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，可以通過機械制動將電機和被驅(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 變頻器機械制動控制功能的目的及應(yīng)用

2.1 機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，電動機軸上必須加裝機械制動器，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?。痪€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，因電動機的容量大小而異），而電動機轉(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。如電動機已經(jīng)通電，而制動器尚未松開，將導(dǎo)致電動機的嚴(yán)重過載；反之，如電動機已經(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 通用型變頻器機械制動控制的應(yīng)用

2.2.1 通用型變頻器機械制動控制

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)成機械制動控制信號；

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

（3）變頻器的運行信號、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)計機械制動控制條件，plc輸出信號控制機械制動器。

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械制動的控制，是plc系統(tǒng)參與機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)機械制動的條件，通過plc的輸出控制機械制動器的線圈。plc系統(tǒng)參與通用變頻器機械制動的電氣原理圖如圖1所示。

2.2.2 通用型變頻器機械制動控制過程

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械制動控制為例，來描述在啟動停止中通用變頻器機械制動控制的具體工作過程：

（1） 負(fù)載啟動時機械制動控制過程

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)載啟動的機械制動控制過程如圖2所示。

（2）負(fù)載停止時機械制動控制過程

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)載停止時機械制動控制過程過程如圖3所示。

2.3 工程型變頻器機械制動控制的應(yīng)用

2.3.1 工程型變頻器機械制動的方法

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)計了機械制動控制功能，機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)雜的機械制動控制功能。工程型變頻器的機械制動控制思想是：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)機械制動控制器的信號，直接輸出信號控制機械制動控制器，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）來控制變頻器的運行配合機械制動器的動作，該功能也可以利用機械制動控制器的檢測元件來檢測機械制動器是否正常。圖4所示為一個工程型變頻器機械制動控制的應(yīng)用原理圖。

2.3.2 工程型變頻器機械制動的控制過程

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

（1）負(fù)載啟動時機械制動控制過程

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，為保證開機械制動時電機有足夠的力矩，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；