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變頻調(diào)速器中制動電阻的工作原理

返回列表 來源:恒德電訊 瀏覽:- 發(fā)布日期:2018-08-09 15:50:48【
 1 變頻器結(jié)構(gòu)原理
 
  1.1 變頻器由主電路和控制電路組成
 
  主電路是電源頻率變換部分,主要由三部分組成。包括將工頻變換為直流功率的“整流器”、吸收電壓脈動的“濾波回路”、以及將直流變換為交流的“逆變器”??刂齐娐肥墙o主電路提供控制信號的回路,它包括運算、檢測、速度檢測、驅(qū)動、保護等電路組成。
 
  1.2 重點介紹變頻器的主回路工作原理
 
  1.2.1 整流電路 VD1-VD6組成三相橋式全波整流電路。
 
  1.2.1 濾波電路。整流后的電壓為脈動電壓,濾波電容Cl起濾波作用。由于儲能電容較大,接入電源時電容兩端電壓為0,因而在上電瞬間濾波電容Cl的充電電流很大,過大的電流會損壞整流管,為限制充電電流在整流橋上電瞬間串入充電電阻Rs,當Cl充電到一定程度時由旁路開關(guān)Ks將Rs短路。
 
  1.2.3 逆變電路。V1-V6組成的逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀兂深l率、幅值都可調(diào)的交流電。續(xù)流二極管D1-D6為無功電流返回到直流電源提供通道;當電機處于制動狀態(tài)時,再生電能通過D1-D6返回直流回路;V1-V6進行逆變過程是同一橋臂兩個逆變管交替導通和截止,在換相過程中也需要D1-D6提供通路。
 
  1.2.4 儲能、制動電路。由于逆變管V1-V6每次由導通切換到截止狀態(tài)的瞬間,C極和E極間的電壓由近乎0V上升到直流電壓值UD,過高的電壓可能損壞逆變管,儲能電容C1、C2的作用便是降低V1-V6關(guān)斷時的電壓增長率;電機在減速時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可能超過此時的同步轉(zhuǎn)速而處于發(fā)電狀態(tài),系統(tǒng)的動能將回饋到母線上致電壓升高,甚至可能損壞變頻器,制動電阻Rb就是用來消耗這部分能量的。
   2. 三相異步電動機的調(diào)速原理
 
  三相異步電動機通入三相交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子閉合導體產(chǎn)生感應(yīng)電流,轉(zhuǎn)子電流與定子磁場相互作用產(chǎn)生電磁力,帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。我們定義同步轉(zhuǎn)速是指旋轉(zhuǎn)磁場的速度,用n0表示;轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)速為n;同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值與磁場同步轉(zhuǎn)速之比,稱為轉(zhuǎn)差率s,f為電源頻率,p為電機極對數(shù)。
 
  同步轉(zhuǎn)速:n0=60f/p,轉(zhuǎn)差率:s=(n0-n)/n0,電動機轉(zhuǎn)速:n=60f/p(1-s)
 
  由上式可知,改變電源頻率、極對數(shù)及轉(zhuǎn)差率均可達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。然而在實際中,普通電機一經(jīng)出廠,極對數(shù)及轉(zhuǎn)差率即固定不變,實現(xiàn)無級調(diào)速,只能改變電源的頻率。
 
  3 電機回饋能量的產(chǎn)生及變頻器制動單元的作用
 
  在引風機變頻調(diào)速中,當工藝要求實現(xiàn)電機快速減速和停機時候,電機的同步轉(zhuǎn)速隨著變頻器輸出頻率隨之下降,但由于此類負載慣性較大,電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速并不能隨之馬上降低。當同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時,輸出到電機軸的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩,使電機的轉(zhuǎn)速下降,此時電機變成發(fā)電狀態(tài),再生電能回饋到直流電路。由于直流電路的電能無法回饋到電網(wǎng),僅靠變頻器內(nèi)部功率有限的電阻吸收是不夠的,電荷堆積使電壓不斷上升,過高的電壓將損壞內(nèi)部元件。為保證變頻器安全,內(nèi)部的過壓保護會動作,造成變頻器停機。維持在此類工業(yè)環(huán)境中變頻器穩(wěn)定運行,必須將電動機發(fā)電制動狀中回饋的電能消耗掉。
 
  通過在變頻器直流母線上加裝制動電阻單元,將再生電能以熱能形式消耗掉來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速快速降低或停車。它包括制動單元和制動電阻兩部分。制動單元的功能是當直流回路的電壓UD超過規(guī)定的限值時接通制動電阻,使電能通過電阻以熱能方式釋放。制動電阻單元可分內(nèi)置式和外置式兩種。前者是適用于小功率的通用變頻器,即圖1中虛線框所示部分;由于變頻器內(nèi)部空間狹小,散熱條件有限等原因,后者則是適用于較大功率變頻器或是對制動有特殊要求的工況中。
 
  當工況變化時,電機處于發(fā)電狀態(tài)運行,能量反饋回直流回路,使母線電壓升高達到制動單元導通值時,電流流過制動電阻以熱能形式消耗,電機的轉(zhuǎn)速降低,母線電壓也降低;當母線電壓降至制動單元要關(guān)斷的值,制動單元的功率管截止,制動電阻無電流流過;制動單元通過不斷重復導通和關(guān)斷過程,平衡母線電壓,保證系統(tǒng)正常運行。