1. 直流制动

直流制动一般指当变频器输出频率接近为零、电动机转速降低到一定数值时，变频器改向异步电动机定子绕组通入直流，形成静止磁场，此时电动机处于能耗制动状态，转动着的转子切割该静止磁场而产生制动转矩、使电动机迅速停止。由于旋转系统储存的功能转换成电能并以热损耗形式消耗在异步电动机转子回路中，为防止电动机减速过程中形成的再生发电制动及直流制动过程中的发热，需在变频器直流环节接入制动单元/制动电阻。

图6-5 直流制动机械特性

交流电动机制动时的机械特性曲线如图6-5 所示，图中①为正常工作曲线、②为直流制动时机械特性，设 A 点为正常工作点。

（1）降速前的工作状态。假设降速前拖动系统运行频率为 f1、电动机机械特性为曲线①；负载为恒转矩性质、阻转矩为 T_L（为简便假设 T_L 已含损耗转矩）。此时工作点为 A 点，电动机电磁转矩 T_M 与负载转矩 T_L 平衡，即 T_M=T_L。

（2）拖动系统的降速过程。在变频调速系统中通常使电动机先减速。首先频率下降为 f2、机械特性变为曲线②，因频率刚下降的瞬间拖动系统转速因惯性而尚未改变、此时同步磁场转速低于转子转速，工作点在同一转速下由曲线①的 A 点跳至曲线②的 B 点（从第一象限过渡到第二象限，称同一转速下特性跳转），电动机得到反方向制动转矩 T_b、进入发电制动状态，拖动系统沿曲线②迅速降速；当低于某一转速后变频器输出直流、形成固定磁场、产生制动转矩。这一过程中电动机经短暂再生发电制动和能耗制动最终停止，故需接入制动单元/制动电阻防止发热。

从降速过程可见，每次频率下降时电动机仅部分时间处于再生制动状态，反馈到直流电路的电压是脉冲式的，这就是“泵升电压”。泵升电压大小取决于转子绕组（鼠笼条）正方向切割磁力线的速度，具体取决于频率下降时转子能否及时跟随频率一起下降，从机械特性看则取决于每次频率变换时转折点位置。因变频器在频率下降过程中每两挡频率之间差值恒定，泵升电压大小主要与以下因素有关：①拖动系统飞轮转动惯量 GD——转动惯量大则实际转速下降缓慢，频率变换时转折点位置左移、泵升电压增大；②降速时间 t_B——降速时间越短则频率下降越快，实际转速还没降多少给定频率却又下降，转折点左移、泵升电压增大。实际工作中降速快慢可看成与惯性大小相关的相对概念，例如降速时间预置 10 s 对惯性较大系统可能太快，对惯性小系统则太慢。

（3）损耗转矩。拖动系统存在摩擦损失、通风损失等各种损失，形成的损耗转矩帮助系统降速。从能量观点讲，这些损失要消耗功率，电动机处于再生状态时消耗的是再生功率、从而抑制泵升电压增加。据工程计算，电气传动系统损耗转矩约为电动机额定转矩的 20%，即损失功率能产生约 20% T_MN（电动机额定转矩）的制动转矩。当系统惯性很小或降速时间很长时，整个降速过程都在电动机状态下进行。

2. 直流制动的设定

从理论上分析，若能控制电动机同步磁场转速缓慢下降，电动机发生同一转速下特性跳转时维持在第一象限（图6-5 虚线组③所示慢慢降速），则降速过程中可有效避免再生制动过程；接下来当电动机转速小于临界转速 n_k 时接入直流制动，并控制直流能量大小与接入时间，理论上电动机仅经历有限能耗制动阶段、不会过热。变频器良好的内、外特性保证了上述条件的满足。

图6-6 直流制动的设定

图6-6 为变频器输出频率、直流制动中电动机转速随时间变化规律：运行信号控制下，变频器首先缓慢连续降频，达 f_db 后开始直流制动、此时输出频率为零。系统参数设定中，降速时间、直流制动起始频率 f_db、制动电流 I_db 与制动时间 t_db 的设定十分重要，直接关系生产机械准确定位与电动机正常运行。若系统采用西门子 6SE21 系列变频器，参数设定如下：

P372=1：启用直流制动功能。

P373（I_db）：直流制动电流大小设定，直接关系制动转矩大小，系统惯性越大其值应越大，可选范围 200%～400% 的电动机额定电流，工程经验值可在 60% 左右反复调整。

P374（t_db）：输入直流时间设定，时间不宜过长否则电动机过热，但应比实际停机时间略长否则电动机进入自由滑行状态，应结合实际反复调整，可选范围 0.1～99.9 s。

P375（f_db）：直流制动开始频率，应尽可能小、必须在图6-5 曲线②临界转速 n_k 以下，否则电动机过热，工程经验值可在 10 Hz 左右反复调整。

P373、P374、P375 选择不当均会引起电动机过热，需现场反复调整测试。应特别注意，变频器输出频率由正常工作频率 f_x 降至 f_db 的时间虽不在直流制动参数组中设置，但其设置十分关键：时间过短电动机将运行至第二象限、发生再生制动、引起电动机过热。