变频器的制动电阻与制动单元
变频器在运行中，其直流母线上的电压UD因为某些原因可能出现危险的过电压，导致滤波电容器因过电压击穿，或者引发其它故障。
一、直流母线产生过电压的原因
1.变频器参数设置不当
变频器参数设置不当导致直流母线过电压，是直流母线产生过电压的原因之一。例如，惯性较大的负载，变频器“减速时间”这个参数设置时间较短。当变频器的输出频率降低时，电动机旋转磁场的转速降低，这时由于电动机的负载惯性较大，转速不能快速降低，使得电动机的实际转速高于旋转磁场的转速，电动机由电动状态变换为发电状态，所发电能通过变频器逆变电路中的续流二极管整流，给变频器电源输入端的整流滤波电容器充电，致使变频器直流母线上的电压过高。
2.起重设备在重物下降时
起重设备的吊钩上悬挂的重物，在其下降的过程中，电动机可能处于制动状态，防止重物下降速度过快，但重物下降的牵拉力大于电动机的制动力时，电动机的转速有可能大于变频器给电动机提供的电源频率的旋转磁场的转速，使电动机处于发电状态，导致变频器直流母线上的电压升高到异常值。
有时启动和制动比较频繁，或者要求快速制动，也可能导致直流电路的电压UD增高，从而产生过电压。
二、消除直流母线过电压的技术措施
1.将过电压的能量反馈至电网
当变频器检测到直流母线上的电压超过限定值时，起动逆变电路，将滤波电容器上过高电压集聚的能量转换成与电网频率、电压相同的正弦交流电反馈给电网，这一技术方案既解决了直流母线过电压的问题，又节约了电能，一举两得。但对电网的运行稳定性要求较高，而且要求变频器必须增加相应的功能电路，设备成本较高，也提高了维修维护的技术难度，所以应用较少。
2.多台变频器使用公用直流母线
如果将多台变频器的直流环节通过共用直流母线互连，则一台或多台电动机产生的再生发电能量就可以被其它电动机以电动的方式消耗吸收。
图1是应用比较广泛的共用直流母线方案，该方案包括以下几个部分。
（1）三相交流电源进线
各变频器的电源输入端并联于同一交流母线上，并保证各变频器的输入端电源相位一致。图1中，断路器QF是每台变频器的进线保护装置。LR是进线电抗器，当多台变频器在同一环境中运行时，相邻变频器会互相干扰，为了消除或减轻这种干扰，同时为了提高变频器输入测的功率因数，接入LR是必须的。
（2）直流母线
KM是变频器的直流环节与共用直流母线连接的控制开关。FU是半导体快速熔断器，其额定电压可选DC700V，额定电流必须考虑驱动电动机在电动或制动时的最大电流，一般情况下，可以选择额定负载电流的125%。
（3）控制单元
各变频器根据控制单元的指令，通过KM将其直流环节并联到共用直流母线上，或是在变频器故障后快速地与共用直流母线断开。
3.使用制动单元和制动电阻
这一技术方案的机理是，当变频器检测到直流母线上的电压达到限定值时，将一个电子开关（制动单元）打开，使一个具有一定功率的泄放电阻（制动电阻）并联在直流母线的正负极上，实现泄放滤波电容器上集聚的危险电能的作用。
当然，制动单元和制动电阻也可与公用直流母线技术相结合，当公用直流母线系统中的电动机不能完全吸收过电压集聚的能量时，直流母线上的公用制动单元和制动电阻即可泄放掉高电压集聚的能量。当过电压被泄放至安全值以下时，制动过程自动结束。
三、制动电路工作原理
图2是含有制动单元和制动电阻的变频器内部主电路，图中DR是制动电阻，V12是制动单元。制动单元是一个控制开关，当直流电路的电压UD增高到一定限值时，开关接通，将制动电阻并联到电容器C两端，泄放电容器上存储的过多电荷。其控制原理如图3虚线框内电路所示。电压比较器的反向输入端接一个稳定的基准电压UA，而正向输入端则通过电阻R1和R2对直流电路电压UD取样，获得取样电压UB，当UB数值超过UA一定数值时（通常该数值为mV数量级，为几mV，最大几十mV），电压比较器的输出端状态由低变高，经驱动电路使IGBT管导通，制动电阻DR开始放电。当UD电压数值在正常范围时，IGBT管截止，制动电阻退出工作。
IGBT管是一种新型半导体元件，它兼有场效应管输入阻抗高、驱动电流小和双极性晶体管增益高、工作电流大和工作电压高的优点，在变频器中被普遍使用，除了制动电路外，其逆变电路中的开关管也几乎清一色地选用IGBT管。
图3中的电阻R是限流电阻，可以限制开机瞬间电容器C较大的充电涌流。适当延时后，IGBT管V11导通，将限流电阻R短接，从而消除限流电阻R上消耗的功率。有的变频器在这里使用交流接触器的触点将R短接，作用与此类似。
四、制动电阻的阻值和容量
准确计算制动电阻值的方法比较麻烦，必要性也不大。作为一种选配件，各变频器的制造商推荐的制动电阻规格也不是很严格，而为了减少制动电阻的规格档次，常常对若干种相邻容量规格的电动机推荐相同阻值的制动电阻。取值范围如下：
式中 DR——制动电阻的阻值，Ω；
UDH——直流电压的上限值，即制动电阻投入工作的门坎电压，V；
IMN——电动机的额定电流，A。
由式（1）可见，制动电阻值的大小，有一个允许的取值范围。
制动电阻工作时消耗的功率，可按下式计算：
式中 PDR——制动电阻工作时消耗的功率，W；
由式（2）计算出的制动电阻功率值是假定其持续工作时的值，但实际情况绝非如此，因为制动电阻只有变频器和电动机在停机或制动时才进入工作状态，而有的电动机甚至连续多天运行都不停机，即便是制动较频繁的电动机，它也是间断工作的，因此，式（2）计算出的结果应进行适当修正，根据电动机制动的频繁程度，修正系数可在0.15～0.4之间选择。制动频繁，或电动机功率较大时，取值大些，很少制动，或电动机功率较小时，取值小些。
变频器说明书中都会推荐不同功率电动机应该选择的制动电阻规格，但是，推荐值对一种具体应用来说，不一定是最佳值。运行中若有异常，可根据上述原则进行适当调整。
五、制动电路异常的处理
1.电动机刚开机，制动电阻就发烫。
因为刚开机时，直流电路的电压不会偏高，制动电阻不应该通电，也不会发热。出现这种情况应认定是制动单元已经损坏，可能内部的IGBT管已经击穿，或者控制电路异常，使IGBT管误导通了。
2.制动单元出现故障损坏。
制动单元出现故障损坏时，为了减少采购配件的等待时间，尽量减少停产损失，可采取如下应急措施。
制动单元是制动电阻的控制开关，制动单元损坏后，可临时用一只三相交流接触器代替。变频器直流电路的电压可达电源电压的倍，即×380V=537V，从承受电压和灭弧的角度考虑，应将接触器的三个主触点串联起来，控制制动电阻的接入与否。接触器线圈的通电，可由下述方法之一控制：1）对于一般生产机械，或频繁启动、制动的生产设备，由停机按钮通过中间继电器进行控制，这样，每当生产设备停机时，制动电阻就处于放电状态；2）对于起重机械，可由控制吊钩下行的接触器的辅助接点进行控制，这样，每次吊钩向下运行时，制动电阻同样处于放电状态。
山西 杨电功