制动和发电

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发电和转矩控制对于起重机和提升机来说非常重要 发电和转矩控制对于起重机和提升机来说非常重要

大多数情况下,和在大多数应用中,变频器通过向电机提供能量来控制电机,然后带动负载。然而,有时能量会反向流动,即从负载,通过电机,回到变频器。如果负载正在释放能量,例如当起重机或电梯下放负载时,或者当输送机向下输送物料时,就会发生这种情况?;拱ǜ吖咝愿涸丶跛俚那樾味蓟岱⑸?,我们称之为发电状态;在这种情况下,存储在旋转物体中的能量会通过电机流回变频器。至于风扇通常在快速减速时发电。


当然,如果系统中存在明显的摩擦,或者存在其他制动效果(例如通过风扇的气流),则返回到变频器的能量可能会大大减少。然而,如果发电很多,能量将回到变频器。如果发生这种情况,变频器的持续运行将保持电机上的电压,因此会出现磁通量,但电流的相位会发生变化,因此能量(即电流)将从电机流入变频器。IGBT和整流二极管仍然正常工作,但是此时二极管不再起整流的作用了。


结果,电流流入直流母线和母线电容器。在这里它给电容器充电,所以电压升高。但是电流不能返回到电源(整流器阻止),因此如果发电继续,电容器上的电压将继续升高。为了防止损坏,变频器将检测到这一点,并关闭输出IGBT的开关。现在没有输出电压,因此没有磁化电流,所以电机磁通崩溃,留下转子和负载自由旋转,没有更多的能量返回变频器。变频器因过电压而跳闸;这是发电过多的症状。


我们可以用几种方法防止过电压跳闸。当系统在减速过程中发电时,最简单的解决方法是降低减速程度;即增加斜坡下降时间。现在再生的能量会在一个更长的时间内慢慢产生,然后在系统中损耗掉或被变频器本身吸收。然而,在高惯性负载下,你可能会需要很长的减速时间。另一种方法是简单地关闭变频器的输出,让电机和负载滑行停止。您可以通过将停止模式参数P-05(P2和Eco上的P1-05)从0更改为1来完成此操作。现在不再是斜坡减速,变频器直接输出关闭,电机滑行。


这种解决方案的缺点是在停止过程中没有对负载和电机的控制,因此不知道它是否以及何时会全部停止。这在流程工业中并不方便,但对于冷却风扇来说可能还可以。


如果负载发电是正常操作,不仅仅是在停止时产生,则这两个选项都没有帮助。如果您在不断地加速和减速,或者如果您的起重机或升降机一直在升降,则需要一个受控的解决方案。一些应用,如前面提到的下坡输送机,或放卷机,一直在发电。因此流向变频器直流母线的能量必须耗散。


解决方案是在直流端连接一个制动电阻以消耗能量,电阻由IGBT开关,IGBT内置在大多数工业变频器中,由驱动软件控制,驱动软件监控直流电压并相应地开关IGBT。这种电压是“斩波”形式,所以有时被称为制动斩波器。也许更好的描述是,动态或电阻制动器。制动电阻通常不包括在变频器中,必须单独选择和购买。这种设计如图1所示。


图1 变频器制动斩波器的操作


有了正确的制动电阻,变频器现在将允许满载电流返回变频器,并在制动电阻中耗散功率。这使得变频器可以完美地控制负载下降和退绕,以及在需要时快速降低高惯性负载的速度。


如前所述,“斩波”IGBT通常内置在变频器中,但制动电阻必须由客户选择。选型需要多加考虑。首先,选择的任何制动电阻必须能够在高直流电压下工作,并且必须受到相应的?;ぃ慈鄱希?。其次,制动电阻必须具有最小欧姆值,以限制IGBT中的电流。然后必须选择合适的预期功率。最后,应考虑制动电阻的?;?。由于它们散发热量,制动电阻通常安装在隔间外,且应远离危险地带,防止液体、灰尘和手指接触。


此解决方案非常适用于低功率和中等功率,且偶尔发生的制动控制。然而,如果你正在操作一台集装箱起重机,它不断地升降大型集装箱,在制动电阻中燃烧所有的能量是相当浪费的。这里的解决方案是一个能量完全再生的变频器,它将能量反馈到电源中。直流变频器在这方面做得很好,但交流变频器需要更换输入整流器,这将是一个功能齐全的逆变器,如图2所示。


图2 完全再生式变频器


我们已经知道能量可以通过逆变器双向流动,所以现在再生的能量沿着直流母线流回,通过前面的逆变器,然后流回电网。这样的逆变整流器还有一个优点,就是它可以在正常运行时控制输入谐波,这在高功率下非常重要。增加的第二套逆变器、及其控制电子设备和系统所需的相关电感器的额外成本,在发电功率超过200kW的变频器中就变得非常值当。它们也被广泛用于机车变频器,比如火车降速时靠此方法回馈电能,而不是磨损刹车。


在一个有多个变频器的系统中,回收制动能量的另一个技巧是将变频器的直流母线连接在一起,这样当一个变频器发电时,它可以向另一个正在运行的变频器供电。这种设计需要谨慎一些;我们有一个应用说明可以帮助您。


英泰E3变频器都包括制动IGBT,除了最小的型号。P2变频器也具有内置的制动IGBT(尺寸6及以上可选安装)。P2的电梯应用型必定包括一个制动IGBT。