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1、一例变频器制动单元电路及图解一、CDBR-4030C制动单元主电路图CDBR-4030C制动单元主电路图说因惯性或某种原因，导致负载电机的转速大于变频器的输出转速时，此时电机由“电动”状态进入“动电”状态，使电动机暂时变成了发电机。负载电机的反发电能量，又称为再生能量。一些特殊机械，如矿用提升机、卷扬机、高速电梯等，当电动机减速、制动或者下放负载重物时（普通大惯性负荷，减速停车过程），因机械系统的位能和势能作用，会使变频器的实际转速有可能超过变频器的给定转速，电机绕组中的感生电流的相位超前于感生电压，出现了容性电流，而变频器逆变回路IGBT两端并联的二极管和直流回路的储能电容器，恰恰提供了这一
2、容性电流的通路。电动机因有了容性励磁电流，进而产生励磁磁动势，电动机自励发电，向供电电源回馈能量。这是一个电动机将机械势能转变为电能回馈回电网的过程。此再生能量由变频器的逆变电路所并联的二极管整流，馈入变频器的直流回路，使直流回路的电压由530V左右上升到六、七百伏，甚至更高。尤其在大惯性负载需减速停车的过程中，更是频繁发生。这种急剧上升的电压，有可能对变频器主电路的储能电容和逆变模块，造成较大的电压和电流冲击甚至损坏。因而制动单元与制动电阻（又称刹车单元和刹车电阻）常成为变频器的必备件或首选辅助件。在小功率变频器中，制动单元往往集成于功率模块内，制动电阻也安装于机体内。但较大功率的变频器，则
3、根据负载运行情况选配制动单元和制动电阻，CDBR-4030C制动单元，即是变频器的辅助配置之一。先不管具体电路，我们可先从控制原理设想一下。所谓制动单元，就是一个电子开关（IGBT模块），接通时将制动电阻（RB）接入变频器的直流回路，对电机的反发电能量进行快速消耗（转化为热量耗散于环境空气中），以维持直流回路的电压在容许值以内。有一个直流电压检测电路，输出一个制动动作信号，来控制电子开关的通和断。从性能上讲，变频器直流回路电压上升到某值（如660V或680V）后，开关接通将制动电阻RB接入电路，一直至电压降至620V（或620V）以下，开关再断开，也是可行的。反正制动单元有RB的限流作用，并无
4、烧毁的危险。若将其性能再优化一点的话，则由电压检测电路控制一个压/频（或电压/脉冲宽度）转换电路，进而控制制动单元中IGBT模块的通断。直流回路的电压较高时，制动单元工作频率高或导通周期长，电压低时，则相反。此种脉冲式制动比起直接通断式制动，性能上要优良多了。再加上对IGBT模块的过流保护和散热处理，那么这应是一款性能较为优良的制动单元电路了。CDBR-4030C制动单元，从结构和性能上不是很优化，但实际应用的效果也还可以。内部电子开关是一只双管IGBT模块，上管的栅、射极短接未用，只用了下管，当然有些浪费，用单管的IGBT模块就可以的呀。保护电路是电子电路和机械脱扣电路的复合，厂家将空气断路
5、器QF0内部结构进行了改造，由漏电动作脱扣改为了模块过热时的动作脱扣。温度检测和动作控制由温度继电器、Q4和KA1构成，在模块温升达75C时，KA1动作引发脱扣跳闸，QF1跳脱，将制动单元的电源关断，从而在一定程度上保护了IGBT模块不因过流或过热烧毁。检测电路（见下图）的供电，是由功率电阻降压、稳压管稳压和电容滤波来取得的，为15V直流供电。该制动单元的故障主要多发于控制供电电路，表现为降压电阻开路，稳压管击穿等；另外，因引入了变频器直流回路的530V直流高压，线路板因受潮造成绝缘下降而导致的高压放电，使大片线路的铜箔条烧毁，控制电路的集成块短路等。又因线路板全部涂覆有黑色防护漆，看不清铜箔
6、条的连接和走向，也为检修带来了一定的不便。电路由LM393集成运算放大器、CD4081BE四2输入与门电路和7555（NE555）时基电路等构成。控制原理简述如下：由P、N端子引入的变频器直流回路电压，经R1至R7电阻网络的分压处理，输入到LM339的2脚，LM339的3脚接入了经由15V控制供电进一步稳压、RP1调整后的整定电压，此电压值为制动动作点整定电压。LED1兼作电源指示灯。因LM393为开路集电极输出式运放电路，故两路放大器的输出端接有R13、R14的上拉电阻，以提供制动动作时的高电平输出。第一级放大电路为一个迟滞电压比较器（有时又称滞回比较器），D1、R10接成正反馈电路，提供一
7、定的回差电压，以使整定点电压随输出而浮动，避免了在一个点上比较而使输出频繁波动。第二级放大器为典型的电压比较器的接法。实质上，运算放大器在这里是作为开关电路来使用的，中间不存在线性放大环节，而为开关量输出。两级放大电路对信号形成了倒相之倒相处理，使输出电压在高于整定电压时，电路有高电平输出。LM393静态时为高电平输出，此高电平经D1和R10叠加到LM393的3脚上， “垫高”了制动动作整定点电压值。当2脚输入电压（如P、N间直流回路电压为660V）高于3脚电压时，1脚由高电平变为低电平；经第二级倒相处理，输出一个高电平信号给CD4081BE的1脚。同时，由于LM393的1脚变为低电平，3脚也
8、由“垫高”了的电压值跌落为整定值。如此一来，当制动单元动作，将制动电阻接入了P、N间，从而使P、N电压由660V开始回落，一直回落到2脚电压（P、N间电压为580V）低于3脚整定电压值，电路翻转，制动信号停止输出，避免了在660V电压时，电路频繁动作导致的不稳定输出。时基电路7555接成一个典型的多谐振荡器，输出一个固定占空比的脉冲频率电压。在LM393电压采样电路输出制动动作信号CD4081BE的1脚为高电平时，时基电路7555输出矩形脉冲电压的高电平成分与LM393的高电平信号相与，使CD4081BE的3脚产生一个正电压的脉冲输出。此脉冲再经主/从转换开关、第二级与门开关电路相与处理后，由
9、Q1、Q2互补式电压跟随器做功率放大后，驱动电子开关IGBT模块。当主/从控制开关拨到上端时，本机器作为主机，实施制动动作，并将制动命令经端子OUT+、OUT-传送给其它从机；当主/从控制开关拨至下端时，本机器即做为从机，从端子IN+、IN-接受主机来的制动信号，经光电耦合器U5将信号输入CD4081BE的6脚，据主机来的信号进行制动动作。我在图纸上标为“此电路意欲何为”的这部分电路，让我们从电路本身出发，来揣摩一下设计者的本意，如我分析的不对，希望读者朋友能为之指正。正常状态下，当实施制动动作时，可以看出，U2输出的制动信号为矩形脉冲序列信号（此信号加到U4的1脚），与PB端子经降压电阻加到
10、U4的2脚的信号恰为互为倒相的矩形脉冲序列信号，在任一时刻，U4的1、2脚总有一脚为高电平，对或非门的“有高出低特性”来说，U4的3脚总是输出低电平，Q3处于截止状态，电路实施正常的制动动作；假定输出模块一直在接通中或已经击穿，则经PB端子到U4的2脚的信号为直流低电平，与1脚的脉冲信号相或非，使有了“两低出高”的输出。经U8驱动Q3，将U2的3脚的输出信号短接到地，进而使U2的8脚也为低电平，直到将U4的1、2脚彻底锁定为地（低）电平，则Q3持续进入饱合导通状态，将U2输出的制动信号彻底封锁。须断电才能解除这种封锁。但这种保护性封锁，对模块本身瞬态过流状态或Q1、Q2驱动电路本身的故障，似乎是无能为力和鞭长莫及的。
