1 引言

　　在變頻器的使用中，經常遇到需要制動的場合，如大慣性負載的快速停車、勢能負載的拖動、多級傳動的同步控制及負載的突變等。如何根據負載情況選擇制動方案經常讓客戶難以選擇。本文針對此問題，對制動問題進行了比較深入的探討。

2 制動問題的實質

　　制動問題的實質在于機械能轉換為電能，電能儲存在變頻器的中間環節電解電容中，制動方案就是如何保證中間環節電解電容的電壓不超過變頻器允許的范圍。因此，解決制動問題的方法有二：一是改變系統控制策略，避免電機出現機械能轉換為電能，從源頭上消除能量的持續累積;二是將不斷積累的能量通過系統內部交換或者一定的渠道瀉放掉，即采用共用直流母線、能耗制動或者再生回饋制動等策略。

3 解決制動問題的系統控制策略

　　（1） 加減速時間調整

　　對于單臺大慣性負載，在加減速過程中，在沒有添加制動單元的時候，容易出現動態過電壓保護，在工藝許可的前提下，可以將加減速時間調節到在最重負載時，也不出現過電壓的更長水平，保證一定的安全余量。一般變頻器中，均有失速過電壓保護功能，建議在無制動單元的時候，將此功能打開，可以避免加減速時間不合適造成的保護。

　　（2） 控制方式的改變

　　對于重負載，快速起制動的場合，可以將v/f控制的變頻器更換為矢量控制變頻器，要求更高的場合，可以采用加pg的矢量控制變頻器，可以大大提高電機的驅動能力，保證電機速度與變頻器頻率的一致性，減少失速過電壓的發生機會，并提高功率因數和運行效率，減少電機的發熱。

　　（3） 控制功能的靈活應用

　　對于個別要求快速制動的場合，可以采用自由停車的方法外加機械抱閘來解決。下垂控制是解決同步和動態負荷分配的簡單有效的控制方式。如造紙機械中壓光機的控制。由于壓光機中兩個壓輥的線速度客觀上存在差異，會造成兩者中間的一個長期處于發電狀態，如果加工物料厚度或者前級的牽引力發生變化，則可能造成變頻器的負載突變，容易出現過電流、過電壓保護。有些廠家為了簡單地解決問題，采用了將變頻器功率加大一檔或者兩檔的方法，表面上解決了問題，實際上電機長期處于過載和大轉差運行狀態，容易造成電機的燒毀。其實，一種簡單的方法，就是采用下垂控制功能，動態調整轉速，可以完全解決該問題。

　　另外，對于具有自動加減速功能或者avr（自動電壓調整）功能的變頻器來說，開放此功能，即可大大降低保護停車的概率。

　　（4） 動態負荷調整

　　對于動態變化的多級負載，如造紙、多級印刷機械的同步，冶金、化纖行業的牽伸生產等場合，均需要同步控制來動態控制電機的轉速，以保證生產過程不出現斷紙、斷線等現象，從而保證產品的質量。在此過程中，被牽拉的電機工作在發電狀態，需要制動電阻或者制動單元進行制動。同步控制方法很多，有模擬同步控制、數字開關量同步控制、通信或者現場總線控制等方法，將另文描述，此處重點說明幾種動態負荷調整的方法。一是采用有pgv/f控制的過程速度pid控制或者有pg矢量控制，提高同步控制精度，可以有效克服負載擾動造成的速度波動;二是采用機械浮輥或者其他緩沖機構來克服動態擾動; 三是采用局部張力閉環調節。

　　（5） 運行命令時序問題

　　在許多系統中，穩態問題往往是比較易于解決的問題，而在啟動和停車的過程中容易出現速度的快速變化，出現制動問題。例如張力控制中常見的卷染機、復卷機均屬于此類問題。圖1是復卷機較理想的控制時序圖。對于造紙、印刷機械、化纖、冶金等生產線的控制，均有自己較為理想的控制時序。基本原則是，在啟動和停車的過程中，避免出現負載的突變和速度的突變。

4 解決制動問題的主回路的幾種連接方式

　　（1） 單臺變頻器制動

　　單臺變頻器制動的方式一般有三種，如圖2所示。其中（a）、（b）均適用于非頻繁制動的場合，對于小功率頻繁制動的場合，在不考慮節能的情況下也可以采用。對于中大功率連續制動的場合，建議采用（c）的方案，可以節約大量電能。但是，要注意選用正弦回饋的逆變器，否則將對用戶產生嚴重的干擾，特別是醫院、影劇院等場合，會干擾醫療設備或者影響音響效果。

　　（2） 多臺變頻器局部公共直流母線

　　對于兩臺或者兩臺以上變頻器運行的公共直流母線系統中，往往存在一部分變頻器在電動運行和另外一部分在發電運行的情況。如果能夠全部或者部分有選擇的將電動與發電運行變頻器的直流母線連接起來，可以保證發電制動的能量得到及時的利用，防止母線電壓的上升，可以做到即節能、又環保，大大減小了制動組件或者回饋組件的功率，降低了整個系統的成本。

　　對于在一個控制系統當中，含有一個大功率變頻器電動運行，含有一個小功率變頻器（或者若干發電運行變頻器）發電運行，并且前者功率與后者功率或者功率之和相差4個功率等級以上時，可以采用圖3的方式連接，可以省掉制動單元，簡化系統，降低成本。當兩臺及兩臺以上功率接近的變頻器，存在部分電動運行，部分發電運行時，可以采用如圖4所示的局部公共直流母線方案，在此方案中，母線并聯必須串入快速熔斷器來防止個別單元損壞后造成故障的進一步擴大。這里需要強調一點的是，快速熔斷器的容量必須以對應變頻器的容量作為選擇依據。另外，由于不同廠家、不同功率的變頻器母線電源上電的時序不同，為了安全，母線并聯必須串入接觸器，接觸器的控制可由變頻器中的準備好信號來控制，為了確保安全，通過調整準備好信號的延時，保證大功率變頻器先于小功率變頻器并聯到公共直流母線上。emerson生產的td3000具有這樣的功能。

　　（3） 多臺全部公共直流母線

　　如果一個龐大的調速系統中，變頻器分布分散，運行狀況復雜的話，比較理想的方案就是采用集中整流加逆變器的方法更為理想和可靠。但是這種方法目前只有西門子、abb可以提供相應的產品，價格比較昂貴，替代難度大。圖5是多臺變頻器公共直流母線的連接示意圖。需要說明的是圖4和圖5的方法中的直流母線均需要添加制動組件或者回饋組件。如果圖5中的整流單元采用scr或igbt的可控四象限整流，則不需要添加制動組件或者回饋組件。

5 各種制動方案的綜合比較

　　各種制動方案綜合比較表如附表所示。

6 結束語

　　以上通過對各種制動方式的分析，可以看出每種制動方式都有自己的優缺點，對于具體的工業應用現場，選用什么樣的拓撲結構，必須做到具體問題具體分析。從長遠看，隨著功率半導體器件成本持續降低，采用具有可以逆變的四象限運行的變頻器（含pwm整流）和無中間直流環節的矩陣式交交變頻器將不僅徹底解決制動問題，而且可大大提高系統的功率因數和降低輸入諧波，將成為未來綠色變頻器的發展主流。