斬波制動模塊的工作原理——基礎補充

1、什麼是制動?

制動的含義就是降速,停車。在制動過程中,電機相當於一個發電機。小電機系統由於功率較低,在較高轉速時降速並不會通過逆變電路向直流母線側回饋較多的能量。然而在較大功率的電機系統中,尤其在大慣量系統中,升速往往可以很迅速,但是降速就會變得緩慢而危險。其原因就在於此時高速運轉的電機本身蘊含着較高的動能,快速的降速就意味着巨大的能量將在短時間內直接通過逆變器返回直流側。如果不能妥善的處理這樣巨大的能量,直流母線側的電壓就會被回饋的能量大幅度擡升。但是想要降低他的動能,就必須將這部分動能轉化爲其他形式的能量消耗。

2、爲什麼母線電壓會被擡升?

在制動過程中,電機相當於發電機,輸出三相交流電。能量從電機側向母線側傳輸,此時主迴路不再工作在逆變模式,而是整流模式。這會使得原本已經從電網側得到電壓的母線側電壓持續升高。比如一個典型的電機系統,母線側電壓由電網電壓經過不控整流得到,再經過逆變器輸出想要的三相電控制電機。在制動模式中,母線側的能量將不僅由電網提供,電機側還會向其輸入能量。

直流母線側的電壓持續擡升的後果就是炸燬穩壓電容,從而損壞整個控制系統,這是極度危險的。

3、什麼是斬波制動?

上一個比較模糊的圖,斬波制動單元的工作原理,就是在變頻器的母線側P和N之間接一個制動電阻,並且中間加上一個大功率的開關管。在制動單元內,通過不斷的開通關斷開關管的方式,在制動單元內形成一個 母線正負極 + 制動電阻 + 開關管這樣一個簡單的迴路,就像我們初中做的燈泡實驗一樣。P = I*I*R,所以電阻會在不斷的開通關斷中持續發熱,直流母線側的能量不斷的通過電阻發熱而消耗,從而電壓降低。斬波就是控制開關管開通關斷的一種控制方式。

4、爲什麼要進行斬波制動?其原理是什麼?

至於爲什麼要用斬波,我們反過來向可能更好理解。如果使得制動單元內的電路持續的導通,讓電阻和電源直接形成迴路。這將直接導致電流迅速提升,一般制動電阻都是0-40歐之間,制動母線電壓是650V+,W = I * I * R * t,通過這個公式可以知道,10歐的制動電阻會在1s內產生36000J的熱量,如果持續通電將直接燒燬制動電阻。同時長時間的大電流對線路的壓力實在難以想想。

這時候斬波就是一種神奇的控制方式了,1s內開通0.3s,剩下0.7s關斷,這0.7s就可以讓剛剛產生的熱量消除,無論是制動電阻還是線路,都可以通過關斷的那斷時間散出熱量,從而實現能量的卸放。

一般而言制動電阻的熱散發不會那麼快,所以一般制動單元都會有一個很大的散熱片和風機,就是爲了卸放制動的能量。

 

 

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