一  前言
在電網(wǎng)-變頻器-電機(jī)-負(fù)載構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)中，能量的傳遞是雙向的。電動機(jī)工作模式時，電能從電網(wǎng)經(jīng)由變頻器傳遞到電機(jī)，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動負(fù)載，負(fù)載因此具有動能或勢能；當(dāng)負(fù)載釋放這些能量以求改變運動狀態(tài)時，電機(jī)被負(fù)載所帶動，進(jìn)入發(fā)電機(jī)工作模式，向前級反饋已轉(zhuǎn)換為電形式的能量，這些能量被稱為再生制動能量，可以通過變頻器返回電網(wǎng)，或者消耗在變頻器系統(tǒng)的制動電阻中。
較大制動能量的產(chǎn)生經(jīng)常出現(xiàn)在下面幾種場合里：

• 起重設(shè)備的重物下放過程
• 大慣量負(fù)載設(shè)備的快速減速過程

西門子變頻器MM440由三部分構(gòu)成，整流部分，直流回路部分，逆變部分。當(dāng)MM440作為驅(qū)動轉(zhuǎn)換源而處在上述的制動過程時，制動能量將通過其逆變部分返回到直流回路，由于整流部分由不可控的二極管組成，制動能量無法回到電網(wǎng)，造成直流回路電壓升高，進(jìn)而導(dǎo)致MM440因直流回路電壓過高（F0002）而停機(jī)。為避免上述情形的發(fā)生，MM440 提供了動態(tài)制動功能，即在直流回路上安裝一個制動單元，再配以適當(dāng)?shù)闹苿与娮瑁瑢⒅苿幽芰吭谠撾娮枭弦詿崮艿男问较ⅰ-F尺寸的MM440已將制動單元集成在變頻器內(nèi)部，只需選配制動電阻，安裝在MM440端子B+ B- 上，然后調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)即可.
二  MM440 制動單元的基本工作原理

• 制動單元激活電壓與直流回路故障電壓

再生制動能量將反饋到變頻器的內(nèi)部，造成直流回路上電壓升高。為了避免變頻器因直流回路過電壓F0002而跳閘，當(dāng)電壓上升到臨界點UDC chopper
時，制動單元就被激活，并按照預(yù)先規(guī)定的負(fù)載工作周期將制動能量消耗在外接制動電阻上，拉動直流回路電壓下降。如果制動能量過大，未能在規(guī)定時間內(nèi)得到散逸，那么直流回路電壓將繼續(xù)上升，直到F0002跳閘。

制動單元觸發(fā)臨界電壓UDC chopper有兩種算法，采用哪一種，則取決于MM440 參數(shù)P1254	若P1254=0	1.13´ ´ P0210
	若P1254=1	0.98 ´ r1242

 
 
 

• 制動單元動作過程

MM440變頻器制動單元的核心是一個門限電壓控制斬波器（IGBT transistor），當(dāng)它導(dǎo)通時再生制動能量被外接制動電阻吸收，轉(zhuǎn)化成熱能得以釋放。斬波器的工作頻率f _chopper為2KHz，占控比t _{chopper on} 由變頻器內(nèi)部的監(jiān)控系統(tǒng)決定。
當(dāng)再生制動能量迫使直流回路電壓達(dá)到U_DC chopper時，制動單元自動投入運行，由監(jiān)控系統(tǒng)為斬波器選擇適當(dāng)?shù)恼伎乇龋苿幽芰勘恢苿与娮栉铡?br />

• 如果制動能量少于在制動電阻上消耗的能量( P _{brake resistor}=V_DC²/R_min )，那么直流回路電壓會很快下降到U_DC chopper之下，制動單元會在開通2ms之后自動關(guān)閉。若直流回路電壓再次達(dá)到U_DC chopper，該過程將被重復(fù)。
• 如果制動能量多于此時在制動電阻上消耗的能量，那么盡管制動自動已經(jīng)投入運行，直流回路電壓仍然會繼續(xù)上升，由監(jiān)控系統(tǒng)選擇的占控比也快速線性增加，直到占控比為1，斬波器持續(xù)開通，制動電阻在此其間持續(xù)吸收制動能量。為了保護(hù)此時的制動電阻不會因吸收了過多能量而過熱損壞，必須事先根據(jù)制動電阻的制動能力選擇適當(dāng)?shù)某掷m(xù)工作時限t _{chopper on}。當(dāng)持續(xù)工作時限達(dá)到時，占控比自動被修正為P1237中設(shè)定的值以減少制動能量進(jìn)入制動電阻，令其有充分的時間冷卻，此時直流回路電壓將有所回升。可見，如果電阻值選擇的太小，或者P1237 的值選擇不當(dāng)，會造成制動能量因吸收不凈而導(dǎo)致的直流回路電壓繼續(xù)上升，而制動電阻會因過熱而損壞。

MM440制動單元的斬波器規(guī)定了5種占控比，即負(fù)載工作周期，由參數(shù)P1237 來選擇 。列表如下。
 

P1237		t chopper on (斬波器占控比為1的最長時間)	P brake resistor average
0	0%	動態(tài)制動未激活	0
1	5%	12.0s	0.05 P brake Appl max
2	10%	12.6s	0.1  P brake Appl max
3	20%	14.2s	0.2 P brake Appl max
4	50%	22.8s	0.5 P brake Appl max
5	100%	在制動單元激活狀態(tài)下始終開通	1 P brake Appl max

MM440的負(fù)載工作周期
 
 
 

• MM440 中相關(guān)動態(tài)制動的必要參數(shù)設(shè)置

 

P1233=0	禁止直流制動
P1234=0	禁止復(fù)合制動
P1240=0	禁止直流電壓控制器功能
P1254=0或1	選擇UDC chopper的計算方法
P1237>0	使能動態(tài)制動功能

 
三  變頻器能耗制動在煉鋼廠鋼包車傳動中的應(yīng)用
   
精煉爐鋼包車在煉鋼廠是承載和運輸鋼包的重要工具，需要平穩(wěn)啟動停車，準(zhǔn)確定位。由于煉鋼轉(zhuǎn)爐擴(kuò)容出鋼量加大，鋼包車的負(fù)載慣性加大，使鋼車不能準(zhǔn)確定位而且鋼車變頻器頻繁出現(xiàn)F002過壓保護(hù)跳閘，鋼包車不能正常使用，影響了精煉爐煉鋼。
為了解決以上問題，本人對鋼車變頻器增設(shè)了制動電阻并修改了參數(shù)。采用MASTERDRIVES 產(chǎn)品系列中訂貨號為6SE6400-4BD22-2EA0的制動電阻，其阻值為15W。當(dāng)使用了制動電阻后，制動電阻吸收了大慣量負(fù)載的再生制動能量，縮短了鋼車減速制動時間，消除了過壓保護(hù)（F002），實現(xiàn)了鋼車平穩(wěn)準(zhǔn)確定位。
 
制動電阻的安裝：1、制動電阻必須垂直安裝；2、制動電阻上下必須有100厘米的間隙。
制動電阻的接線：1、變頻器的電源電壓必須經(jīng)接觸器接入，當(dāng)制動電阻過熱時，接觸器將在熱敏開關(guān)的作用下斷開變頻器電源，這樣可以保護(hù)制動電阻；2、熱敏開關(guān)與接觸器的線圈電源串聯(lián)連接；3、制動電阻的接線端子必須接到變頻器的B+ B-端子。
 
參考文獻(xiàn)：
《通用變頻器及應(yīng)用》  韓安榮  2004.8
《西門子變頻器使用大全》  2003.12