記得有次在電氣設(shè)備維修過(guò)程中，與師傅簡(jiǎn)單的對(duì)話(huà)，擾亂我的認(rèn)知。鍋爐用的引風(fēng)機(jī)，在引風(fēng)機(jī)停車(chē)過(guò)程中變頻器停機(jī)了，老師傅說(shuō)沒(méi)有“剎車(chē)片”的緣故，弱弱的問(wèn)了一句，又不是車(chē)子，要什么“剎車(chē)片”？隨后師傅把他的知識(shí)包打開(kāi)，明白了他的意思。所指的“剎車(chē)片”是制動(dòng)電阻，在引風(fēng)機(jī)停車(chē)過(guò)程中不起制動(dòng)作用，而是起到耗能作用，只是說(shuō)習(xí)慣了而已。

近些年變頻器在電機(jī)調(diào)速中已有廣泛應(yīng)用，相比之前采用繼電—接觸器傳統(tǒng)的控制，如今變得便捷、安全、可靠、性能優(yōu)異等，就是它優(yōu)異的變頻調(diào)速性能，調(diào)速平滑、范圍寬、啟動(dòng)電流小等優(yōu)勢(shì)，因此其在電機(jī)的變頻調(diào)速中越來(lái)越有地位。
變頻器的控制對(duì)象多般為三相異步電動(dòng)機(jī)，調(diào)速是這樣進(jìn)行的？
三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理
當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)通三相電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，用于切割轉(zhuǎn)子閉合導(dǎo)體，又產(chǎn)生感應(yīng)電流。此時(shí)感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)相互作用，又產(chǎn)生電磁力，于是這種力帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
這里有個(gè)同步轉(zhuǎn)速，指的是電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度，表達(dá)式為n0＝60f/P。還有轉(zhuǎn)差率表達(dá)式S＝(n0-n)/n0，同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速差值與磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速之比，即轉(zhuǎn)差率，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式n＝60f/P(1-S)。
從這簡(jiǎn)單的述說(shuō)可知，調(diào)速的實(shí)現(xiàn)可以改變電源頻率f、電機(jī)極對(duì)數(shù)P、轉(zhuǎn)差率。結(jié)合實(shí)際情況，一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)出廠，極對(duì)數(shù)是根據(jù)客戶(hù)要求已經(jīng)固定不可更改的，對(duì)于轉(zhuǎn)差率也是如此，因此實(shí)現(xiàn)調(diào)速只能往電源頻率方面著手，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
變頻器亮相舞臺(tái)，助力三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)。
變頻器的簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)
其分兩大電路，分別為主電路及控制電路。
主電路部分組成；整流電路、濾波電路、逆變電路。整流電路；將工頻變換為直流，主要是三相橋式全波整流電路。濾波電路；吸收電壓脈動(dòng)，主要是濾波電容起作用。逆變電路；將直流變換為交流，主要是逆變橋起作用。
變頻器的逆變電路
由于逆變電路用了功率管IGBT六個(gè)，六個(gè)續(xù)流二極管，前者組成逆變橋，后者為無(wú)功電流返回到直流電源提供通道。正是由于這個(gè)通路，大功率電機(jī)在停車(chē)過(guò)程中對(duì)變頻器帶來(lái)嚴(yán)重的危害。
電機(jī)制動(dòng)過(guò)程狀態(tài)
變頻器帶大功率電機(jī)高速下放時(shí)，從高速減速到零，從這幾方面分析問(wèn)題癥結(jié)。
從機(jī)械特性角度看；電機(jī)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速方向相反且大于其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以確保電機(jī)在高速下放過(guò)程中減速。從能量角度看；電機(jī)在高速下放過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，即制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)把自己的儲(chǔ)存能量轉(zhuǎn)換為電能，因此是動(dòng)能向電能轉(zhuǎn)換過(guò)程。于是這部分電能的消耗，通過(guò)電機(jī)自身的銅耗和鐵耗消耗一點(diǎn)點(diǎn)。但還有大量的電能奔向變頻器逆變電路。根據(jù)上面變頻器的簡(jiǎn)單述說(shuō)，知道逆變電路的逆變橋有IGBT六個(gè)，而且反并聯(lián)續(xù)流二極管六個(gè)，這里有條通路通往中間直流回路。因此剩余大部分電能就往變頻器這條路走反饋到直流母線。雖然有大電容并聯(lián)，再次吸收少部分電能，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。于是電荷不斷積累在直流母線上，導(dǎo)致直流母線上的電壓持續(xù)升高。
可以看的出，直流電路的電能無(wú)法向電網(wǎng)饋贈(zèng)，靠變頻器內(nèi)部功率有效的電阻和電容成不了事的。因此在直流母線上的電荷不斷積累電壓不斷升高，一定會(huì)超過(guò)安全閥值，那么過(guò)高電壓定會(huì)損壞內(nèi)部元件。于是只有把這超過(guò)安全閥值的電能消耗掉才能保證變頻器的安全。想到耗能元件，與我們所學(xué)的知識(shí)電阻，它就是一種耗能元件。根據(jù)已有的知識(shí)可知，電阻的主要物理特征是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮�，因此說(shuō)它是個(gè)耗能元件，電流經(jīng)過(guò)它就是產(chǎn)生內(nèi)能，我們常用的電阻在電路中起到的作用還有分壓、分流、限流等功能。
制動(dòng)電阻的介紹制動(dòng)電阻是將三相異步電動(dòng)機(jī)的再生能量以熱能的方式散耗掉。重要參數(shù)有兩個(gè)；制動(dòng)電阻阻值及功率容量。
作為電工，經(jīng)常會(huì)遇到制動(dòng)電阻的使用，通常使用的制動(dòng)電阻有那些？
制動(dòng)電阻示意圖
見(jiàn)得多的是波紋制動(dòng)電阻，其次鋁合金制動(dòng)電阻。波紋制動(dòng)電阻采用表面立式波紋，作用是助于散熱，降低寄生電感量。涂層采用高阻燃無(wú)機(jī)涂層，即保證電阻絲不老化，又延長(zhǎng)使用壽命。鋁合金制動(dòng)電阻其是用于工業(yè)環(huán)境高度惡劣的場(chǎng)合。由于鋁合金電阻外表采用全包封方式，有較好的耐振性、氣候性、穩(wěn)定性好、體積小、功率大、安裝方便，又因?yàn)殇X合金制動(dòng)電阻采用緊密安裝，可以附加散熱器。
制動(dòng)電阻是安裝在制動(dòng)單元的元器件，制動(dòng)單元有什么用途？
制動(dòng)單元簡(jiǎn)單的看，實(shí)質(zhì)就是一個(gè)功率開(kāi)關(guān)，當(dāng)直流母線上的電壓上升到閥值，接通制動(dòng)電阻所連接的電路。將電機(jī)制動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的再生能量在制動(dòng)電阻以熱能的形式散耗掉，然后直流母線上的積累電壓降低在閥值以?xún)?nèi)，確保了變頻器的安全，例如直流母線上的電容不被擊穿等。開(kāi)頭說(shuō)的，老師傅把制動(dòng)電阻以“剎車(chē)片”來(lái)形象確實(shí)不妥。因?yàn)橹苿?dòng)電阻在電機(jī)“剎車(chē)”過(guò)程中，只是把電機(jī)的再生能量散耗掉，是保護(hù)變頻器在制動(dòng)過(guò)程中的安全，貫穿整個(gè)過(guò)程中沒(méi)看到其有“剎車(chē)”作用。引風(fēng)機(jī)這樣的大功率負(fù)載，必須要有制動(dòng)電阻輔助變頻器制動(dòng)，否則變頻器扛不住電機(jī)再生能量的沖擊。
由于引風(fēng)機(jī)這樣的負(fù)載慣性大，或頻繁變速，回饋能量大，依靠電機(jī)的銅損和鐵損是以及電容來(lái)吸收，降低不了再生能量在直流母線上的電荷累積，因此這樣的“剎車(chē)”過(guò)程必須要有制動(dòng)單元來(lái)接制動(dòng)電阻。
綜上所述，釋放累積在直流母線上的電荷有兩種方式。一是采用制動(dòng)電阻來(lái)消耗再生能量，二是通過(guò)自耦變壓器來(lái)把再生能量反饋到電網(wǎng)。至于叫什么“剎車(chē)片”不要這樣，會(huì)增加新人的理解難度，應(yīng)該以專(zhuān)業(yè)角度給新人講解，否則就不要傳道授業(yè)解惑。