變頻器為什么要加制動電阻

順連發(fā)電氣技術(shù)---18125639415

一、變頻器工作原理概述

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的電力控制設(shè)備。它主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。

在整流環(huán)節(jié)，將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。濾波則是對整流后的直流電進(jìn)行平滑處理，減少電壓波動。逆變環(huán)節(jié)是變頻器的核心，它將直流電再次轉(zhuǎn)換為頻率和電壓可變的交流電，供給電動機(jī)，從而實現(xiàn)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

當(dāng)變頻器驅(qū)動電動機(jī)運行時，它會根據(jù)控制信號調(diào)整輸出的頻率和電壓，使電動機(jī)以不同的速度運轉(zhuǎn)。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中的輸送帶系統(tǒng)，通過變頻器可以根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整輸送帶的運行速度，提高生產(chǎn)效率。

二、制動電阻的基本概念與作用

制動電阻是一種用于將電能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉的電阻器。在變頻器系統(tǒng)中，它主要起到消耗多余能量的作用。

當(dāng)電動機(jī)處于制動狀態(tài)時，比如減速、停車或者重物下降等情況，電動機(jī)將處于發(fā)電狀態(tài)，會產(chǎn)生大量的再生電能。這些再生電能會反饋到變頻器的直流母線側(cè)，導(dǎo)致直流母線電壓升高。如果不及時處理這些多余的能量，直流母線電壓會持續(xù)上升，可能會超過變頻器的允許電壓范圍，從而損壞變頻器內(nèi)部的電子元件，如電容、IGBT等。

制動電阻的作用就是在直流母線電壓升高到一定值時，通過制動單元將直流母線與制動電阻接通，使再生電能通過制動電阻轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)出去，從而降低直流母線電壓，保護(hù)變頻器的安全運行。

三、變頻器不加制動電阻的潛在問題

（一）過電壓故障

當(dāng)電動機(jī)快速減速或者負(fù)載慣性較大時，電動機(jī)產(chǎn)生的再生電能會迅速增加。如果沒有制動電阻來消耗這些能量，直流母線電壓會急劇上升。當(dāng)電壓超過變頻器的過電壓保護(hù)設(shè)定值時，變頻器會觸發(fā)過電壓故障保護(hù)，使變頻器停止工作。例如，在一些起重機(jī)設(shè)備中，當(dāng)重物快速下降時，如果沒有制動電阻，變頻器很容易出現(xiàn)過電壓故障，導(dǎo)致起重機(jī)突然停止運行，影響生產(chǎn)安全。

（二）設(shè)備損壞

長期處于過電壓狀態(tài)下，會對變頻器內(nèi)部的電子元件造成不可逆的損壞。過高的電壓可能會擊穿電容，燒毀IGBT模塊等。這些元件的損壞不僅會增加設(shè)備的維修成本，還會導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)時間延長，影響生產(chǎn)進(jìn)度。據(jù)統(tǒng)計，因過電壓導(dǎo)致的變頻器故障在工業(yè)生產(chǎn)中占比較高，約為20% - 30%。

（三）系統(tǒng)穩(wěn)定性下降

變頻器頻繁出現(xiàn)過電壓故障停機(jī)，會使整個生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到影響。例如，在自動化生產(chǎn)線中，一臺設(shè)備的變頻器因過電壓故障停機(jī)，可能會導(dǎo)致整個生產(chǎn)線的流程中斷，需要重新啟動和調(diào)試，降低了生產(chǎn)效率。

四、加制動電阻的具體應(yīng)用場景

（一）頻繁啟停的設(shè)備

在一些需要頻繁啟停的設(shè)備中，如電梯、自動化生產(chǎn)線的傳送裝置等，電動機(jī)在啟動和停止過程中會頻繁產(chǎn)生再生電能。以電梯為例，當(dāng)電梯到達(dá)樓層停止時，電動機(jī)需要快速制動，此時會產(chǎn)生大量的再生電能。如果不加制動電阻，電梯變頻器很容易出現(xiàn)過電壓故障，影響電梯的正常運行。通過添加制動電阻，可以及時消耗這些再生電能，保證電梯的安全穩(wěn)定運行。

（二）大慣性負(fù)載

對于一些大慣性負(fù)載，如風(fēng)機(jī)、水泵、離心機(jī)等，由于其慣性較大，在減速過程中會產(chǎn)生大量的再生電能。例如，大型風(fēng)機(jī)在停機(jī)時，由于風(fēng)機(jī)葉片的慣性，電動機(jī)需要較長時間才能停止轉(zhuǎn)動，在此過程中會產(chǎn)生大量的再生電能。如果不加制動電阻，這些能量會使變頻器直流母線電壓升高，可能導(dǎo)致變頻器故障。添加制動電阻可以有效解決這個問題，使風(fēng)機(jī)能夠安全可靠地停機(jī)。

（三）位能性負(fù)載

位能性負(fù)載是指具有位能的負(fù)載，如起重機(jī)、升降機(jī)等。當(dāng)這些設(shè)備下降時，重物的重力勢能會轉(zhuǎn)化為電能，使電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。如果不加制動電阻，這些再生電能會使變頻器直流母線電壓升高，可能會損壞變頻器。在起重機(jī)中，添加制動電阻可以使起重機(jī)在下降過程中穩(wěn)定運行，避免因過電壓故障導(dǎo)致的安全事故。

五、制動電阻的選擇與安裝要點

（一）選擇要點

1. 功率選擇：制動電阻的功率需要根據(jù)電動機(jī)的功率、負(fù)載特性、制動時間等因素來確定。一般來說，制動電阻的功率要能夠滿足在制動過程中消耗再生電能的需求。如果功率選擇過小，制動電阻可能會因過熱而損壞；如果功率選擇過大，則會增加成本。例如，對于一臺10kW的電動機(jī)，在頻繁啟停的應(yīng)用場景中，制動電阻的功率可能需要選擇5kW - 7kW。
2. 阻值選擇：制動電阻的阻值也需要合理選擇。阻值過小，會使制動電流過大，可能會損壞制動單元；阻值過大，則會影響制動效果。通常，制動電阻的阻值可以根據(jù)變頻器的額定電流和制動電壓來計算。

（二）安裝要點

1. 散熱問題：制動電阻在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，因此需要良好的散熱條件。一般來說，制動電阻需要安裝在通風(fēng)良好的地方，避免安裝在封閉的空間內(nèi)。可以采用風(fēng)冷或者水冷的方式進(jìn)行散熱。例如，在一些大型工業(yè)設(shè)備中，會專門為制動電阻配備散熱風(fēng)扇，以保證其正常工作。
2. 電氣連接：制動電阻的電氣連接要牢固可靠，避免出現(xiàn)松動或者接觸不良的情況。在連接制動電阻時，要注意正負(fù)極的連接，確保連接正確。同時，要使用合適規(guī)格的電纜進(jìn)行連接，以保證電流的正常傳輸。

六、總結(jié)與展望

綜上所述，變頻器加制動電阻是非常必要的。它可以有效解決變頻器在制動過程中產(chǎn)生的過電壓問題，保護(hù)變頻器的安全運行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景合理選擇制動電阻的功率和阻值，并正確安裝制動電阻，以確保其發(fā)揮最佳的效果。

隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，對變頻器的性能和可靠性要求也越來越高。未來，制動電阻的技術(shù)也將不斷創(chuàng)新和發(fā)展。例如，研發(fā)出散熱性能更好、體積更小、功率密度更高的制動電阻，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。同時，隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，制動電阻的控制也將更加智能化，能夠根據(jù)實際工況自動調(diào)整制動參數(shù)，提高能源利用效率。相信在未來，制動電阻將在變頻器系統(tǒng)中發(fā)揮更加重要的作用，為工業(yè)生產(chǎn)的高效運行提供有力保障。