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安川變頻器制動(dòng)單元

制動(dòng)單元，全稱為“變頻器型能耗制動(dòng)單元”，或者是“變頻器型能量回饋單元”，主要用于控制機(jī)械負(fù)載比較重的、制動(dòng)速度要求非?？斓膱?chǎng)合，將電機(jī)所產(chǎn)生的再生電能通過(guò)制動(dòng)電阻消耗掉，或者是將再生電流反饋回電流。
一、制動(dòng)單元的產(chǎn)生背景
　　在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，降速的基本方法就是通過(guò)逐步降低給定頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性較大，電機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降將跟不上電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的下降，即電機(jī)的實(shí)際速度比其同步速度高，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組切

割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁力線的方向和電機(jī)恒速運(yùn)行時(shí)正好相反，轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的方向也都相反，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也就和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，電動(dòng)機(jī)將出現(xiàn)負(fù)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)實(shí)際為發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，將拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能回饋到變頻器直流母線上，使直流母線電壓不斷上升，甚至達(dá)到危險(xiǎn)的地步（變頻器損壞等）。
二、制動(dòng)單元的主要功能
　　在某些應(yīng)用場(chǎng)合，需要快速降速，根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)原理可知，若滑差越大轉(zhuǎn)矩也越大，同理制動(dòng)轉(zhuǎn)矩將隨著降速速率的加大而增大，使系統(tǒng)降速時(shí)間大大縮短，能量回饋大大加快，直流母線電壓快速上升，因此必須將該回饋能量迅速消耗掉，保持直流母線電壓在某一安全范圍以下。制動(dòng)單元系統(tǒng)的主要功能就是能快速將該能量消耗掉（能量由制動(dòng)電阻轉(zhuǎn)換成熱能散發(fā)）。它有效的彌補(bǔ)了普通變頻器的制動(dòng)速度慢、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?。?le;20％額定轉(zhuǎn)矩）的缺點(diǎn)，對(duì)于一些需快速制動(dòng)但頻度較低的場(chǎng)合非常適用。
三、制動(dòng)單元的動(dòng)作過(guò)程
　　3.1、當(dāng)電動(dòng)機(jī)在外力的作用下減速時(shí)，電機(jī)以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，產(chǎn)生再生能量。其產(chǎn)生的三相交流電動(dòng)勢(shì)被變頻器逆變部分的六個(gè)續(xù)流二極管組成的三相全控橋整流，使變頻器內(nèi)直流母線電壓持續(xù)升高。
　　3.2、當(dāng)直流電壓達(dá)到某一電壓（制動(dòng)單元的開(kāi)啟電壓）時(shí)，制動(dòng)單元功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，電流流過(guò)制動(dòng)電阻。
　　3.3、制動(dòng)電阻釋放熱量，吸收再生能量，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，變頻器直流母線電壓降低。
　　3.4、當(dāng)直流母線電壓降到某一電壓（制動(dòng)單元停止電壓）時(shí)，制動(dòng)單元的功率管關(guān)斷。此時(shí)沒(méi)有制動(dòng)電流流過(guò)電阻，制動(dòng)電阻在自然散熱，降低自身溫度。
　　3.5、當(dāng)直流母線的電壓重新升高使制動(dòng)單元?jiǎng)幼鲿r(shí)，制動(dòng)單元將重復(fù)以上過(guò)程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。
四、制動(dòng)單元的優(yōu)點(diǎn)
　　由于制動(dòng)單元的工況屬于短時(shí)工作，即每次的通電時(shí)間很短，在通電時(shí)間內(nèi)，其溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到穩(wěn)定溫升；而每次通電后的間歇時(shí)間則較長(zhǎng)，在間歇時(shí)間內(nèi)，其溫度足以降到與環(huán)境溫度相同，因此制動(dòng)電阻的額定功率將大大降低，價(jià)格也隨之下降；另外由于IGBT只有一個(gè)，制動(dòng)時(shí)間為ms級(jí)，對(duì)功率管開(kāi)通與關(guān)斷的暫態(tài)性能指標(biāo)要求低，甚至要求關(guān)斷時(shí)間盡量短，以減少關(guān)斷脈沖電壓，保護(hù)功率管；控制機(jī)理也相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)較為容易。

4. 編制 PLC 程序并進(jìn)行模擬調(diào)試

在繪制完電路圖之后，就可以著手編制 PLC 程序了。當(dāng)然可以用上述方法編程。在編程時(shí)，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡(jiǎn)捷、省時(shí)、便于閱讀、便于修改。編好一個(gè)程序塊要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這樣便于查找問(wèn)題，便于及時(shí)修整個(gè)程序完成后一起算總帳。

5. 制作控制臺(tái)與控制柜

在繪制完電器、編完程序之后，就可以制作控制臺(tái)和控制柜了。在時(shí)間緊張的時(shí)候，這項(xiàng)工作也可以和編制程序并列進(jìn)行。在制作控制臺(tái)和控制柜的時(shí)候要注意選擇開(kāi)關(guān)、按鈕、繼電器等器件的質(zhì)量，規(guī)格必須滿足要求。設(shè)備的安裝必須注意安全、可靠。比如說(shuō)屏蔽問(wèn)題、接地問(wèn)題、高壓隔離等問(wèn)題必須妥善處理。

6. 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是整個(gè)控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何程序的設(shè)計(jì)很難說(shuō)不經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試就能使用的。只有通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序不能滿足系統(tǒng)要求之處；只有通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處；只有進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試才能后實(shí)地測(cè)試和后調(diào)整控制電路和控制程序，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。

7. 編寫(xiě)技術(shù)文件并現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以后，控制電路和控制程序基本被確定了，整個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件基本沒(méi)有問(wèn)題了。這時(shí)就要全面整流技術(shù)文件，包括整理電路圖、PLC 程序、使用說(shuō)明及幫助文件。到此工作基本結(jié)束。

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一個(gè)聲控開(kāi)關(guān)控制的照明燈控制程序的梯形圖舉例

 試設(shè)計(jì)一個(gè)照明燈的控制程序。當(dāng)接在I0.0上的聲控開(kāi)關(guān)感應(yīng)到聲音信號(hào)后，接在Q0.0上的照明燈可發(fā)光30S。如果在這段時(shí)間內(nèi)聲控開(kāi)關(guān)又感應(yīng)到聲音信號(hào)，則時(shí)間間隔從頭開(kāi)始。這樣可確保后一次感應(yīng)到聲音信號(hào)后，燈光可維持30S的照明。

答案：參考梯形圖

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一些任務(wù)是間歇性的，但他們需要知道操作的后狀態(tài)。這是一種典型的操作。要記住的是，什么構(gòu)成一個(gè)模式?程序是怎樣分配使得它滿足兩個(gè)要求?使用ALT指令能處理一種簡(jiǎn)單的這個(gè)/那個(gè)的情況。

這種編程形式在很多情況中可以見(jiàn)到。不過(guò)經(jīng)常地，使用都略有不同。在某一場(chǎng)合中，一臺(tái)機(jī)器可能被起動(dòng);在另一場(chǎng)合中，一個(gè)排氣扇可能在循環(huán)與排氣間轉(zhuǎn)換。不同情況下，問(wèn)題的初始表現(xiàn)并不能讓人想起相同的解決方法。

對(duì)于本節(jié)的例子黑板擦來(lái)說(shuō)，也是奴此。編程者的初始反應(yīng)是它與起動(dòng)一臺(tái)機(jī)器或改變一個(gè)模式不一樣。然而，如果忽略實(shí)際應(yīng)用，只研究對(duì)象運(yùn)行所要求的事件或序列，那么在這些不同的應(yīng)用中能提取出相似之處。

這個(gè)目的不能獨(dú)立地達(dá)到，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題確實(shí)訪礙某些理想操作的發(fā)生。要記住的是，觀察一個(gè)問(wèn)題的方法不止一種，這個(gè)非常短小精悍的擦黑板程序就是其中一種方法。

　　由于有以上優(yōu)點(diǎn)，因此它廣泛應(yīng)用于起重機(jī)等勢(shì)能負(fù)載及需快速制動(dòng)但為短時(shí)工作制的場(chǎng)合。
五、制動(dòng)電阻
　　電動(dòng)機(jī)在工作頻率下降過(guò)程中，將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要反饋到直流電路中，使直流電壓UD不斷上升，甚至可能達(dá)到危險(xiǎn)的地步。因此，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，使UD保持在允許范圍內(nèi)。制動(dòng)電阻就是用來(lái)消耗這部分能量的。
　　每個(gè)變頻器都有制動(dòng)單元（小功率是制動(dòng)電阻,大功率是大功率晶體管GTR及其驅(qū)動(dòng)電路）,小功率的是內(nèi)置的，大功率的是外置的。