隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及電機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，變頻器向單元化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。西門子公司6se70/6se71系列矢量型（vc）變頻器和abb公司acs800/acc800系列直接轉(zhuǎn)矩型（dtc）變頻器都具備了單元化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的特點，是目前高性能工程型變頻器的代表。針對位能型負(fù)載的特點，6se70/6se71系列變頻器和acs800/acc800系列變頻器都設(shè)計了機(jī)械制動控制功能，也就是常說的抱閘控制功能，該控制功能的主要作用是：在傳動單元停止或未通電時，可以通過機(jī)械制動將電機(jī)和被驅(qū)動設(shè)備鎖停在零速狀態(tài)，保證了位能型負(fù)載和傳動單元及設(shè)備的安全。

2 變頻器機(jī)械制動控制功能的目的及應(yīng)用

2.1 機(jī)械制動控制功能的目的

對于位能型負(fù)載來說，由于重物具有重力的原因，如沒有專門的制動裝置，重物在空中是停不住的。為此，電動機(jī)軸上必須加裝機(jī)械制動器，常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。多數(shù)制動器都采用常閉式的，即：線圈斷電時制動器依靠彈簧的力量將軸抱住；線圈通電時松開。在重物開始升降或停住時，要求制動器和電動機(jī)的動作之間，必須緊密配合。由于制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要時間（約0.6s，因電動機(jī)的容量大小而異），而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失，是在通電或斷電瞬間就立刻反映的。因此，兩者在動作的配合上極易出現(xiàn)問題。如電動機(jī)已經(jīng)通電，而制動器尚未松開，將導(dǎo)致電動機(jī)的嚴(yán)重過載；反之，如電動機(jī)已經(jīng)斷電，而制動器尚未抱緊，則重物必將下滑，出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。

2.2 通用型變頻器機(jī)械制動控制的應(yīng)用

2.2.1 通用型變頻器機(jī)械制動控制

自變頻器開始應(yīng)用在位能型負(fù)載領(lǐng)域，其機(jī)械制動控制功能就是設(shè)計、維護(hù)的重點，由于通用型變頻器本身的局限性，可以使用的資源并不是很多，在實際應(yīng)用中，一般有以下控制方法：

（1）應(yīng)用變頻器的可定義開關(guān)量輸出信號和故障輸出信號構(gòu)成機(jī)械制動控制信號；

（2）應(yīng)用變頻器的運(yùn)行信號和故障輸出構(gòu)成機(jī)械制動控制信號；

（3）變頻器的運(yùn)行信號、開關(guān)量輸出信號和故障輸出信號、電流模擬量信號輸入到plc，應(yīng)用plc的編程控制功能設(shè)計機(jī)械制動控制條件，plc輸出信號控制機(jī)械制動器。

以上三種方法中，前兩種一般應(yīng)用在控制要求不高，簡單的系統(tǒng)中，第三種應(yīng)用在稍復(fù)雜系統(tǒng)中，控制精度要求較高，而且一般應(yīng)用需要有plc系統(tǒng)。在90年代中期，濟(jì)鋼第一煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)變頻改造中，設(shè)計者充分應(yīng)用了變頻器可以使用的信號來完成機(jī)械制動的控制，是plc系統(tǒng)參與機(jī)械制動的一個典型例子。其控制思想是：plc系統(tǒng)采集變頻器的運(yùn)行信號、可定義開關(guān)量輸出信號、故障輸出信號和電流模擬量信號，其中可定義開關(guān)量輸出信號定義為大于3hz輸出；利用電流模擬量信號和plc的比較功能，設(shè)定開關(guān)機(jī)械制動的電流門檻值，plc系統(tǒng)綜合以上條件設(shè)計出開關(guān)機(jī)械制動的條件，通過plc的輸出控制機(jī)械制動器的線圈。plc系統(tǒng)參與通用變頻器機(jī)械制動的電氣原理圖如圖1所示。

2.2.2 通用型變頻器機(jī)械制動控制過程

下面就以通用變頻器可定義的開關(guān)量信號和電流信號為主信號的機(jī)械制動控制為例，來描述在啟動停止中通用變頻器機(jī)械制動控制的具體工作過程：

（1） 負(fù)載啟動時機(jī)械制動控制過程

設(shè)定一個“升降起始頻率fsd當(dāng)變頻器的工作頻率上升到fsd時，將暫停上升。為了確保當(dāng)制動電磁鐵松開后，變頻器已能控制住重物的升降而不會溜鉤，所以，在工作頻率到達(dá)fsd的同時，變頻器將開始檢測電流，并設(shè)定檢測電流所需時間tsc；發(fā)出“松開指令當(dāng)變頻器確認(rèn)已經(jīng)有足夠大的輸出電流時，將發(fā)出一個“松開指令，使機(jī)械制動控制器開始通電；設(shè)定一個frd的維持時間trd，trd的長短應(yīng)略大于機(jī)械制動控制器從通電到*松開所需要的時間；變頻器將工作頻率上升至所需頻率

負(fù)載啟動的機(jī)械制動控制過程如圖2所示。

（2）負(fù)載停止時機(jī)械制動控制過程

設(shè)定一個“停止起始頻率fbs

當(dāng)變頻器的工作頻率下降到fbs（如3hz）時，變頻器將輸出一個“頻率到達(dá)信號，發(fā)出機(jī)械制動控制器斷電指令；

設(shè)定一個fbs的維持時間tbb

tbb的長短應(yīng)略大于機(jī)械制動控制器從開始釋放到*抱住所需要的時間；

變頻器將工作頻率下降至0

負(fù)載停止時機(jī)械制動控制過程過程如圖3所示。

2.3 工程型變頻器機(jī)械制動控制的應(yīng)用

2.3.1 工程型變頻器機(jī)械制動的方法

隨著高性能微處理器技術(shù)的發(fā)展以及dsp技術(shù)在變頻器中的應(yīng)用，變頻器不僅具備了*的控制性能而且擁有了強(qiáng)大數(shù)字編程處理能力。西門子公司6se70/6se71變頻器和abb公司acs800/acc800變頻器在內(nèi)部功能上都設(shè)計了機(jī)械制動控制功能，機(jī)械制動控制邏輯集成在變頻器的應(yīng)用中，用戶通過簡單的定義和硬線連接就可以實現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)械制動控制功能。工程型變頻器的機(jī)械制動控制思想是：變頻器應(yīng)用其采集到的各種信號，例如電流轉(zhuǎn)矩信號、速度信號、故障信號等在內(nèi)部通過邏輯計算得出一個開關(guān)機(jī)械制動控制器的信號，直接輸出信號控制機(jī)械制動控制器，同時產(chǎn)生一些控制信號（例如內(nèi)部給定使能、逆變器使能）來控制變頻器的運(yùn)行配合機(jī)械制動器的動作，該功能也可以利用機(jī)械制動控制器的檢測元件來檢測機(jī)械制動器是否正常。圖4所示為一個工程型變頻器機(jī)械制動控制的應(yīng)用原理圖。

2.3.2 工程型變頻器機(jī)械制動的控制過程

下面就以工程型變頻器機(jī)械制動控制功能實現(xiàn)的機(jī)械制動為例，描述負(fù)載在啟動、停止時機(jī)械制動器的運(yùn)行過程，工程型變頻器機(jī)械制動控制的過程如圖5所示。

（1）負(fù)載啟動時機(jī)械制動控制過程

設(shè)定一個“制動器打開時的啟動轉(zhuǎn)矩ts

當(dāng)變頻器的啟動指令以及外部速度給定使能信號都具備，變頻器開始工作，為保證開機(jī)械制動時電機(jī)有足夠的力矩，負(fù)載不至于下滑，設(shè)定一個打開制動器的門檻轉(zhuǎn)矩值ts，門檻信號也可以應(yīng)用電流信號；

發(fā)出“制動器打開指令

當(dāng)變頻器確認(rèn)已經(jīng)有足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩（電流）時，其他邏輯條件都具備時將發(fā)出一個“制動器打開指令，使機(jī)械制動控制器開始通電；

設(shè)定一個“制動器打開時間tod

當(dāng)變頻器確認(rèn)機(jī)械制動器已經(jīng)打開，經(jīng)過“制動器打開時間tod后，通過控制功能控制內(nèi)部給定使能，使變頻器開始沿速度曲線升至所需速度。

負(fù)載啟動的機(jī)械制動控制過程見圖5中1到4所示過程。

（2） 負(fù)載停止時機(jī)械制動控制過程

設(shè)定一個“制動器閉合的轉(zhuǎn)速ncs

變頻器設(shè)定一個“制動器閉合的轉(zhuǎn)速ncs，為保證制動器閉合時電機(jī)有足夠的力矩，負(fù)載不至于下滑，設(shè)定一個關(guān)閉制動器的門檻轉(zhuǎn)矩值ncs，制動器閉合的門檻信號一般使用速度信號；

發(fā)出“制動器閉合指令

變頻器停止運(yùn)行時，當(dāng)外部給定使能和外部速度信號停止后，速度沿變頻器速度曲線下降，當(dāng)變頻器檢測到ncs（如5%額定速度）時，變頻器將輸出一個“制動器閉合信號，發(fā)出制動器斷電指令；