一、為嘛要采用制動電路？

因慣性或某種原因，導緻負載電機的轉速大于變頻器的輸出轉速時，此時電機由“電動”狀态進入“動電”狀态，使電動機暫時變成了發電機。一些特殊機械，如礦用提升機、卷揚機、高速電梯等，風機等,當電動機減速、制動或者下放負載重物時，因機械系統的位能和勢能作用，會使電動機的實際轉速有可能超過變頻器的給定轉速，電機轉子繞組中的感生電流的相位超前于感生電壓，并由互感作用，使定子繞組中出現感生電流——容性電流，而變頻器逆變回路IGBT兩端并聯的二極管和直流回路的儲能電容器，恰恰提供了這一容性電流的通路。電動機因有了容性勵磁電流，進而産生勵磁磁動勢，電動機自勵發電，向供電電源回饋能量。這是一個電動機将機械勢能轉變為電能回饋回電網的過程。

此再生能量由變頻器的逆變電路所并聯的二極管整流，饋入變頻器的直流回路，使直流回路的電壓由530V左右上升到六、七百伏，甚至更高。尤其在大慣性負載需減速停車的過程中，更是頻繁發生。這種急劇上升的電壓，有可能對變頻器主電路的儲能電容和逆變模塊，造成較大的電壓和電流沖擊甚至損壞。因而制動單元與制動電阻（又稱刹車單元和刹車電阻）常成為變頻器的必備件或首選輔助件。在小功率變頻器中，制動單元往往集成于功率模塊内，制動電阻也安裝于機體内。但較大功率的變頻器，直接從直流回路引出P、N端子，由用戶則根據負載運行情況選配制動單元和制動電阻。

一例維修實例：

一台東元7300PA 75kW變頻器，因IGBT模塊炸裂送修。檢查U、V相模塊俱已損壞，驅動電路受強電沖擊也有損壞元件。将模塊和驅動電路修複後，帶7.5kW電機試機，運行正常。即交付用戶安裝使用了。

運行約一個月時間，用戶又因模塊炸裂。檢查又為兩相模塊損壞。這下不敢大意了，詢問用戶又說不大清楚。到用戶生産現場，算是弄明白了損壞的原因。原來變頻器的負載為負機，因工藝要求，運行三分鐘，又需在30秒内停機。采用自由停車方式，現場做了個試驗，因風機為大慣性負荷，電機完全停住需接近20分鐘。為快速停車，用戶将控制參數設置為減速停車，将減速時間設置為30秒。在減速停車過程中，電機的再生電能回饋，使變頻器直流回路電壓異常升高，有時即跳出過電壓故障而停機。用戶往往實施故障複位後，又強制開機。正是這種回饋電能，使直流回路電壓異常升高，超出了IGBT的安全工作範圍，而炸裂了。

此次修複後，給用戶說明情況，增上了制動單元和制動電阻器後，變頻器投入運行，幾年來再未發生模塊炸裂故障。

此種制動方式，加快機械慣性能量的消耗，利于縮短停車進程，将電機的再生發電能量耗散于“制動電阻”上，其工作狀态為動力制動狀态。小功率變頻器，由内置制動開關管和内置制動功率電阻，根據直流回路的電壓檢測信号，直接或由CPU輸出控制指令控制制動開關管的通斷，将制動電阻并接入直流回路，使直流回路的電壓增量，變為電阻的熱量耗散于空氣中。

二、變頻器制動電路的類型：

小功率變頻器機型常采用一體化模塊，制動單元和溫度檢測電路也集成在内了。上圖Q0為制動開關管，該機器内置1.5k80W的制動電阻一隻，并預留了P1、PB制動電阻的接入端子，當内置制動電阻不足将将再生能量消耗掉時，可外接輔助制動電阻，進一步加大消耗量。因制動電阻為線繞式電阻，有一定的電感量存在，接入D8，提供Q0截止期間的續流，保護制動開關管的安全。

制動控制信号的來源有二：

1、 由CPU根據直流回路電壓檢測信号，發送制動動作指令，經普通光耦或驅動光耦控制制動開關管的通斷。制動指令可能為脈沖信号，也可能為直流電壓信号；

2、由直流回路電壓檢測電路，處理成直流開關量信号，直接控制光耦器件，進而控制制動開關管的開通和斷開。

制動開關管的控制電路如下圖：

下圖為台達VFD-A型3.7kW變頻器的制動控制電路，控制電路由獨立繞組供電，以實現強、弱電隔離。從CPU來的BRK信号，經KPH光耦隔離與功率放大，驅動制動開關管。B1、B2為制動電阻接入端子。

三、制動單元：

中、大功率變頻器，安裝空間、制動功率、現場運行情況不一等原因，一般不内置制動開關管和制動電阻，隻是從直流回路引出P、N兩個端子，供用戶外接制動單元和制動電阻。

下圖為一變頻器選配件——制動單元的電路原理圖：

本制動單元的供電，是由一隻380V/18V變壓器取得的，由整流、濾波、穩壓電路取出 15V的穩壓電源，供整機控制電路。

變頻器的P 、N-端子，接至制動單元的主電路和電壓檢測電路上。由R3-R7構成電壓取樣電路，在直流電路電壓為550V時，R7約為7V電壓，穩壓器DW2提供輸入保護，C6濾掉引線噪聲電壓，檢測電路經R8輸入到由運算放大器LM324的5腳，該級放大器構成電壓跟随輸出器。由7腳輸出的電壓檢測信号，一路經R9加至後級電壓跟随器，驅動HL2——主直流回路電壓接入指示燈；一路經R11輸入到後級電壓比較器的10腳（同相輸入端），該級放大器的9腳（反相輸入端）接有RP1半可變電阻，接入RP1的目的， 是為了克服取樣電阻網絡的離散性，可以精确調整制動動作值。RP1的中心臂電壓即為基準電壓，10腳電壓檢測信号與此基準電壓相比較，在因負載電機反發電能量饋回直流電路使其電壓上升到660V（或680V）時，檢測信号電壓上為8.5V左右，因9腳基準電壓已事先調整為8.4V左右，該組放大器兩個輸入端信号比較的結果，使放大器的輸出反轉，8腳輸出高電平，HL3指示燈點亮，提示電路正在實施制動動作。HL3的電流通路正是Q1的正偏壓通路，三極管Q1導通，提供了驅動IC-TLP520（光耦型驅動IC）的輸入電流，TLP250的6/7輸出腳輸出正的激勵電壓，經R18直接驅動IGBT模塊。圖中Q2即為IGBT模塊，型号為MG100Q2YS42，為100A模塊。需更大的制動功率、驅動更大的IGBT模塊時，從A點接入由兩隻中、大功率三極管構成的互補式電壓跟随器（功率放大器電路），将PC2輸出的激勵電流信号放大到一定幅度後，再驅動IGBT開關模塊。

制動單元電路往往由三部分組成：1、供電電路，由降壓變壓器整流、濾波、穩壓取得；由功率電阻降壓、穩壓取得；再講究一、點的，由開關電源逆變再整流、穩壓取得。本電路采用了第一種供電方式。2、直流電路電壓檢測（采樣）電路：一般由電阻分壓網絡取得，再由後級電壓比較器，取出制動動作信号，送後級IGBT模塊驅動電路。3、IGBT模塊驅動電路。往簡單處考慮，制動單元就是一個電子開關，承擔将制動電阻接入直流電路的任務，此一電子開關用一隻接觸器來取代也未嘗不可。反正開關接通時還有一隻制動電阻在電路“限着流”，開關本身的安全性還是有所保障的，隻是開關的額定電流值取一定富裕量就可以了。對于電子開關器件，當然還要考慮工作中的散熱問題。比較簡單的控制，是由電壓比較器的輸出信号直接控制驅動IC的輸出，在直流電路電壓高到660V時，模塊開通（開關閉合），接入制動電阻進行“能耗制動”，當直流電路電壓回落到600V左右時，電壓比較器輸出狀态反轉，模塊截止（開關斷開），制動動作結束。制動動作點和結束點的整定，也不是那麼嚴格和精确，各個廠家的整定值可能有一定的偏差，隻要保證直流電路不受高電壓沖擊就可以了。講究一點的驅動電路，對IGBT模塊，是采用脈沖方式驅動的，效果就要好一些了。

四、另一種制動方式：

上述制動方式，起到縮短刹車進程、保護IGBT及直流回路儲能電容器的作用。還有一種制動控制方式，其目的不是消耗反發電再生能量，電機負載也不一定為慣性負荷。即将電機定子繞組通直流電，常稱為直流制動。用于要求準确停車或快速停車的情況可起動前制止電動機由外界因素引起的不規則旋轉。由變頻器的逆變電路可方便地實施直流制動控制。

如某一紡織機械，停車過猛容易斷針，停車太慢容易斷線。要求減速到一定值時，1.2秒内柔停車。機械由變頻器拖動，設置以下參數：1、啟用直流刹車功能；2、直流刹車起始頻率，即電機運行到什麼頻率下實施直流制動刹車，将起始頻率調低一些，如8Hz，效果更佳；3、刹車給定直流電壓值，決定刹車的力量和快慢；4、刹車電壓給定時間。其中2、3、4必須依據現場情況，進行試驗調定。

直流刹車動作時，變頻器先行中斷三相電壓輸出，後輸出直流到定子繞組，實施能耗制動。此過程并無電機發電的再生能量饋入變頻器直流回路，所以不需加裝制動單元及制動電阻。

但若為慣性負荷，減速過程中有可能需要啟用制動單元及制動電阻。

有人以為：隻要是要求快速停車的場合，一概都要裝制動單元和制動電阻，這是一個誤區。一些機械幾乎沒有什麼運轉慣性，電機一停，機械就不動了。采用常規的自由停車控制就可以了。變頻器的輸出一停，機械也就馬上停下來了嘛。

大慣性機械，如對停機時間無要求，一個小時停止下來也不耽誤什麼事，用自由停車控制也可以呀。

兩種情況，隻要能采用自由停車控制方式的，都無必要加裝制動單元和制動電阻。

制動單元和制動電阻，隻是用于快速停車和對停車時間有要求的場所，變頻器處于減速停車控制方式下，起到對電機再生能量進行消耗、保護IGBT安全、并縮短停車進程的作用。

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