一 前言
在电网-变频器-电机-负载构成的驱动系统中,能量的传递是双向的。电动机工作模式时,电能从电网经由变频器传递到电机,转换为机械能带动负载,负载因此具有动能或势能;当负载释放这些能量以求改变运动状态时,电机被负载所带动,进入发电机工作模式,向前级反馈已转换为电形式的能量,这些能量被称为再生制动能量,可以通过变频器返回电网,或者消耗在变频器系统的制动电阻中。
较大制动能量的产生经常出现在下面几种场合里:
-
起重设备的重物下放过程
-
大惯量负载设备的快速减速过程
西门子变频器MM440由三部分构成,整流部分,直流回路部分,逆变部分。当MM440作为驱动转换源而处在上述的制动过程时,制动能量将通过其逆变部分返回到直流回路,由于整流部分由不可控的二极管组成,制动能量无法回到电网,造成直流回路电压升高,进而导致MM440因直流回路电压过高(F0002)而停机。为避免上述情形的发生,MM440 提供了动态制动功能,即在直流回路上安装一个制动单元,再配以适当的制动电阻,将制动能量在该电阻上以热能的形式消散。A-F尺寸的MM440已将制动单元集成在变频器内部,只需选配制动电阻,安装在MM440端子B+ B- 上,然后调整相应的参数即可.
二 MM440 制动单元的基本工作原理
再生制动能量将反馈到变频器的内部,造成直流回路上电压升高。为了避免变频器因直流回路过电压F0002而跳闸,当电压上升到临界点
UDC chopper
时,制动单元就被激活,并按照预先规定的负载工作周期将制动能量消耗在外接制动电阻上,拉动直流回路电压下降。如果制动能量过大,未能在规定时间内得到散逸,那么直流回路电压将继续上升,直到F0002跳闸。
制动单元触发临界电压UDC chopper有两种算法,采用哪一种,则取决于MM440 参数P1254 |
若P1254=0 |
1.13´ ´ P0210 |
若P1254=1 |
0.98 ´ r1242 |
MM440变频器制动单元的核心是一个门限电压控制斩波器(IGBT transistor),当它导通时再生制动能量被外接制动电阻吸收,转化成热能得以释放。斩波器的工作频率f
chopper为2KHz,占控比t
chopper on 由变频器内部的监控系统决定。
当再生制动能量迫使直流回路电压达到
UDC chopper时,制动单元自动投入运行,由监控系统为斩波器选择适当的占控比,制动能量被制动电阻吸收。
-
如果制动能量少于在制动电阻上消耗的能量( P brake resistor=VDC2/Rmin ),那么直流回路电压会很快下降到UDC chopper之下,制动单元会在开通2ms之后自动关闭。若直流回路电压再次达到UDC chopper,该过程将被重复。
-
如果制动能量多于此时在制动电阻上消耗的能量,那么尽管制动自动已经投入运行,直流回路电压仍然会继续上升,由监控系统选择的占控比也快速线性增加,直到占控比为1,斩波器持续开通,制动电阻在此其间持续吸收制动能量。为了保护此时的制动电阻不会因吸收了过多能量而过热损坏,必须事先根据制动电阻的制动能力选择适当的持续工作时限t chopper on。当持续工作时限达到时,占控比自动被修正为P1237中设定的值以减少制动能量进入制动电阻,令其有充分的时间冷却,此时直流回路电压将有所回升。可见,如果电阻值选择的太小,或者P1237 的值选择不当,会造成制动能量因吸收不净而导致的直流回路电压继续上升,而制动电阻会因过热而损坏。
MM440制动单元的斩波器规定了5种占控比,即负载工作周期,由参数P1237 来选择 。列表如下。
P1237
|
t chopper on (斩波器占控比为1的最长时间) |
P brake resistor average |
0 |
0% |
动态制动未激活 |
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% |
在制动单元激活状态下始终开通 |
1 P brake Appl max |
MM440的负载工作周期
P1233=0 |
禁止直流制动 |
P1234=0 |
禁止复合制动 |
P1240=0 |
禁止直流电压控制器功能 |
P1254=0或1 |
选择UDC chopper的计算方法 |
P1237>0 |
使能动态制动功能 |
三 变频器能耗制动在炼钢厂钢包车传动中的应用
精炼炉钢包车在炼钢厂是承载和运输钢包的重要工具,需要平稳启动停车,准确定位。由于炼钢转炉扩容出钢量加大,钢包车的负载惯性加大,使钢车不能准确定位而且钢车变频器频繁出现F002过压保护跳闸,钢包车不能正常使用,影响了精炼炉炼钢。
为了解决以上问题,本人对钢车变频器增设了制动电阻并修改了参数。采用MASTERDRIVES 产品系列中订货号为6SE6400-4BD22-2EA0的制动电阻,其阻值为15W。当使用了制动电阻后,制动电阻吸收了大惯量负载的再生制动能量,缩短了钢车减速制动时间,消除了过压保护(F002),实现了钢车平稳准确定位。
制动电阻的安装:1、制动电阻必须垂直安装;2、制动电阻上下必须有100厘米的间隙。
制动电阻的接线:1、变频器的电源电压必须经接触器接入,当制动电阻过热时,接触器将在热敏开关的作用下断开变频器电源,这样可以保护制动电阻;2、热敏开关与接触器的线圈电源串联连接;3、制动电阻的接线端子必须接到变频器的B+ B-端子。
参考文献:
《通用变频器及应用》 韩安荣 2004.8
《西门子变频器使用大全》 2003.12
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文章名称:
MM440 变频器的能耗制动原理与应用
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