變頻調速系統(tǒng)的直流制動是如何實現(xiàn)的?

所謂“直流制動”，一般指當變頻器的輸出頻率接近為零，電動機的轉速降低到一定數(shù)值時，變頻器改向異步電動機定子繞組中通入直流。當異步電動機的定子繞組中通入直流電流時，所產(chǎn)生的磁場將是空間位置不變的恒定磁場。例如，轉子因慣性而繼續(xù)以轉速n旋轉時，轉子繞組里的感應電流以及轉子繞組所受電磁力的方向將形成與n方向相反的制動力矩。同時，恒定磁場也力圖將轉子鐵芯牢牢吸住，進一步 促使轉子迅速停下來。這種在定子繞組中通入直流電流而使電動機迅速制動的方法稱為直流制動，也叫能耗制動。在變頻調速系統(tǒng)中，直流制動主要用于消除驅動系統(tǒng)在轉速接近于0時的“爬行”現(xiàn)象。

交流電動機制動時的機械特性曲線如圖1所示，在圖1中①為正常工作時的曲線，②為直流制動時的機械特性，設A點為正常工作點。

圖1交流電動機制動時機械特性曲線

(1)降速前的工作狀態(tài):假設降速前拖動系統(tǒng)的運行頻率是f1，電動機的機械特性為曲線①;負載為恒轉矩性質，阻轉矩為TL (為簡便起見，假設TL中已包括損耗轉矩在內)。此時，工作點為A點，電動機的電磁轉矩TM與負載轉矩TL相平衡: TM=TL。

(2)拖動系統(tǒng)的降速過程:在變頻調速系統(tǒng)中通常設置的制動過程為電動機先減速，首先，頻率下降為f2,機械特性變?yōu)榍€②。由于在頻率剛下降的瞬間，拖動系統(tǒng)的轉速因慣性而尚未改變，此時同步磁場轉速低于轉子轉速，工作點在同一轉速下由曲線①的A點跳至曲線②的B點，即從第一象限過渡到第二 象限，通常稱之為同一轉速下特性的跳轉。此時，電動機得到反方向的制動轉矩Tb進入發(fā)電制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)沿圖1中曲線②迅速降速，當轉速低于某一轉速后，變頻器輸出直流，形成固定磁場，產(chǎn)生制動轉矩。在此過程中，電動機將經(jīng)過短暫的再生發(fā)電制動和能耗制動最終停止，因此需要接入制動單元和制動電阻，以防止電動機發(fā)熱。

從以上的降速過程可以看出，每次頻率下降時，電動機只有部分時間處于再生制動狀態(tài)，所以反饋到直流電路的電壓是脈沖式的，這就是被稱為“泵升電壓”的原因。泵升電壓的大小取決于轉子繞組正方向切割磁力線的速度。具體地說，取決于當頻率(從而同步轉速)下降時，轉子能否及時地跟隨頻率一起下降。從機械特性上看，則取決于每次頻率變換時轉折點的位置。

直流制動主要適用于哪些場合?

直流制動主要應用于需要準確停車的場合:用于阻止啟動電動機由于外因引起的不規(guī)則自動旋轉，即在啟動變頻器前，先要保證拖動系統(tǒng)從零速開始啟動，即先實施直流制動，到零速后方可啟動，尤其對中大型風機負載更為必要。