变频器电气制动办法探索

直流制动的要素

(1)直流制动电压值:与制动转矩成正比关系。拖动系统惯性越大，电压值越大。一般控制在直流电压在15～20%左右，变频器额定输出电压约为60～80V，这些可人为选择。(2)直流制动时间，即是向定子绕组通入直流电流的时间，它应比实际需要的停机时间略长一些，亦可人为选择。(3)直流制动起始频率，当变频器的工作频率下降到多大时开始由能耗制动转为直流制动，这与负载对制动时间的要求有关，若并无严格要求情况下，制动起始频率尽可能设定得小一些。由以上可以看出，制动全过程中可把高速段采用能耗制动，低速段采用直流制动，二者配合使用，这样既能快速制动，又可准确停车。

制动原理当电动机工作在电动状态时，整流控制单元产生高频脉冲控制整流侧的IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，这样就消除了二极管整流桥产生的高次谐波。此时能量从电网经由整流回路和逆变回路流向电机。当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网，达到节能的效果。此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网。

再生制动产生的影响及对策由于变频器整流以及逆变电路中使用了半导体开关元器件，在输入输出电压和电流中存在高次谐波成分，尤其是反馈过程中，把高次谐波反馈到供电线路，给电网带来不同程度的影响，引起电网电源波形畸变。为了消除对电网的影响，可以采取以下措施:(1)插入电抗器。在变频器的整流侧插入直流电抗器或在输入端插入交流电抗器(如图2)，这样可以减少脉冲状的电流波形的峰值，改善电流波形。(2)插入滤波器。滤波器分为LC滤波器和有源滤波器两种。LC滤波器是被动滤波器，由电抗和电容组成对高次谐波的共振电路，从而达到吸收高次谐波的目的。有源滤波器的工作原理是通过对电流中的高次谐波成分进行检测，并根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反电位的电流，以此减少高次谐波。

变频器电气制动在煤矿生产中的应用

煤矿井下胶带运输机以及绞车调速系统部分改为变频调速系统，电气制动方式主要为两种:(1)回馈再生制动;(2)直流制动与能耗制动结合使用。回馈再生制动主要应用在绞车运输及下运胶带机上。以下运胶带机为例:下运胶带在停止过程中，由于惯性以及在胶带运行方向的分力，胶带机不仅不能停止，而且出现加速运转，此时系统处于失控状态。当采用四象限变频器时，四象限变频器随时监测负力的产生，将负力回馈电网，同时可以实现系统远行中正力到负力及负力到正力过程的平稳控制。直流与能耗制动的结合使用主要用在搭接胶带机上。当前一条胶带机比后一条胶带机停机早时，容易出现积煤埋机尾滚筒事故，所以采用电气制动来改善这种现象。但是，由于直流制动适用于电机功率比较小的地点，井下胶带机电机功率比较大，若纯粹采用直流制动，一是制动时间比正常停机时间还长，二是强行制动变频器直流母线出现过压现象。所以采用直流与能耗制动相结合，效果良好，大大缩减了停机时间。

变频器电气制动的新思路

最近，看到一些报道出现了一种新型制动方式:电容反馈制动。该制动方式在整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅。充电、反馈回路由功率模块IGBT、充电、反馈电抗器L及大电解电容C(容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定)组成。逆变部分由功率模块IGBT组成。保护回路由IG-BT、功率电阻组成。电动机发电运行状态CPU对输入的交流电压和直流回路电压实时监控，以决定是否发出充电信号，一旦直流回路电压比输入交流电压所对应的直流电压值高到一定值时，对电解电容C充电。此时的电抗器L与电解电容C分压，从而确保电解电容C工作在安全范围内。当电解电容C上的电压快到危险值，而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动(电阻制动)，一般这种情况是不会出现的。电动机电动运行状态当CPU发现系统不再充电时，电容器将向直流回路反馈能量。CPU通过对电解电容C上的电压和直流回路的电压的检测来控制反馈电流，确保直流回路电压不超高。

作者：张生刚单位：兖矿集团安全监察局