西門子專業(yè)訂貨號(hào)CP5611A26GK1561-1AA01    西門子專業(yè)訂貨號(hào)CP5611A26GK1561-1AA01

潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司 上海詩慕自動(dòng)化設(shè)備有限公司
本公司銷售西門子自動(dòng)化產(chǎn)品，*，質(zhì)量保證，價(jià)格優(yōu)勢
西門子PLC,西門子觸摸屏，西門子數(shù)控系統(tǒng)，西門子軟啟動(dòng)，西門子以太網(wǎng)
西門子電機(jī)，西門子變頻器，西門子直流調(diào)速器，西門子電線電纜
我公司大量現(xiàn)貨供應(yīng)，價(jià)格優(yōu)勢，*，德國*

在電網(wǎng)-變頻器-電機(jī)-負(fù)載構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，能量的傳遞是雙向的。電動(dòng)機(jī)工作模式時(shí)，電能從電網(wǎng)經(jīng)由變頻器傳遞到電機(jī)，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動(dòng)負(fù)載，負(fù)載因此具有動(dòng)能或勢能；當(dāng)負(fù)載釋放這些能量以求改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)被負(fù)載所帶動(dòng)，進(jìn)入發(fā)電機(jī)工作模式，向前級(jí)反饋已轉(zhuǎn)換為電形式的能量，這些能量被稱為再生制動(dòng)能量，可以通過變頻器返回電網(wǎng)，或者消耗在變頻器系統(tǒng)的制動(dòng)電阻中。如圖1-1所示。

圖1-1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量流向

較大制動(dòng)能量的產(chǎn)生經(jīng)常出現(xiàn)在下面幾種場合里：

? 起重設(shè)備的重物下放過程西門子CP5611A2通訊卡
? 大慣量負(fù)載設(shè)備的快速減速過程
? 游梁式抽油機(jī)的驢頭下放過程等等。

西門子變頻器MM440由三部分構(gòu)成，整流部分，直流回路部分，逆變部分。當(dāng)MM440作為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換源而處在上述的制動(dòng)過程時(shí)，制動(dòng)能量將通過其逆變部分返回到直流回路，由于整流部分由不可控的二極管組成，制動(dòng)能量無法回到電網(wǎng)，造成直流回路電壓泵升，進(jìn)而導(dǎo)致MM440因直流回路電壓過高（F0002）而停機(jī)。為避免上述情形的發(fā)生，MM440 提供了動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能，即在直流回路上安裝一個(gè)制動(dòng)單元，再配以適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻，將制動(dòng)能量在該電阻上以熱能的形式消散。A-F尺寸的MM440已將制動(dòng)單元集成在變頻器內(nèi)部，只需選配制動(dòng)電阻，安裝在MM440端子B+ B- 上，然后調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)即可，而功率相對較大的FX、GX尺寸MM440內(nèi)部沒有集成制動(dòng)單元，需要從SIMOVERT MASTERDRIVES的產(chǎn)品目錄里選配相應(yīng)的制動(dòng)單元以及制動(dòng)電阻。

本章將介紹制動(dòng)能量的簡單計(jì)算以及MM440制動(dòng)單元的基本工作原理，幫助您實(shí)現(xiàn)西門子MM440變頻器制動(dòng)電阻的正確選型。

二 制動(dòng)能量的簡單計(jì)算

? 制動(dòng)能量的產(chǎn)生

根據(jù)電機(jī)理論, 定子中通入同步頻率 ?1的交流電流, 在氣隙中產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場作用在轉(zhuǎn)子上，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)切割旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子回路因而感應(yīng)出電生旋轉(zhuǎn)力矩M，方向如圖2-1中a所示。經(jīng)過負(fù)載的平衡，轉(zhuǎn)子以 (1-s) ?1的速度穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組仍然逆時(shí)針以s?1的速度切割旋轉(zhuǎn)磁場。電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)模式下, P = M?Ω>0, 即運(yùn)行在*象限。

在需要變頻器快速制動(dòng)負(fù)載的情況下，變頻器通入電機(jī)定子中的電流頻率突降為?1′ （?1′ <?1), 由于驅(qū)動(dòng)負(fù)載存在慣性，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不能突降，而是仍然維持在原轉(zhuǎn)速上，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向改變，轉(zhuǎn)子電流方向以及電磁力矩方向也因此發(fā)生改變，如圖2-1中b所示，電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式下, 開始運(yùn)行在第二象限，P=(-M)?Ω<0, 再生制動(dòng)能量產(chǎn)生。 如果電機(jī)被負(fù)載拖動(dòng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過變頻器輸入的同步轉(zhuǎn)速，同樣會(huì)有上述的現(xiàn)象發(fā)生。

a) 正向運(yùn)行時(shí)                                                     b) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)

c) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí)                                     d) 電機(jī)四象限圖

圖2-1 制動(dòng)能量產(chǎn)生時(shí)的電機(jī)狀態(tài)

在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)下放重物的過程中，轉(zhuǎn)子繞組仍然保持逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)切割旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子電流以及旋轉(zhuǎn)力矩方向不變，但是由于切割速度過快，轉(zhuǎn)磁磁場將能量返回了定子側(cè)，電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式下, 開始運(yùn)行在第四象限，如圖2-1中 c 所示，P=M?（-Ω）<0, 再生制動(dòng)能量產(chǎn)生。

? 制動(dòng)能量的簡單計(jì)算

例1 某客戶將MM440 應(yīng)用在升降驅(qū)動(dòng)設(shè)備上，并要求在6.25秒內(nèi)以0.4m/s的速度下 放500kg的重物,每30s重復(fù)一次該過程，應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算制動(dòng)功率？

重物的勢能為： A= m x g x h =500kg x 9.81 x (0.4m/s x 6.25s)=12263J
大 功率為：    P brake Appl max = A/s = 12263J/6.25s = 1962W
平均 功率為：    P brake Appl average = 1962W x 6.25s / 30s= 392.4W

例2 某驅(qū)動(dòng)負(fù)載需要從2900RPM的速度降至為0，其驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)見表1，如何計(jì)算反饋回變頻器直流側(cè)的制動(dòng)能量？

電動(dòng)機(jī)額定功率                 Pmotor N=5.5 KW
電動(dòng)機(jī)效率                         ?motor =0.865
電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速                 N motor N= 2925 RPM
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量                 J motor =0.015kgm2
負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量                     J load =0.4 kgm2
電動(dòng)機(jī)高運(yùn)行轉(zhuǎn)速         nmax =2900RPM
制動(dòng)時(shí)間                             t brake appl =5s
負(fù)載工作周期                     t cycle appl =15s

產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：西門子CP5611A2通訊卡

一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的大制動(dòng)功率：

一個(gè)周期內(nèi)的總制動(dòng)能量：

一個(gè)周期內(nèi)的平均制動(dòng)功率：

三 MM440 制動(dòng)單元的基本工作原理

? 制動(dòng)單元激活電壓與直流回路故障電壓

按照上述的計(jì)算方法得出的再生制動(dòng)能量將反饋到變頻器的內(nèi)部，造成直流回路上電壓泵升。為了避免變頻器因直流回路過電壓F0002而跳閘，當(dāng)電壓上升到臨界點(diǎn) UDC chopper 時(shí)，制動(dòng)單元就被激活，并按照預(yù)先規(guī)定的負(fù)載工作周期將制動(dòng)能量消耗在外接制動(dòng)電阻上，拉動(dòng)直流回路電壓下降。如果制動(dòng)能量過大，未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)得到散逸，那么直流回路電壓將繼續(xù)上升，直到F0002跳閘。如圖3-1所示。

圖3-1直流回路電壓的上升過程

制動(dòng)單元觸發(fā)臨界電壓 UDC chopper有兩種算法，采用哪一種，則取決于MM440 參數(shù)P1254	若P1254=0	1.13 x  x  P0210
	若P1254=1	0.98 x  r1242

表3-1 激活動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能的直流回路電壓值

? 制動(dòng)單元?jiǎng)幼鬟^程

MM440變頻器制動(dòng)單元的核心是一個(gè)門限電壓控制斬波器（IGBT transistor），當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)再生制動(dòng)能量被外接制動(dòng)電阻吸收，轉(zhuǎn)化成熱能得以釋放。斬波器的工作頻率 f chopper為2KHz，占控比 t chopper on 由變頻器內(nèi)部的監(jiān)控系統(tǒng)決定。如圖3-2所示。

圖3-2 動(dòng)態(tài)制動(dòng)的操作方式

當(dāng)再生制動(dòng)能量迫使直流回路電壓達(dá)到UDC chopper時(shí)，制動(dòng)單元自動(dòng)投入運(yùn)行，由監(jiān)控系統(tǒng)為斬波器選擇適當(dāng)?shù)恼伎乇龋苿?dòng)能量被制動(dòng)電阻吸收。

? 如果制動(dòng)能量少于在制動(dòng)電阻上消耗的能量( P brake resistor=VDC2 / Rmin) ，那么直流回路電壓會(huì)很快下降到UDC chopper之下，制動(dòng)單元會(huì)在開通2ms之后自動(dòng)關(guān)閉，占控比的選擇在通路1上完成。 若直流回路電壓再次達(dá)到UDC chopper，該過程將被重復(fù)。

? 如果制動(dòng)能量多于此時(shí)在制動(dòng)電阻上消耗的能量，那么盡管制動(dòng)自動(dòng)已經(jīng)投入運(yùn)行，直流回路電壓仍然會(huì)繼續(xù)上升，由監(jiān)控系統(tǒng)選擇的占控比也快速線性增加，直到占控比為1（通道1），斬波器持續(xù)開通，制動(dòng)電阻在此其間持續(xù)吸收制動(dòng)能量。為了保護(hù)此時(shí)的制動(dòng)電阻不會(huì)因吸收了過多能量而過熱損壞，必須事先根據(jù)制動(dòng)電阻的制動(dòng)能力選擇適當(dāng)?shù)某掷m(xù)工作時(shí)限 t chopper on。當(dāng)持續(xù)工作時(shí)限達(dá)到時(shí)，切換到通道2，占控比自動(dòng)被修正為P1237中設(shè)定的值以減少制動(dòng)能量進(jìn)入制動(dòng)電阻，令其有充分的時(shí)間冷卻，此時(shí)直流回路電壓將有所回升。其過程如圖3-3所示。可見，如果電阻值選擇的太小，或者P1237 的值選擇不當(dāng)，會(huì)造成制動(dòng)能量因吸收不凈而導(dǎo)致的直流回路電壓繼續(xù)上升，而制動(dòng)電阻會(huì)因過熱而損壞。

MM440制動(dòng)單元的斬波器為通道2規(guī)定了5種占控比，即負(fù)載工作周期，由參數(shù)P1237 來選擇 。列表3-2如下。

表3-2 MM440的負(fù)載工作周期

四 制動(dòng)電阻的計(jì)算以及選型

? 西門子制動(dòng)電阻的說明

西門子MICROMASTER 變頻器產(chǎn)品樣本DA51.2 中列出的制動(dòng)電阻只是按照P1237=1即5%的工作負(fù)載周期來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。例如： 訂貨號(hào)為6SE6400-4BC05-0AA0的制動(dòng)電阻，小阻值為180?，可以承受大直流回路電壓為420V ，因此該制動(dòng)電阻可在12秒內(nèi)連續(xù)開通，吸收 P brake resistor max = U dc max 2 /R min =980W的大制動(dòng)功率。12秒后，僅能承擔(dān)5%的大制動(dòng)功率，即約50W 的連續(xù)導(dǎo)通功率，直到240秒后制動(dòng)電阻得到充分的冷卻，方可再次承擔(dān)12秒的大制動(dòng)功率。

? 制動(dòng)電阻的選擇與校驗(yàn)