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        有的变频器负载需要加个制动电阻是为什么

        来源:Autrou.com    作者:奥创电子   日期:2021-08-20

        记得有次在电气设备维修过程中,与师傅简单的对话,扰乱我的认知。锅炉用的引风机,在引风机停车过程中变频器;,老师傅说没有“刹车片”的缘故,弱弱的问了一句,又不是车子,要什么“刹车片”?随后师傅把他的知识包打开,明白了他的意思。所指的“刹车片”是制动电阻,在引风机停车过程中不起制动作用,而是起到耗能作用,只是说习惯了而已。

        近些年变频器在电机调速中已有广泛应用,相比之前采用继电—接触器传统的控制,如今变得便捷、安全、可靠、性能优异等,就是它优异的变频调速性能,调速平滑、范围宽、启动电流小等优势,因此其在电机的变频调速中越来越有地位。
        变频器的控制对象多般为三相异步电动机,调速是这样进行的?
        三相异步电动机的调速原理
        当三相异步电动机通三相电,产生旋转磁场,用于切割转子闭合导体,又产生感应电流。此时感应电流与定子磁场相互作用,又产生电磁力,于是这种力带动转子转动。
        这里有个同步转速,指的是电机旋转磁场速度,表达式为n0=60f/P;褂凶盥时泶锸絊=(n0-n)/n0,同步转速与转子转速差值与磁场同步转速之比,即转差率,而电机的转速表达式n=60f/P(1-S)。
        从这简单的述说可知,调速的实现可以改变电源频率f、电机极对数P、转差率。结合实际情况,一台三相异步电动机出厂,极对数是根据客户要求已经固定不可更改的,对于转差率也是如此,因此实现调速只能往电源频率方面着手,从而实现无级调速。
        变频器亮相舞台,助力三相异步电动机变频调速的实现。
        变频器的简单认识
        其分两大电路,分别为主电路及控制电路。
        主电路部分组成;整流电路、滤波电路、逆变电路。整流电路;将工频变换为直流,主要是三相桥式全波整流电路。滤波电路;吸收电压脉动,主要是滤波电容起作用。逆变电路;将直流变换为交流,主要是逆变桥起作用。
        变频器的逆变电路
        由于逆变电路用了功率管IGBT六个,六个续流二极管,前者组成逆变桥,后者为无功电流返回到直流电源提供通道。正是由于这个通路,大功率电机在停车过程中对变频器带来严重的危害。
        电机制动过程状态
        变频器带大功率电机高速下放时,从高速减速到零,从这几方面分析问题症结。
        从机械特性角度看;电机产生与转速方向相反且大于其制动转矩,以确保电机在高速下放过程中减速。从能量角度看;电机在高速下放过程中,电机转子转速超过旋转磁场转速,电机变成发电机,而产生电磁转矩,即制动转矩。电机把自己的储存能量转换为电能,因此是动能向电能转换过程。于是这部分电能的消耗,通过电机自身的铜耗和铁耗消耗一点点。但还有大量的电能奔向变频器逆变电路。根据上面变频器的简单述说,知道逆变电路的逆变桥有IGBT六个,而且反并联续流二极管六个,这里有条通路通往中间直流回路。因此剩余大部分电能就往变频器这条路走反馈到直流母线。虽然有大电容并联,再次吸收少部分电能,但是远远不够。于是电荷不断积累在直流母线上,导致直流母线上的电压持续升高。
        可以看的出,直流电路的电能无法向电网馈赠,靠变频器内部功率有效的电阻和电容成不了事的。因此在直流母线上的电荷不断积累电压不断升高,一定会超过安全阀值,那么过高电压定会损坏内部元件。于是只有把这超过安全阀值的电能消耗掉才能保证变频器的安全。想到耗能元件,与我们所学的知识电阻,它就是一种耗能元件。根据已有的知识可知,电阻的主要物理特征是将电能转变为热能,因此说它是个耗能元件,电流经过它就是产生内能,我们常用的电阻在电路中起到的作用还有分压、分流、限流等功能。
        制动电阻的介绍制动电阻是将三相异步电动机的再生能量以热能的方式散耗掉。重要参数有两个;制动电阻阻值及功率容量。
        作为电工,经;嵊龅制动电阻的使用,通常使用的制动电阻有那些?
        制动电阻示意图
        见得多的是波纹制动电阻,其次铝合金制动电阻。波纹制动电阻采用表面立式波纹,作用是助于散热,降低寄生电感量。涂层采用高阻燃无机涂层,即保证电阻丝不老化,又延长使用寿命。铝合金制动电阻其是用于工业环境高度恶劣的场合。由于铝合金电阻外表采用全包封方式,有较好的耐振性、气候性、稳定性好、体积小、功率大、安装方便,又因为铝合金制动电阻采用紧密安装,可以附加散热器。
        制动电阻是安装在制动单元的元器件,制动单元有什么用途?
        制动单元简单的看,实质就是一个功率开关,当直流母线上的电压上升到阀值,接通制动电阻所连接的电路。将电机制动过程产生的再生能量在制动电阻以热能的形式散耗掉,然后直流母线上的积累电压降低在阀值以内,确保了变频器的安全,例如直流母线上的电容不被击穿等?匪档,老师傅把制动电阻以“刹车片”来形象确实不妥。因为制动电阻在电机“刹车”过程中,只是把电机的再生能量散耗掉,是;け淦灯髟谥贫讨械陌踩,贯穿整个过程中没看到其有“刹车”作用。引风机这样的大功率负载,必须要有制动电阻辅助变频器制动,否则变频器扛不住电机再生能量的冲击。
        由于引风机这样的负载惯性大,或频繁变速,回馈能量大,依靠电机的铜损和铁损是以及电容来吸收,降低不了再生能量在直流母线上的电荷累积,因此这样的“刹车”过程必须要有制动单元来接制动电阻。
        综上所述,释放累积在直流母线上的电荷有两种方式。一是采用制动电阻来消耗再生能量,二是通过自耦变压器来把再生能量反馈到电网。至于叫什么“刹车片”不要这样,会增加新人的理解难度,应该以专业角度给新人讲解,否则就不要传道授业解惑。

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