P1、PB制动电阻的接入端子,当内置制动电阻不足将将再生能量消耗掉时,可外接辅助制动电阻,进一步加大消耗量。因制动电阻为线绕式电阻,有一定的电感量存在,接入D8,提供Q0截止期间的续流,保护制动开关管的安全。 制动控制信号的来源有二: 1、由CPU根据直流回路电压检测信号,发送制动动作指令,经普通光耦或驱动光耦控制制动开关管的通断。制动指令可能为脉冲信号,也可能为直流电压信号; 3
2、由直流回路电压检测电路,处理成直流开关量信号,直接控制光耦器件,进而控制制动开关管的开通和断开。 制动开关管的控制电路如下图:
C209R210
103CON7+5V15PC817PC4V+47RR211103R212GBR
EN2-405台安制动控制电路 12348765PC923221PC19T2C32ZD8C33ZD1D19220u35V330u25V16V1WR305012WA5601NcNcCPU插排T13C69KDC76
16V
R143T20LDR15612R2WR164103制动控制脉冲CN23R15712R2W5000G11/P11 160kVA 富士变频器 制动控制电路
下图为台达VFD-A型3.7kW变频器的制动控制电路,控制电路由独立绕组供电,以实现强、弱电隔离。从CPU来的BRK信号,经KPH光耦隔离与功率放大,驱动制动开关管。B1、B2为制动电阻接入端子。 4
uRuuST
DTB1
DB35-16+-B1DR34DD23DC1847uDC4DFUSE1KLM-30DD4DT2DC3DC2752SGW15N120DC1B250VDC33DD146.5VDR62302DC17100u25V8765NcVcDR30331BRKDPH7P
DR63T250V3021
2
N34NcDR30331680u400VDCx4DVAR1/2/314D911kx3
台达(中达)VFD-A型3.7kW 460V3PHASE 制动控制电路
DA7RDRL1-210W 22JBOZ-SS-112LM112VDC 16A240VAC外接制动电阻
RB
三、制动单元: 中、大功率变频器,安装空间、制动功率、现场运行情况不一等原因,一般不内置制动开关管和制动电阻,只是从直流回路引出P、N两个端子,供用户外接制动单元和制动电阻。 下图为一变频器选配件——制动单元的电路原理图: 5
1234Vin1GND2Vout3
56710
98
2 IN+3 IN-4 Nc1 NcVo 7Vo 6GND 5
Vcc 8
P+
N-
AC380V
P+B
T120V100R
Q4
Q3aHL11W104
30VA
C11000u35V
10R2W
0VC5R13k+15V35V100uC4
LM7815VccPC1RB5.1kg1e1ag1e132R4800WQ2MG100Q2YS42100A1200VR195kR1830R 1W750RR17Vcc+15VR131N4148103Q1D1-D4D5C8R152k50k50k9014R1210kC6R1110k12V104C71N4007
DW1R84.7u50V+15VRP1 10kR1032110kR9+15VHL3HL22k电源指示直流接入指示工作指示PC2TLP250C9104外接制动电阻制动功率加大时,附加功放电路1M0.5WR31M0.5WR41M0.5WR51M0.5WR651k0.5WR7N1
N2
N3N1-N3:LM324
电路起控点调整 本制动单元的供电,是由一只380V/18V变压器取得的,由整流、滤波、稳压电路取出+15V的稳压电源,供整机控制电路。 变频器的P+、N-端子,接至制动单元的主电路和电压检测电路上。由R3-R7构成电压取样电路,在直流电路电压为550V时,R7约为7V电压,稳压器DW2提供输入保护,C6滤掉引线噪声电压,检测电路经R8输入到由运算放大器LM324的5脚,该级放大器构成电压跟随输出器。由7脚输出的电压检测信号,一路经R9加至后级电压跟随器,驱动HL2——主直流回路电压接入指示灯;一路经R11输入到后级电压比较器的10脚(同相输入端),该级放大器的9脚(反相输入端)接有RP1半可变电阻,接入RP1的目的, 是为了克服取样电阻网络的离散性,可以精确调整制动动作值。RP1的中心臂电压即为基准电压,10脚电压检测信号与此基准电压相比较,在因负载电机反发电能量馈回直流电路使其电压上升到660V(或680V)时,检测信号电压上为8.5V左右,因9脚基准电压已事先调整为8.4V左右,该组放大器两个输入端信号比较的结果,使放大器的输出反转,8脚输出高电平,HL3指示灯点亮,提示电路正在实施制动动作。HL3的电流通路正是Q1的正偏压通路,三极管Q1导通,提供了驱动IC-TLP520(光耦型驱动IC)的输入电流,TLP250的6/7输出脚输出正的激励电压,经R18直接驱动IGBT模块。图中Q2即为IGBT模块,型号为MG100Q2YS42,为100A模块。需更大的制动功率、驱动更大的IGBT模块时,从A点接入由两只中、大功率三极管构成的互补式电压跟随器(功率放大器电路),将PC2输出的