自制制动单元：实用教程

5.8.3.1 制动单元的框图

1.制动单元的作用

制动单元BV的作用是当变频器内部的直流电压U_D超过限值U_DH（通常为700V）时，BV导通，使滤波电容上过高的直流电压通过制动电阻放电，从而把直流电压限制在允许范围内，如图5-55a所示。

图5-55 制动单元的框图

a）制动单元示意图 b）检测电路 c）执行电路

2.制动单元的构成

（1）检测电路

其作用是检测直流电压是否超过上限值U_DH（如700V），如图5-55b所示。图中，

U_A是基准电压，就是和上限电压U_DH对应的电压：U_A=K_UU_DH。

U_S是采样电压，就是和实际的直流电压对应的电压：U_S=K_UU_D。

当直流电压超过上限值（U_D>U_DH）时，有

U_S>U_A

经过比较电路比较后，将输出高电位；而当直流电压回复到上限值以下（U_D<U_DH）时，有

U_S<U_A

经过比较电路比较后，将输出低电位。

（2）执行电路

执行电路主要由开关器件VT及其驱动电路构成，如图5-55c所示。当比较电路输出高电位时，VT导通，直流电压U_D将通过制动电阻R_B放电，使U_D迅速下降。

反之，当比较电路输出低电位时，VT截止，直流电压停止放电，使U_D停止下降。

5.8.3.2 执行电路的简化

1.问题的核心

制动单元中，价格最贵的是开关器件。于是，进行简化所要解决的核心问题就是，能否使用比较价廉的开关器件呢？

2.方案1—IGBT的废物利用

变频器里的IGBT模块，大多是双管模块。而有许多双管模块都只损坏一个IGBT，另一个是好的，于是把并未损坏的半个IGBT模块利用起来，作为制动单元的开关器件，如图5-56a所示。

3.方案2—用接触器代替

将三相交流接触器的三对触点串联起来作为代替IGBT的开关器件，如图5-56b所示。

图5-56 用接触器做制动单元的开关器件

a）利用半个模块 b）用接触器代替

之所以要把三个触点串联起来，有两个方面的原因：

（1）从耐压考虑

用于380V电路里的交流接触器主触点的额定电压，通常是500V，而变频器里直流回路的电压可以高达700V，所以必须把三对触点串联。(www.xing528.com)

（2）从灭弧考虑

这三个接触器触点是在直流电路里工作的，交流接触器和直流接触器的重要区别之一，就是灭弧系统很不一样，交流接触器的灭弧功能要简单得多，用三对触点串联，三个地方同时断开，有利于灭弧，如图5-56b所示。

但实践表明，接触器触点在断开时的火花仍较大，容易损坏。所以在每对触点旁都并联一个电容器，如图5-56b所示。原理如下：

接触器的触点在闭合状态时，各电容器两端的电压都等于0V。所以，当触点断开后，由于电容器要充电，触点两端的电压是逐渐增大的。实践结果表明证明，火花会减小很多。

（3）电容器的选择

电容量：1～2μF；

耐压：500～1000V。

5.8.3.3 检测电路的简化

1.简化目的

图5-55中的检测电路存在两个问题：

（1）采样困难

因为IGBT驱动电路所需电压，通常在直流24V以下，而被测电压是变频器里的直流电压U_D，其变化范围高达500～800V。要在U_D中取出低于24V的采样电压，非但精度不高，也涉及高、低压之间的隔离等问题。

（2）故障率偏高

在实际工作中，制动单元发生故障的情况时有发生。一旦发生故障，常不能迅速修复，影响生产。

2.简化方法

在生产机械减速过程中或重物下降过程中，直接接通执行器件，具体方法如图5-57所示。

（1）起重机械

由控制吊钩下行接触器的辅助触点或通过中间继电器KA来进行控制。使吊钩在每次向下运行时，令VB导通，制动回路就处于放电状态。

（2）停机控制

由停机按钮通过中间继电器KA来进行控制。使生产机械在每次停机时，使VB导通，制动回路就处于放电状态。

（3）减速控制

从变频器的多功能输出端子中任取一个，将功能预置为“减速中”，则每当变频器的输出频率下降时，中间继电器就得电，制动回路就处于放电状态。

图5-57 制动单元的简化控制

a）IGBT的控制 b）接触器的控制 c）和制动单元的比较

3.简化前后的比较

假设变频器的频率下降过程如图5-57c中的曲线①所示，经制动单元控制后，直流电压的变化如曲线②所示，制动电阻通电的状态如曲线③所示。而简化控制后，制动电阻通电的状态如曲线④所示。

比较曲线③和曲线④可知，简化后制动电阻的通电时间略长于简化前。严格地说，会多消耗些功率的。但变频器的减速时间总共也只有几秒钟，所增加的损耗功率微乎其微，是可以忽略不计的。

小小体会

在实际工作中，常常会逼迫你去思考一些临时措施，而事后思考下来，觉得居然也是一种可行的方法。例如，有一次的半夜两点钟，陕西的一位技术员打电话来，说厂里提升机用变频器的制动单元坏了，而提升机一旦停下来，全厂的生产将陷入瘫痪。我略加思索，就告诉他按图5-57b所示的方法试试看，结果很快解决了问题。后来想想，这种方法应该是可以推广的。