1 引言

　　在變頻器的使用中，經(jīng)常遇到需要制動(dòng)的場(chǎng)合，如大慣性負(fù)載的快速停車(chē)、勢(shì)能負(fù)載的拖動(dòng)、多級(jí)傳動(dòng)的同步控制及負(fù)載的突變等。如何根據(jù)負(fù)載情況選擇制動(dòng)方案經(jīng)常讓客戶(hù)難以選擇。本文針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)制動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了比較深入的探討。

2 制動(dòng)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)

　　制動(dòng)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)在于機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電能儲(chǔ)存在變頻器的中間環(huán)節(jié)電解電容中，制動(dòng)方案就是如何保證中間環(huán)節(jié)電解電容的電壓不超過(guò)變頻器允許的范圍。因此，解決制動(dòng)問(wèn)題的方法有二：一是改變系統(tǒng)控制策略，避免電機(jī)出現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，從源頭上消除能量的持續(xù)累積;二是將不斷積累的能量通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部交換或者一定的渠道瀉放掉，即采用共用直流母線(xiàn)、能耗制動(dòng)或者再生回饋制動(dòng)等策略。

3 解決制動(dòng)問(wèn)題的系統(tǒng)控制策略

　　（1） 加減速時(shí)間調(diào)整

　　對(duì)于單臺(tái)大慣性負(fù)載，在加減速過(guò)程中，在沒(méi)有添加制動(dòng)單元的時(shí)候，容易出現(xiàn)動(dòng)態(tài)過(guò)電壓保護(hù)，在工藝許可的前提下，可以將加減速時(shí)間調(diào)節(jié)到在最重負(fù)載時(shí)，也不出現(xiàn)過(guò)電壓的更長(zhǎng)水平，保證一定的安全余量。一般變頻器中，均有失速過(guò)電壓保護(hù)功能，建議在無(wú)制動(dòng)單元的時(shí)候，將此功能打開(kāi)，可以避免加減速時(shí)間不合適造成的保護(hù)。

　　（2） 控制方式的改變

　　對(duì)于重負(fù)載，快速起制動(dòng)的場(chǎng)合，可以將v/f控制的變頻器更換為矢量控制變頻器，要求更高的場(chǎng)合，可以采用加pg的矢量控制變頻器，可以大大提高電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，保證電機(jī)速度與變頻器頻率的一致性，減少失速過(guò)電壓的發(fā)生機(jī)會(huì)，并提高功率因數(shù)和運(yùn)行效率，減少電機(jī)的發(fā)熱。

　　（3） 控制功能的靈活應(yīng)用

　　對(duì)于個(gè)別要求快速制動(dòng)的場(chǎng)合，可以采用自由停車(chē)的方法外加機(jī)械抱閘來(lái)解決。下垂控制是解決同步和動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配的簡(jiǎn)單有效的控制方式。如造紙機(jī)械中壓光機(jī)的控制。由于壓光機(jī)中兩個(gè)壓輥的線(xiàn)速度客觀(guān)上存在差異，會(huì)造成兩者中間的一個(gè)長(zhǎng)期處于發(fā)電狀態(tài)，如果加工物料厚度或者前級(jí)的牽引力發(fā)生變化，則可能造成變頻器的負(fù)載突變，容易出現(xiàn)過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)。有些廠(chǎng)家為了簡(jiǎn)單地解決問(wèn)題，采用了將變頻器功率加大一檔或者兩檔的方法，表面上解決了問(wèn)題，實(shí)際上電機(jī)長(zhǎng)期處于過(guò)載和大轉(zhuǎn)差運(yùn)行狀態(tài)，容易造成電機(jī)的燒毀。其實(shí)，一種簡(jiǎn)單的方法，就是采用下垂控制功能，動(dòng)態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)速，可以完全解決該問(wèn)題。

　　另外，對(duì)于具有自動(dòng)加減速功能或者avr（自動(dòng)電壓調(diào)整）功能的變頻器來(lái)說(shuō)，開(kāi)放此功能，即可大大降低保護(hù)停車(chē)的概率。

　?。?） 動(dòng)態(tài)負(fù)荷調(diào)整

　　對(duì)于動(dòng)態(tài)變化的多級(jí)負(fù)載，如造紙、多級(jí)印刷機(jī)械的同步，冶金、化纖行業(yè)的牽伸生產(chǎn)等場(chǎng)合，均需要同步控制來(lái)動(dòng)態(tài)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以保證生產(chǎn)過(guò)程不出現(xiàn)斷紙、斷線(xiàn)等現(xiàn)象，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在此過(guò)程中，被牽拉的電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，需要制動(dòng)電阻或者制動(dòng)單元進(jìn)行制動(dòng)。同步控制方法很多，有模擬同步控制、數(shù)字開(kāi)關(guān)量同步控制、通信或者現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制等方法，將另文描述，此處重點(diǎn)說(shuō)明幾種動(dòng)態(tài)負(fù)荷調(diào)整的方法。一是采用有pgv/f控制的過(guò)程速度pid控制或者有pg矢量控制，提高同步控制精度，可以有效克服負(fù)載擾動(dòng)造成的速度波動(dòng);二是采用機(jī)械浮輥或者其他緩沖機(jī)構(gòu)來(lái)克服動(dòng)態(tài)擾動(dòng); 三是采用局部張力閉環(huán)調(diào)節(jié)。

　?。?） 運(yùn)行命令時(shí)序問(wèn)題

　　在許多系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)問(wèn)題往往是比較易于解決的問(wèn)題，而在啟動(dòng)和停車(chē)的過(guò)程中容易出現(xiàn)速度的快速變化，出現(xiàn)制動(dòng)問(wèn)題。例如張力控制中常見(jiàn)的卷染機(jī)、復(fù)卷機(jī)均屬于此類(lèi)問(wèn)題。圖1是復(fù)卷機(jī)較理想的控制時(shí)序圖。對(duì)于造紙、印刷機(jī)械、化纖、冶金等生產(chǎn)線(xiàn)的控制，均有自己較為理想的控制時(shí)序。基本原則是，在啟動(dòng)和停車(chē)的過(guò)程中，避免出現(xiàn)負(fù)載的突變和速度的突變。

4 解決制動(dòng)問(wèn)題的主回路的幾種連接方式

　?。?） 單臺(tái)變頻器制動(dòng)

　　單臺(tái)變頻器制動(dòng)的方式一般有三種，如圖2所示。其中（a）、（b）均適用于非頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合，對(duì)于小功率頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合，在不考慮節(jié)能的情況下也可以采用。對(duì)于中大功率連續(xù)制動(dòng)的場(chǎng)合，建議采用（c）的方案，可以節(jié)約大量電能。但是，要注意選用正弦回饋的逆變器，否則將對(duì)用戶(hù)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，特別是醫(yī)院、影劇院等場(chǎng)合，會(huì)干擾醫(yī)療設(shè)備或者影響音響效果。

　?。?） 多臺(tái)變頻器局部公共直流母線(xiàn)

　　對(duì)于兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上變頻器運(yùn)行的公共直流母線(xiàn)系統(tǒng)中，往往存在一部分變頻器在電動(dòng)運(yùn)行和另外一部分在發(fā)電運(yùn)行的情況。如果能夠全部或者部分有選擇的將電動(dòng)與發(fā)電運(yùn)行變頻器的直流母線(xiàn)連接起來(lái)，可以保證發(fā)電制動(dòng)的能量得到及時(shí)的利用，防止母線(xiàn)電壓的上升，可以做到即節(jié)能、又環(huán)保，大大減小了制動(dòng)組件或者回饋組件的功率，降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。

　　對(duì)于在一個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中，含有一個(gè)大功率變頻器電動(dòng)運(yùn)行，含有一個(gè)小功率變頻器（或者若干發(fā)電運(yùn)行變頻器）發(fā)電運(yùn)行，并且前者功率與后者功率或者功率之和相差4個(gè)功率等級(jí)以上時(shí)，可以采用圖3的方式連接，可以省掉制動(dòng)單元，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低成本。當(dāng)兩臺(tái)及兩臺(tái)以上功率接近的變頻器，存在部分電動(dòng)運(yùn)行，部分發(fā)電運(yùn)行時(shí)，可以采用如圖4所示的局部公共直流母線(xiàn)方案，在此方案中，母線(xiàn)并聯(lián)必須串入快速熔斷器來(lái)防止個(gè)別單元損壞后造成故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是，快速熔斷器的容量必須以對(duì)應(yīng)變頻器的容量作為選擇依據(jù)。另外，由于不同廠(chǎng)家、不同功率的變頻器母線(xiàn)電源上電的時(shí)序不同，為了安全，母線(xiàn)并聯(lián)必須串入接觸器，接觸器的控制可由變頻器中的準(zhǔn)備好信號(hào)來(lái)控制，為了確保安全，通過(guò)調(diào)整準(zhǔn)備好信號(hào)的延時(shí)，保證大功率變頻器先于小功率變頻器并聯(lián)到公共直流母線(xiàn)上。emerson生產(chǎn)的td3000具有這樣的功能。

　?。?） 多臺(tái)全部公共直流母線(xiàn)

　　如果一個(gè)龐大的調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器分布分散，運(yùn)行狀況復(fù)雜的話(huà)，比較理想的方案就是采用集中整流加逆變器的方法更為理想和可靠。但是這種方法目前只有西門(mén)子、abb可以提供相應(yīng)的產(chǎn)品，價(jià)格比較昂貴，替代難度大。圖5是多臺(tái)變頻器公共直流母線(xiàn)的連接示意圖。需要說(shuō)明的是圖4和圖5的方法中的直流母線(xiàn)均需要添加制動(dòng)組件或者回饋組件。如果圖5中的整流單元采用scr或igbt的可控四象限整流，則不需要添加制動(dòng)組件或者回饋組件。

5 各種制動(dòng)方案的綜合比較

　　各種制動(dòng)方案綜合比較表如附表所示。

6 結(jié)束語(yǔ)

　　以上通過(guò)對(duì)各種制動(dòng)方式的分析，可以看出每種制動(dòng)方式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于具體的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，選用什么樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，必須做到具體問(wèn)題具體分析。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，隨著功率半導(dǎo)體器件成本持續(xù)降低，采用具有可以逆變的四象限運(yùn)行的變頻器（含pwm整流）和無(wú)中間直流環(huán)節(jié)的矩陣式交交變頻器將不僅徹底解決制動(dòng)問(wèn)題，而且可大大提高系統(tǒng)的功率因數(shù)和降低輸入諧波，將成為未來(lái)綠色變頻器的發(fā)展主流。