制动单元

电动机将出现负转矩

制动单元，全称为“变频器专用型能耗制动单元”，或者是“变频器专用型能量回馈单元”，主要用于控制机械负载比较重的、制动速度要求非常快的场合，将电机所产生的再生电能通过制动电阻消耗掉，或者是将再生电能反馈回电源。

产生背景

在变频调速系统中，降速的基本方法就是通过逐步降低给定频率来实现。当拖动系统的惯性较大，电机的转速的下降将跟不上电机同步转速的下降，即电机的实际速度比其同步速度高，此时电机转子绕组切割旋转磁场磁力线的方向和电机恒速运行时正好相反，转子绕组的感应电动势和电流的方向也都相反，所产生的电磁转矩也就和电机旋转方向相反，电动机将出现负转矩，此时的电动机实际为发电机，系统处于再生制动状态，将拖动系统的动能回馈到变频器直流母线上，使直流母线电压不断上升，甚至达到危险的地步（变频器损坏等）。

主要功能

在某些应用场合，需要快速降速，根据异步电动机原理可知，若滑差越大转矩也越大，同理制动转矩将随着降速速率的加大而增大，使系统降速时间大大缩短，能量回馈大大加快，直流母线电压快速上升，因此必须将该回馈能量迅速消耗掉，保持直流母线电压在某一安全范围以下。制动单元系统的主要功能就是能快速将该能量消耗掉（能量由制动电阻转换成热能散发）。它有效的弥补了普通变频器的制动速度慢、制动转矩小（≤20%额定转矩）的缺点，对于一些需快速制动但频度较低的场合非常适用。

动作过程

3.1、当电动机在外力的作用下减速时，电机以发电状态运行，产生再生能量。其产生的三相交流电动势被变频器逆变部分的六个续流二极管组成的三相全控桥整流，使变频器内直流母线电压持续升高。

3.2、当直流电压达到某一电压（制动单元的开启电压）时，制动单元功率开关管开通，电流流过制动电阻。

3.3、制动电阻释放热量，吸收再生能量，电机转速下降，变频器直流母线电压降低。

3.4、当直流母线电压降到某一电压（制动单元停止电压）时，制动单元的功率管关断。此时没有制动电流流过电阻，制动电阻在自然散热，降低自身温度。

3.5、当直流母线的电压重新升高使制动单元动作时，制动单元将重复以上过程，平衡母线电压，使系统正常运行。

优点

由于制动单元的工况属于短时工作，即每次的通电时间很短，在通电时间内，其温升远远达不到稳定温升；而每次通电后的间歇时间则较长，在间歇时间内，其温度足以降到与环境温度相同，因此制动电阻的额定功率将大大降低，价格也随之下降；另外由于IGBT只有一个，制动时间为ms级，对功率管开通与关断的暂态性能指标要求低，甚至要求关断时间尽量短，以减少关断脉冲电压，保护功率管；控制机理也相对简单，实现较为容易。

由于有以上优点，因此它广泛应用于起重机等势能负载及需快速制动但为短时工作制的场合。

制动电阻

电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压UD不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使UD保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。

每个变频器都有制动单元(小功率是制动电阻,大功率是大功率晶体管 GTR及其驱动电路),小功率的是内置的，大功率的是外置的。

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