深度分析 | 變頻器為什麼要連接制動電阻？

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在使用交流變頻器的電機拖動系統中，有的變頻器外面連接了制動電阻，有的變頻器則貌似沒有連接。那麼問題來了，制動電阻是用來幹什麼的？為什麼要連接制動電阻呢？今天這篇文章，我們就來談談變頻器的制動電阻的那些事。

要講清楚制動電阻是怎麼工作的，還得先從電動機的工作原理說起。

我們知道，三相非同步電動機的轉速公式為：n=60f/p(1-s)。其中「n」代表電機的轉速；「f」表示交流電源的頻率；「p」表示電機的極對數；「s」表示轉差率（同步磁場的轉速n0與非同步電機的轉速n的差值與同步磁場的轉速n0之比）。對於一個成品電機而言，極對數p是不變的，因此我們只能通過改變交流電源的頻率來改變非同步電機的轉速，這也是交流變頻器的調速理論依據。

三相非同步電動機有兩種運行狀態——電動運行狀態和發電運行狀態。

1.電動運行狀態：

當三相非同步電動機接通電源後，會產生一個旋轉磁場（該磁場與三相交流電的磁場同步，因此又稱為同步磁場）。旋轉磁場切割轉子繞組而產生感應電動勢，從而在轉子繞組中產生電流。產生電流的轉子繞組在旋轉磁場中受到電磁力的作用而產生電磁轉矩，於是三相非同步電動機就轉起來了。這種情況下，非同步電動機的轉速n總是小於旋轉磁場的轉速n0，此時是磁場帶動電動機運行，電動機處於電動狀態。電動狀態下，電磁轉矩的方向與電動機的運行方向相同。

2.發電運行狀態：

在電動狀態下，通過外力使電動機的轉速n繼續增大。某一時刻當n大於旋轉磁場的轉速n0時，轉子繞組產生的電動勢的方向將會反向，轉子中的電流反向流動，於是產生了與電動機運行方向相反的電磁轉矩。這種情況下，電磁轉矩起到制動的作用，非同步電動機處於發電運行狀態。發電狀態的典型場景是起重機快速下放重物、電動汽車急速下坡及快速停車等。

在交流變頻調速中，變頻器通過改變輸出電源的頻率來達到改變電機轉速的目的（變頻的同時要改變電壓）。通過增大頻率使電機加速，通過減小頻率使電機減速。

在一個負載慣性較大的拖動系統中，變頻器通過減小頻率讓電機減速並停機。在頻率減小的瞬間，電機同步磁場的轉速也隨之下降。但是由於機械慣性，轉子的轉速並不會瞬間降低。此時，電機轉速n大於同步旋轉磁場的轉速，電動機處於發電運行狀態。電磁轉矩成為制動轉矩促使電機轉速下降，再生電能經過整流後回到直流母線中。在沒有能量回饋單元的變頻器中，再生電能無法回饋到電網中，只能通過變頻器本身的電容來吸收。這會造成電容短時間內電壓快速升高，稱為「泵生電壓」。泵生電壓導致直流電壓急劇上升，有可能會擊穿元器件導致變頻器損壞。

為了解決泵生電壓的問題，在沒有能量回饋單元的變頻器中使用制動電阻來消耗再生電能。當直流母線的電壓升到閾值時，制動單元將會打開制動電阻的通道，再生電能以熱能的形式消耗在制動電阻中。制動電阻有不同的功率，要根據實際情況進行選擇。很多變頻器在其內部連接了一個小的制動電阻，但是如果再生電能較多，還需要外部連接制動電阻。

下面這張圖是SEW變頻器的制動電阻的外觀：

解決泵生電壓的另一個方法是在變頻器中集成能量回饋單元。在有能量回饋單元的變頻器中，再生電能通過能量回饋單元回饋到電網中，真正起到了節能的目的。不過，集成能量回饋單元的變頻器通常比較貴，基於成本的考慮，使用這種變頻器的設備還是比較少。

相信讀到這裡你應該很清楚為什麼變頻器要連接制動電阻了，那些外部看不到制動電阻的，其實內部集成有一個小的制動電阻。

好了，關於變頻器的制動電阻就先介紹到這裡。如果你喜歡這篇文章，可以去官網（http://www.founderchip.com）下載本文PDF版本。

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