MM440 变频器的能耗制动原理与应用-论文发表

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
• 制动单元激活电压与直流回路故障电压
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

• 制动单元动作过程
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

• MM440 中相关动态制动的必要参数设置

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15。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