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(diǎn)，是目前高性能工程型變頻器的代表。針對(duì)位能型負(fù)載的特點(diǎn)，6se70/6se71系列變頻器和acs800/acc800系列變頻器都設(shè)計(jì)了機(jī)械制動(dòng)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(dòng)單元停止或未通電時(shí)，可以通過機(jī)械制動(dòng)將電機(jī)和被驅(qū)動(dòng)設(shè)備鎖停在零速狀態(tài)，保證了位能型負(fù)載和傳動(dòng)單元及設(shè)備的安全。

2 變頻器機(jī)械制動(dòng)控制功能的目的及應(yīng)用

2.1 機(jī)械制動(dòng)控制功能的目的

對(duì)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(dòng)裝置，重物在空中是停不住的。為此，電動(dòng)機(jī)軸上必須加裝機(jī)械制動(dòng)器，常用的有電磁鐵制動(dòng)器和液壓電磁制動(dòng)器等。多數(shù)制動(dòng)器都采用常閉式的，即：線圈斷電時(shí)制動(dòng)器依靠彈簧的力量將軸抱??；線圈通電時(shí)松開。在重物開始升降或停住時(shí)，要求制動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作之間，必須緊密配合。由于制動(dòng)器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動(dòng)作過程需要時(shí)間（約0.6s，因電動(dòng)機(jī)的容量大小而異），而電動(dòng)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(dòng)作的配合上極易出現(xiàn)問題。如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)通電，而制動(dòng)器尚未松開，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重過載；反之，如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)斷電，而制動(dòng)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(dòng)控制的應(yīng)用

2.2.1 通用型變頻器機(jī)械制動(dòng)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(dòng)控制功能就是設(shè)計(jì)、維護(hù)的重點(diǎn)，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(shí)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(hào)和故障輸出信號(hào)構(gòu)成機(jī)械制動(dòng)控制信號(hào)；

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

（3）變頻器的運(yùn)行信號(hào)、開關(guān)量輸出信號(hào)和故障輸出信號(hào)、電流模擬量信號(hào)輸入到plc，應(yīng)用plc的編程控制功能設(shè)計(jì)機(jī)械制動(dòng)控制條件，plc輸出信號(hào)控制機(jī)械制動(dòng)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(jì)者充分應(yīng)用了變頻器可以使用的信號(hào)來完成機(jī)械制動(dòng)的控制，是plc系統(tǒng)參與機(jī)械制動(dòng)的一個(gè)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(hào)、可定義開關(guān)量輸出信號(hào)、故障輸出信號(hào)和電流模擬量信號(hào)，其中可定義開關(guān)量輸出信號(hào)定義為大于3hz輸出；利用電流模擬量信號(hào)和plc的比較功能，設(shè)定開關(guān)機(jī)械制動(dòng)的電流門檻值，plc系統(tǒng)綜合以上條件設(shè)計(jì)出開關(guān)機(jī)械制動(dòng)的條件，通過plc的輸出控制機(jī)械制動(dòng)器的線圈。plc系統(tǒng)參與通用變頻器機(jī)械制動(dòng)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(dòng)控制過程

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

（1） 負(fù)載啟動(dòng)時(shí)機(jī)械制動(dòng)控制過程

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

負(fù)載啟動(dòng)的機(jī)械制動(dòng)控制過程如圖2所示。

（2）負(fù)載停止時(shí)機(jī)械制動(dòng)控制過程

設(shè)定一個(gè)“停止起始頻率fbs

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

設(shè)定一個(gè)fbs的維持時(shí)間tbb

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

變頻器將工作頻率下降至0

負(fù)載停止時(shí)機(jī)械制動(dòng)控制過程過程如圖3所示。

2.3 工程型變頻器機(jī)械制動(dòng)控制的應(yīng)用

2.3.1 工程型變頻器機(jī)械制動(dòng)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(jì)了機(jī)械制動(dòng)控制功能，機(jī)械制動(dòng)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)械制動(dòng)控制功能。工程型變頻器的機(jī)械制動(dòng)控制思想是：變頻器應(yīng)用其采集到的各種信號(hào)，例如電流轉(zhuǎn)矩信號(hào)、速度信號(hào)、故障信號(hào)等在內(nèi)部通過邏輯計(jì)算得出一個(gè)開關(guān)機(jī)械制動(dòng)控制器的信號(hào)，直接輸出信號(hào)控制機(jī)械制動(dòng)控制器，同時(shí)產(chǎn)生一些控制信號(hào)（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(dòng)器的動(dòng)作，該功能也可以利用機(jī)械制動(dòng)控制器的檢測元件來檢測機(jī)械制動(dòng)器是否正常。圖4所示為一個(gè)工程型變頻器機(jī)械制動(dòng)控制的應(yīng)用原理圖。

2.3.2 工程型變頻器機(jī)械制動(dòng)的控制過程

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

（1）負(fù)載啟動(dòng)時(shí)機(jī)械制動(dòng)控制過程

設(shè)定一個(gè)“制動(dòng)器打開時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩ts

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

發(fā)出“制動(dòng)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(shí)，其他邏輯條件都具備時(shí)將發(fā)出一個(gè)“制動(dòng)器打開指令，使機(jī)械制動(dòng)控制器開始通電；

設(shè)定一個(gè)“制動(dòng)器打開時(shí)間tod

當(dāng)變頻器確認(rèn)機(jī)械制動(dòng)器已經(jīng)打開，經(jīng)過“制動(dòng)器打開時(shí)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(dòng)的機(jī)械制動(dòng)控制過程見圖5中1到4所示過程。

（2） 負(fù)載停止時(shí)機(jī)械制動(dòng)控制過程

設(shè)定一個(gè)“制動(dòng)器閉合的轉(zhuǎn)速ncs

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

發(fā)出“制動(dòng)器閉合指令

變頻器停止運(yùn)行時(shí)，當(dāng)外部給定使能和外部速度信號(hào)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(shí)，變頻器將輸出一個(gè)“制動(dòng)器閉合信號(hào)，發(fā)出制動(dòng)器斷電指令；