不少的生產機械在運行過程中需要快速地減速或停車,而有些設備在生產中要求保持若干臺設備前后一定的轉速差或者按伸率,這時就會產生發電制動問題,使電動機運行在第二或第四象限。而對于變頻器,如果輸出頻率降低,電動機轉速將跟隨頻率同樣降低,這時會產生制功過程,由制動產生的再生能量將返回到變頻器直流單元,這些功率可以用電阻發熱消耗或反饋回電網。為了改善變頻系統的制功能力,不能依靠增加變頻器的容量來解決再生能量問題。需要選用制動電阻、制動單元或功率再生變換器等選件來改善變頻器的制動能力。在變頻器系統減速期間,產生的再生能量如果不通過熱消耗的方法消耗掉,而是把能量返回送到變頻器電源側的方法叫做“再生能量回饋法”。在實際應用中實現“再生能量回饋”需要“能量回饋單元”選件。
然而,在實際應用中,由于大多通用變頻器都采用電壓源的控制方式,其中間直流環節有大電容器鉗制著直流電壓,使之不能迅速反向,另外變頻器整流回路通常采用不可控整流橋,不能使電流反向,因此要實現回饋制動和四象限運行就比較困難。
變頻器調速系統的兩種運行狀態,即電動和發電狀態。在變頻調速系統中,電動機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現的,在頻率減小的瞬間,電動機的同步轉速隨之下降,而由于機械慣性的原因,電動機的轉子轉速未變。當同步轉速W1小于轉子轉速W時,轉子電流的相位幾乎改變了180℃,電動機從電動狀態轉變為發電狀態;與此同時,電動機軸上的轉矩變成了制動轉矩Te,使電動機的轉速迅速下降,電動機處于再生制動狀態。電動機再生的電能逆變單元的續流二極管全波整流后反饋到直流電路。由于直流電路的電能無法通過室整流橋回饋到電網,僅靠變頻器本身的電容器吸收,雖然其他部分能消耗電能,但電容仍有短時間的電荷堆積,形成“泵升電壓”,使直流電壓Ud升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此,在負載處于發電制動狀態中,必須采取措施處理這部分再生能量。通用電壓型變頻器只能運行于一、三象限,即電動狀態,因此在以下應用場合,必須考慮配套使用制動方式:
1)電動機拖動大慣量負載(如離心板、龍門刨、巷道車、行車的大小車等)并要求急劇減速或停車。
2)電動機拖功位能負載(如電梯、起重機、礦井提升機等)
3)電動機經常處于被拖動狀態(如離心機副機、造紙機導紙輥電動機、化纖機械牽伸機等)。
以上幾類負載的共同特點是要求電動機不僅運行于電動狀態(一、三象限),而且要運行于發電制動狀態(二、四象限)。為使系統在發電制動狀態能正常工作,必須采取適當的制動方式。