變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流制動(dòng)是如何實(shí)現(xiàn)的?

所謂“直流制動(dòng)”，一般指當(dāng)變頻器的輸出頻率接近為零，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低到一定數(shù)值時(shí)，變頻器改向異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中通入直流。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組中通入直流電流時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)將是空間位置不變的恒定磁場(chǎng)。例如，轉(zhuǎn)子因慣性而繼續(xù)以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組里的感應(yīng)電流以及轉(zhuǎn)子繞組所受電磁力的方向?qū)⑿纬膳cn方向相反的制動(dòng)力矩。同時(shí)，恒定磁場(chǎng)也力圖將轉(zhuǎn)子鐵芯牢牢吸住，進(jìn)一步 促使轉(zhuǎn)子迅速停下來(lái)。這種在定子繞組中通入直流電流而使電動(dòng)機(jī)迅速制動(dòng)的方法稱(chēng)為直流制動(dòng)，也叫能耗制動(dòng)。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，直流制動(dòng)主要用于消除驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速接近于0時(shí)的“爬行”現(xiàn)象。

交流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性曲線(xiàn)如圖1所示，在圖1中①為正常工作時(shí)的曲線(xiàn)，②為直流制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性，設(shè)A點(diǎn)為正常工作點(diǎn)。

圖1交流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)機(jī)械特性曲線(xiàn)

(1)降速前的工作狀態(tài):假設(shè)降速前拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行頻率是f1，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為曲線(xiàn)①;負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，阻轉(zhuǎn)矩為T(mén)L (為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，假設(shè)TL中已包括損耗轉(zhuǎn)矩在內(nèi))。此時(shí)，工作點(diǎn)為A點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TM與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相平衡: TM=TL。

(2)拖動(dòng)系統(tǒng)的降速過(guò)程:在變頻調(diào)速系統(tǒng)中通常設(shè)置的制動(dòng)過(guò)程為電動(dòng)機(jī)先減速，首先，頻率下降為f2,機(jī)械特性變?yōu)榍€(xiàn)②。由于在頻率剛下降的瞬間，拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速因慣性而尚未改變，此時(shí)同步磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，工作點(diǎn)在同一轉(zhuǎn)速下由曲線(xiàn)①的A點(diǎn)跳至曲線(xiàn)②的B點(diǎn)，即從第一象限過(guò)渡到第二 象限，通常稱(chēng)之為同一轉(zhuǎn)速下特性的跳轉(zhuǎn)。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)得到反方向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tb進(jìn)入發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)沿圖1中曲線(xiàn)②迅速降速，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于某一轉(zhuǎn)速后，變頻器輸出直流，形成固定磁場(chǎng)，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在此過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)將經(jīng)過(guò)短暫的再生發(fā)電制動(dòng)和能耗制動(dòng)最終停止，因此需要接入制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，以防止電動(dòng)機(jī)發(fā)熱。

從以上的降速過(guò)程可以看出，每次頻率下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)只有部分時(shí)間處于再生制動(dòng)狀態(tài)，所以反饋到直流電路的電壓是脈沖式的，這就是被稱(chēng)為“泵升電壓”的原因。泵升電壓的大小取決于轉(zhuǎn)子繞組正方向切割磁力線(xiàn)的速度。具體地說(shuō)，取決于當(dāng)頻率(從而同步轉(zhuǎn)速)下降時(shí)，轉(zhuǎn)子能否及時(shí)地跟隨頻率一起下降。從機(jī)械特性上看，則取決于每次頻率變換時(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。

直流制動(dòng)主要適用于哪些場(chǎng)合?

直流制動(dòng)主要應(yīng)用于需要準(zhǔn)確停車(chē)的場(chǎng)合:用于阻止啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)由于外因引起的不規(guī)則自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，即在啟動(dòng)變頻器前，先要保證拖動(dòng)系統(tǒng)從零速開(kāi)始啟動(dòng)，即先實(shí)施直流制動(dòng)，到零速后方可啟動(dòng)，尤其對(duì)中大型風(fēng)機(jī)負(fù)載更為必要。