變頻器在哪些情況下需要配制動電阻?
變頻器配制動電阻,主要是想通過電阻來消耗掉直流母線電容上的一部分能量,避免電容的電壓過高。理論上如果電容存儲的能量多,可以用來釋放出來驅(qū)動電機,避免能量浪費,但是電容的容量有限,而電容的耐壓也是有限的,當母線電容的電壓高到一定程度,就可能會損壞電容了,有些還可能損壞IGBT,所以需要及時通過制動電阻來釋放電。
母線電容是個緩沖區(qū),容納能量有限,三相交流電全部整流后,接入電容,滿載運行時候,母線正常的電壓大約是1.35倍,380*1.35=513伏,這個電壓當然會實時波動的,但是最低不能低于480伏,否則會欠壓報警保護。母線電容一般是兩組450V電解電容串聯(lián)而成,理論耐壓是900V,如果母線電壓超過這個值,電容會直接爆掉了,所以母線電壓是無論如何都不能達到900伏這么高壓的。
實際上,三相380伏輸入的IGBT的耐壓值是1200伏,往往要求工作在800伏以內(nèi),考慮到電壓如果升高,都會有個慣性問題,也就是你馬上讓制動電阻工作了,母線電壓也不會很快降低下來,所以很多變頻器,都是設(shè)計在700伏左右就通過制動單元讓制動電阻開始工作,讓母線電壓降低下來,避免往上繼續(xù)沖。
所以制動電阻設(shè)計,核心就是考慮到電容和IGBT模塊的耐壓問題,避免這兩大重要的器件被母線的高電壓沖壞掉了,這兩類元件如果壞掉了,變頻器也就無法正常工作了。
快速停車要制動電阻,瞬間加速也需要,變頻器母線電壓之所以會變高,很多時候是變頻器讓電機工作在電子制動狀態(tài),讓IGBT通過一定的導(dǎo)通順序,利用電機是大電感電流不能突變,瞬間產(chǎn)生高壓來往母線電容充電,這時候讓電機快點降低速度下來。如果這時候沒有制動電阻及時消耗掉母線的能量,母線電壓將會持續(xù)變高而威脅變頻器的安全了。
如果負載不是很重,也沒有什么快速停車要求,這種場合是不需要使用制動電阻的,即使你裝了制動電阻,制動單元的工作閥值電壓沒有被觸發(fā),制動電阻也不會投入工作。
除了大負荷減速場合需要增加制動電阻和制動單元來快速剎車外,實際上如果符合比較重,啟動時間時間要求非常快那種,也需要制動單元和制動電阻來配合啟動的,以往我試過用變頻器帶動一種特殊的沖床,要求把變頻器的加速時間設(shè)計成0.1秒,這時候滿負荷啟動,雖然負荷并不是非常重,但是因為加速時間太短了,這時候母線電壓波動非常厲害,也會出現(xiàn)過壓或者過流的情況,后來增加了外置的制動單元和制動電阻,變頻器就能正常工作了。
分析起來,是因為啟動時間太短,母線電容的電壓瞬間被掏空了,而整流器瞬間有大的電流充進來,引起母線電壓突然變高,這樣母線的電壓波動太厲害,瞬間可能會超過了700伏,加上了制動電阻,就可以及時消除這個波動的高壓,讓變頻器工作在正常狀態(tài)。
還有一種特殊的情況,是矢量控制場合,電機的扭矩和速度方向相反,或者工作在零轉(zhuǎn)速百分百扭矩輸出的場合,比如吊機掉了重物停在半空中,收放卷場合需要力矩控制,都需要讓電機工作在發(fā)電機狀態(tài),源源不斷的電流會反充到母線電容中,通過制動電阻,就可以及時消耗掉這些能量,保持母線電壓平衡穩(wěn)定了。
很多小變頻器,比如3.7KW的,往往都內(nèi)置了制動單元和制動電阻,應(yīng)該是考慮到母線電容調(diào)小的緣由吧,而小功率的電阻和制動單元并沒有那么貴。