第一篇：選擇是用能耗制動單元？還是能量回饋單元？

選擇是用能耗制動單元？還是能量回饋單元？

制動的概念:指電能從電機側流到變頻器側（或供電電源側）,這時電機的轉速高于同步轉速.負載的能量分為動能和勢能.動能(由速度和重量確定其大小）隨著物體的運動而累積。當動能減為零時，該事物就處在停止狀態。機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉換為摩擦和能消耗掉。對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機轉速將跟隨頻率同樣降低。這時會產生制動過程.由制動產生的功率將返回到變頻器側。這些功率可以用電阻發熱消耗。在用于提升類負載,在下降時, 能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側,進行制動.這種操作方法被稱作“再生制動”，而該方法可應用于變頻器制動。在減速期間，產生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側的方法叫做“功率返回再生方法”。在實際中，這種應用需要“能量回饋單元”選件。選擇是用能耗制動單元？還是能量回饋單元？

一.能耗制動和回饋制動就效果而言，是一樣的。都是為電機提供制動電流的通路。二.如何選擇是用能耗制動單元？還是回饋單元？這要通過這兩種制動模式的特點來決定。前者如果100%長期連續工作，制動單元和制動電阻要選擇的功率足夠大，這對于大功率的制動帶來了不方便，比如說電阻的散熱問題和體積問題很突出呀，而后者，就可以連續的100%的工作。體積相對能耗制動而言很小。但是，能耗制動的成本比回饋制動的要小很多。

綜上得到的結論是：，對于短時制動的系統，毫不猶豫地選擇能耗制動單元+電阻，經濟省錢。對于長期100%功率制動的系統，必須要采用能量回饋單元，沒商量。對于15kW以下的系統，推薦使用能耗制動，不論是短時的還是長期的。因為從成本上說是合算的（即便是100%的功率連續制動）。

第二篇：制動單元選擇

在變頻調速系統中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電機的轉子轉速未變。當同步轉速小于轉子轉速時，轉子電流的相位幾乎改變了180度，電機從電動狀態變為發電狀態；與此同時，電機軸上的轉矩變成了制動轉矩，使電機的轉速迅速下降，電機處于再生制動狀態。電機再生的電能經續流二極管全波整流后反饋到直流電路。由于直流電路的電能無法通過整流橋回饋到電網，僅靠變頻器本身的電容吸收，雖然其他部分能消耗電能，但電容仍有短時間的電荷堆積，形成“泵升電壓”，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此，對于負載處于發電制動狀態中必須采取必需的措施處理這部分再生能量。處理再生能量的方法：能耗制動和回饋制動.能耗制動的工作方式

能耗制動采用的方法是在變頻器直流側加放電電阻單元組件，將再生電能消耗在功率電阻上來實現制動。這是一種處理再生能量的最直接的辦法，它是將再生能量通過專門的能耗制動電路消耗在電阻上，轉化為熱能，因此又被稱為“電阻制動”，它包括制動單元和制動電阻二部分。

制動單元

制動單元的功能是當直流回路的電壓Ud超過規定的限值時（如660V或710V），接通耗能電路，使直流回路通過制動電阻后以熱能方式釋放能量。制動單元可分內置式和外置式二種，前者是適用于小功率的通用變頻器，后者則是適用于大功率變頻器或是對制動有特殊要求的工況中。從原理上講，二者并無區別，都是作為接通制動電阻的“開關”，它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅動電路。

制動電阻

制動電阻是用于將電機的再生能量以熱能方式消耗的載體，它包括電阻阻值和功率容量兩個重要的參數。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：前者采用表面立式波紋有利于散熱減低寄生電感量，并選用高阻燃無機涂層，有效保護電阻絲不被老化，延長使用壽命；后者電阻器耐氣候性、耐震動性，優于傳統瓷骨架電阻器，廣泛應用于高要求惡劣工控環境使用，易緊密安裝、易附加散熱器，外型美觀。

制動過程

能耗制動的過程如下：

能耗制動的過程如下：A、當電機在外力作用下減速、反轉時（包括被拖動），電機即以發電狀態運行，能量反饋回直流回路，使母線電壓升高；B、當直流電壓到達制動單元開的狀態時，制動單元的功率管導通，電流流過制動電阻；C、制動電阻消耗電能為熱能，電機的轉速降低，母線電壓也降低；D、母線電壓降至制動單元要關斷的值，制動單元的功率管截止，制動電阻無電流流過；E、采樣母線電壓值，制動單元重復ON/OFF過程，平衡母線電壓，使系統正常運行。

制動單元與制動電阻的選配

A、首先估算出制動轉矩

=（(電機轉動慣量+電機負載測折算到電機測的轉動慣量）*（制動前速度-制動后速度））/375*減速時間-負載轉矩

一般情況下，在進行電機制動時，電機內部存在一定的損耗，約為額定轉矩的18%-22%左右，因此計算出的結果在小于此范圍的話就無需接制動裝置；

B、接著計算制動電阻的阻值

=制動元件動作電壓值的平方/（0.1047*(制動轉矩-20%電機額定轉矩）*制動前電機轉速）

在制動單元工作過程中，直流母線的電壓的升降取決于常數RC，R即為制動電阻的阻值，C為變頻器內部電解電容的容量。這里制動 單元動作電壓值一般為710V。

C、然后進行制動單元的選擇

在進行制動單元的選擇時，制動單元的工作最大電流是選擇的唯一依據，其計算公式如下：

制動電流瞬間值=制動單元直流母線電壓值/制動電阻值

D、最后計算制動電阻的標稱功率

由于制動電阻為短時工作制，因此根據電阻的特性和技術指標，我們知道電阻的標稱功率將小于通電時的

消耗功率，一般可用下式求得： 制動電阻標稱功率 = 制動電阻降額系數 X 制動期間平均消耗功率 X 制動使用率%

制動特點 能耗制動（電阻制動）的優點是構造簡單，缺點是運行效率降低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量，且制動電阻的容量將增大。

第三篇：能量回饋單元原理及應用

能量回饋單元基本原理及應用

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單升華

北京時代新紀元技術有限公司，北京100085 摘要 TEFU系列能量回饋單元是與通用變頻器配套使用的設備，采用正弦波電流跟蹤技術，它主要應用于往復運動、頻繁正反轉和快速停車的場合，如油田抽油機、電梯、卷繞設備、大型龍門刨床、機床主軸等。與通常采用制動單元和制動電阻的方式相比，能量回饋單元可以顯著節能，并且制動轉矩響應動作迅速，是一款綠色、環保、節能的產品。介紹了它的基本原理、試驗波形及應用。

關鍵字 正弦波電流跟蹤；制動轉矩；響應時間；節能

The Basic Theory and Application of TEFU Series Energy Feedback Unit

SHAN Shenghua Beijing New Century Technologies Co.Ltd.，Beijing 100085 China Abstract TEFU series energy feedback unit is a device that is used with general inverter, the sine wave current tracking technology is adopted.The fields of application include reciprocation,often changing direction and rapid brake,such as take out oil machine,elevator,winding device,large planer,principal axis etc.It can save more energy compared with brake unit and brake resistor,and the brake torque is bigger.It is a green, safeguard inviroment and save energy product.It's basic theory,test waves and applications is introduced.Keywords sine wave current tracking technology；brake torque；response time；save enengy

0 引言

在變頻器電氣傳動系統中，當電機的負載是位能式負載，如油田抽油機、礦用提升機等，或大慣量負載，如風機、水泥制管、動平衡機等，以及軋鋼機、大型龍門刨床、機床主軸等需要快速制動類負載時，電機都不可避免地存在發電過程，即電機轉子在外力的拖動或負載自身轉動慣量的維持下，使得電機的實際轉速大于變頻器輸出的同步轉速，電機所發出的電能，將會通過變頻器逆變橋的續流二極管組成的三相整流電路，儲存在變頻器的直流母線的濾波電容中。如果不把這部分能量消耗掉，直流母線電壓就會迅速升高，影響變頻器的正常工作。通常處理這部分能量的方法是增加制動單元和制動電阻，將這部分電能消耗在電阻上變成熱能浪費掉，而采用TEFU系列產品完全可以替代制動單元和制動電阻，并且可以將這部分能量回饋給電網，供其他設備使用，實現綠色、環保、節能的目的。本文介紹的TEFU系列能量回饋單元提出了一種正弦波電流跟蹤技術，使得回饋電網的電流波形畸變率<5%。1 電機再生能量的幾種常用處理辦法

在電機傳動領域中，當電機快速制動或被其他力量拖動而工作在再生發電狀態時，為避免變頻器出現過流或過壓故障跳閘，需要采取一些措施來處理電機的再生發電能量。

1）采用制動單元和制動電阻，制動單元的工作原理是通過檢測變頻器的直流母線電壓來實現對再生能量的處理。當直流母線電壓超過某一設定數值（如680 V）時，打開制動單元的開關將大功率制動電阻連接到直流母線上，釋放儲存在變頻器內濾波電容上的電能，此時電阻將電能轉變成熱能消耗掉，制動能量被白白浪費，效率很低。采用這種方式時，投資較少，性能上的缺點是制動響應時間慢，制動轉矩不足。2）在變頻器的直流母線上并聯超級大電容，這種方式的原理如圖1所示。其原理是將電機制動時的再生能量儲存在足夠大的超級電容器中，當電機工作在電動機狀況時，又將儲存在超級大電容中的電能利用，因此，這樣的方式效率最高，基本沒有損耗，轉換效率可達99%以上（不考慮電機的發電效率）。但是這種策略存在的致命缺點是電容的容量一般在法拉級，受制造工藝和材料的限制，超級大電容體積非常龐大，價格昂貴。

3）采用共用直流母線的策略，這種方式的原理如圖2所示，但僅適合于多電機傳動系統。當系統中某臺電機處在再生發電狀態時，它所發出的電能可以被處于電動狀態的其他電機所利用。但是這種方案僅適用于多電機傳動系統，而且要求處于發電狀態的電機容量要遠小于工作在電動狀態的電動機容量，應用有一定的局限性。

由以上分析可見，不管采用上述何種方法處理電機的再生發電能量，都會或多或少地存在一些問題，不是耗能就是價格昂貴或者應用范圍受限。針對以上問題，很多學者都在研究能量回饋問題。TEFU系列能量回饋單元基本原理

TEFU系列能量回饋單元，通過自動檢測變頻器的直流母線電壓，采用正弦波電流跟蹤技術，將變頻器直流環節的直流電壓逆變成與電網電壓同頻同相的三相交流電壓，經多重噪聲濾波后連接到交流電網。從而達到能量回饋的目的，并且實現單位功率因數回饋，回饋到電網的電能達到電機發電能量的97%以上，有效節省電能，其原理框圖如圖3所示。

具體的原理拓撲結構如圖4 所示。這樣的拓撲結構可以很容易做到控制交流側和直流側之間有功功率和無功功率的交換。所謂正弦波電流跟蹤技術是指圖4 中將電網電壓的正弦波信號作為回饋電流的指令信號，通過閉環控制使得回饋電流波形跟蹤電網電壓信號的波形，從而實現回饋電流的正弦特性，減小回饋電流的畸變率。3 實驗波形

從下面的實驗波形中，可以看到該能量回饋單元可以很好地處理電機再生發電的能量，同時完成單位功率因數回饋，而且回饋電流畸變率< 5%。

圖5是能量回饋單元回饋時某一相的相電壓和回饋的相電流，圖中光滑的波形是電網相電壓，另一波形是回饋電流，從中可以看到回饋的功率因數約等于1，回饋電流逼近正弦波。

圖6是能量回饋單元工作時回饋電流和變頻器直流母線電壓的波形（100 V/div），從圖中可以看到，制動時變頻器直流母線電壓迅速上升，達到690 V 時，回饋單元立即工作，很好地將直流母線電壓穩定在700 V以內，變頻器的停車時間約在0.6 s，回饋單元響應迅速（2 ms以內），制動力矩大。應用

TEFU 系列能量回饋單元和變頻器一起可以應用在位能式負載或大慣量負載和其他需要快速制動類負載的場合。下面是TEFU 系列能量該回饋單元與時代TVF 8000 系列變頻器在河北某單位B2016A型龍門刨床上的應用情況。

B2016A 型龍門刨床是機械加工初用的大型機床，是制造重型設備不可缺少的工作母機，主要用來加工大型工件的各種平面、斜面和槽，在機加行業應用非常廣泛。由于技術的限制，五六十年代的龍門刨床工作臺的拖動采用了電機擴大機—直流發電機—直流電動機方式，造成故障率高，體積大、電耗大、控制精度差、效率低等諸多缺陷。基于以上種種弊端，我們對河北某加工廠的B2016A 型龍門刨床進行了變頻改造，改造方案是采用時代TVF8000系列變頻器配套TEFU 系列能量回饋單元方案+TVF8000 系列變頻器配套制動單元和制動電阻方案。將這兩種方案進行對比，采用回饋單元的方案比采用制動單元和制動電阻的方案多節能20%，節能效果顯著。而且系統改造以后，運行穩定，可靠性高，系統維護簡 單方便，回饋電能質量高，刨床的加工精度高，提高了加工質量與效率，延長了刀具的使用壽命。5 結語

采用正弦波電流跟蹤技術研制的TEFU 系列能量回饋單元，具有自動識別電網相序，有過流、過熱、短路等全面保護功能，是一款綠色環保的節能產品。

從控制性能指標上看本產品還有改進之處，如可以采用空間電壓矢量控制SVPWM 調制技術產生純凈的正弦波回饋電流等。作者簡介：

單升華（1967-），男，畢業于浙江大學電氣學院，研究 方向為電力電子與電氣傳動。

第四篇：制動單元的選擇資料

在變頻調速系統中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電機的轉子轉速未變。當同步轉速小于轉子轉速時，轉子電流的相位幾乎改變了180度，電機從電動狀態變為發電狀態；與此同時，電機軸上的轉矩變成了制動轉矩，使電機的轉速迅速下降，電機處于再生制動狀態。電機再生的電能經續流二極管全波整流后反饋到直流電路。由于直流電路的電能無法通過整流橋回饋到電網，僅靠變頻器本身的電容吸收，雖然其他部分能消耗電能，但電容仍有短時間的電荷堆積，形成“泵升電壓”，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此，對于負載處于發電制動狀態中必須采取必需的措施處理這部分再生能量。處理再生能量的方法：能耗制動和回饋制動.能耗制動的工作方式

能耗制動采用的方法是在變頻器直流側加放電電阻單元組件，將再生電能消耗在功率電阻上來實現制動。這是一種處理再生能量的最直接的辦法，它是將再生能量通過專門的能耗制動電路消耗在電阻上，轉化為熱能，因此又被稱為“電阻制動”，它包括制動單元和制動電阻二部分。

制動單元

制動單元的功能是當直流回路的電壓Ud超過規定的限值時（如660V或710V），接通耗能電路，使直流回路通過制動電阻后以熱能方式釋放能量。制動單元可分內置式和外置式二種，前者是適用于小功率的通用變頻器，后者則是適用于大功率變頻器或是對制動有特殊要求的工況中。從原理上講，二者并無區別，都是作為接通制動電阻的“開關”，它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅動電路。

制動電阻

制動電阻是用于將電機的再生能量以熱能方式消耗的載體，它包括電阻阻值和功率容量兩個重要的參數。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：前者采用表面立式波紋有利于散熱減低寄生電感量，并選用高阻燃無機涂層，有效保護電阻絲不被老化，延長使用壽命；后者電阻器耐氣候性、耐震動性，優于傳統瓷骨架電阻器，廣泛應用于高要求惡劣工控環境使用，易緊密安裝、易附加散熱器，外型美觀。

制動過程

能耗制動的過程如下：

能耗制動的過程如下：A、當電機在外力作用下減速、反轉時（包括被拖動），電機即以發電狀態運行，能量反饋回直流回路，使母線電壓升高；B、當直流電壓到達制動單元開的狀態時，制動單元的功率管導通，電流流過制動電阻；C、制動電阻消耗電能為熱能，電機的轉速降低，母線電壓也降低；D、母線電壓降至制動單元要關斷的值，制動單元的功率管截止，制動電阻無電流流過；E、采樣母線電壓值，制動單元重復ON/OFF過程，平衡母線電壓，使系統正常運行。

制動單元與制動電阻的選配

A、首先估算出制動轉矩

=（(電機轉動慣量+電機負載測折算到電機測的轉動慣量）*（制動前速度-制動后速度））/375*減速時間-負載轉矩

一般情況下，在進行電機制動時，電機內部存在一定的損耗，約為額定轉矩的18%-22%左右，因此計算出的結果在小于此范圍的話就無需接制動裝置；

B、接著計算制動電阻的阻值

=制動元件動作電壓值的平方/（0.1047*(制動轉矩-20%電機額定轉矩）*制動前電機轉速）

在制動單元工作過程中，直流母線的電壓的升降取決于常數RC，R即為制動電阻的阻值，C為變頻器內部電解電容的容量。這里制動 單元動作電壓值一般為710V。C、然后進行制動單元的選擇

在進行制動單元的選擇時，制動單元的工作最大電流是選擇的唯一依據，其計算公式如下：

制動電流瞬間值=制動單元直流母線電壓值/制動電阻值

D、最后計算制動電阻的標稱功率

由于制動電阻為短時工作制，因此根據電阻的特性和技術指標，我們知道電阻的標稱功率將小于通電時的消耗功率，一般可用下式求得： 制動電阻標稱功率 = 制動電阻降額系數 X 制動期間平均消耗功率 X 制動使用率%

制動特點 能耗制動（電阻制動）的優點是構造簡單，缺點是運行效率降低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量，且制動電阻的容量將增大。

R=U*U/Pz Pz=制動功率 R=制動電阻值

拖動電機功率為132KW，動作電壓可適當降低如680v，主要是降低制動電阻阻值如6－10歐姆，據本人經驗，阻值一般不小于6歐均可；制動電阻功率要嚴格保證，若動作頻繁，制動電阻須強制散熱。制動電阻計算方法: 制動力矩 制動電阻 92% R=780/電動機KW 100% R=700/電動機KW 110% R=650/電動機KW 120% R=600/電動機KW 注：①電阻值越小，制動力矩越大，流過制動單元的電流越大;②不可以使制動單元的工作電流大于其允許最大電流，否則要損壞器件;③制動時間可人為選擇;④小容量變頻器(≤7.5KW)一般是內接制動單元和制動電阻的;⑤當在快速制動出現過電壓時,說明電阻值過大來不及放電，應減少電阻值.4、電阻功率計算方法: 制動性質 電阻功率

一般負荷 W(Kw)=電阻KWΧ10℅

頻繁制動（1分鐘5次以上）W(Kw)=電阻KWΧ15℅ 長時間制動（每次4分鐘以上）W(Kw)=電阻KWΧ20℅

1, 計算 制動電阻歐姆=700/電機千瓦數（380 系列）

電阻功率=電機千瓦數*10%--15% 關于制動電阻的阻值，是根據變頻器的廠家和型號來的，有嚴格的標準，但功率可以放大。為了保證散熱性能，如果你要頻繁制動，最好是把制動電阻的功率放到電機功率的一半。

第五篇：變頻調速器回饋制動單元的設計[最終版]

引言

隨著電力傳動及控制技術的發展，變頻調速越來越廣泛地應用于工農業各領域，很好地解決了交流電動機的調速問題。而通用變頻器常采用交直流電壓型逆變器拓樸結構，只能運行在一、三象限。為獲得電動機的制動要求，常采用電阻吸收直流側的泵升能量，由于制動電阻放電時受電阻設計溫升的限制，只能規定在較短時間的制動；另一方面這種依靠電阻放電的制動模式無法實現快速的動態響應；而對大功率變頻器，電阻制動更為困難。為此我們設計了一種采用PWMAC／DC變換器控制的變頻器能量回饋制動單元，與電阻放電制動相比，不僅獲得了快速的動態響應，而且把制動電能回饋至電網，且能長期運行，使變頻器真正實現了回象限運行。另外能量回饋制動單元工作時其網側電流為正弦波并為單位功率因數，克服了可控硅有源逆變單元運行時對電網的諧波污染。控制系統的構成及原理

如圖2—1，控制系統主電路采用單相PWMAC／DC變換器拓樸結構，L為交流進線電感以實現網側電流PWM控制，T1～T4采用IPM模塊，從而提高了功率開關工作的可靠性并簡化了硬件設計。

回饋單元的直流側并接于變頻器的直流母線PN端，交流側并接于電網。

系統采用80C196MC16位單片微處理器控制，即完成2-1虛框中的運算與PWM波形生成任務。控制系統要用電壓外環和電流內環的雙環結構。電壓外環檢測變頻器直流側電壓，一旦變頻器快速降頻制動時，逆變器泵升電壓上升至回饋電壓V＊時，電壓環立即動態調節，使實際電壓穩定在V＊附

近。為避免整流電路與回饋單元同時工作，V＊電壓值一般選擇為0．85 Vdm（Vdm為變頻器過壓保護值），并加入一定滯環以防振蕩。而電流環則按電壓調節要求迅速調節網側電流使網側電流為正弦波且與電網電壓反相（功率因數為－1），使直流電能快速回饋至電網，其網側電流、電壓矢量如圖2—2所示。

在調節器設計上，外環電壓調節器采用積分分離PID算法使電壓控制具有動態響應快、超調小等優點，而電流環的電流控制則采用基于電壓前饋的電流無差拍控制，使網側電流具有快速跟隨性能。3 電流控制算法

如圖2—1，設Ve為純正弦波，Ve＝Vemsinωt；Vn為變流器交流端電壓的基波分量，則

式中R為輸入回路等效電阻。考慮tn→tn＋T一個穩態開關周期（T為開關周期），如果開關頻率足夠高，在一個穩態開關周期中Ve可由對應的瞬時值Ve（tn）代替。對式（3—1）在tn→tn＋T時段上離散化得：

式（3—5）表明：若按式（3—5）運算并控制變流器交流端輸出電壓Vn（tn）就可以實現電流無差拍

控制，使系統具有較好的跟蹤性。而式（3—5）右邊如果忽略R則體現了電流控制系統具有電流反饋［i＊（tn）－i（tn）］加電壓前饋Ve（tn）的控制特性。

如果PWM調制采用三角波調制方案，并設三角波峰—峰值為2 h，調制波函數為y（t），顯然： 回饋單元容量參數設計

回饋單元容量參數主要包括回饋單元功率模塊電流參數和電壓參數。

由于回饋單元直流側與變頻器直流側并接，故功率模塊電壓參數應與變頻器功率模塊電壓參數一致，如220V系列選擇600V耐壓模塊，380V系列選擇1 200V耐壓模塊。

下面討論回饋單元功率模塊電流參數的選擇。

這一參數主要通過最快啟動、制動能量傳遞的對比研究而定量獲得。

對于啟動過程，設變頻器驅動電動機由零速快速升速至所允許的最高轉速，其對應的角速度為ωm，若變頻器采用最大電流（IBm）限流啟動模式，并設最短加速時間為T1，若變頻器采用線性V／f模式，則加速過程變頻器輸出電壓、電流曲線近似如圖4—1所示。

這里假設電機線性加速，變頻器線性升壓，此時變頻器輸出電能以驅動電機旋轉，由能量平衡關系 易得：

式中η1為變頻器輸