变频器制动电阻选型方法研究

变频器制动电阻选型方法研究
摘要：在一般情况下，变频器只能通过自带或外接的制动电阻将这部分电能转
化为热能释放。

这种情况下，制动电阻是将电机的回馈能量以热能方式消耗的载体，应依据实际制动扭矩大小进行选择或复核。

若余量过大，会造成经济和安装
空间的浪费，若性能不足，则不能及时释放回馈能量，使直流母线电压过高，最
终导致变频器出现过压保护，系统无法正常工作。

基于此，本文主要对变频器制
动电阻选型方法进行了简要的分析，以供参考。

关键词：变频器；制动电阻；选型方法
引言
变频器驱动电机有许多优点，如：提高驱动电机的功率因数，减少电能消耗；平滑启动、制动电机，延长电机使用寿命等，所以应用越来越广泛。

但是，在变
频器的选用中，还应该注意一些细节问题，才能让变频器更好、更高效服务于生产。

1变频器制动概述
变频器是利用电子元器件，将工频电源转换为另一频率的电能控制装置。

它
可以将50Hz交流电源经过整流转换成直流电源，再把直流电源转换成频率、电
压均能控制的交流电源输送给电机。

在变频器制动主要包含以下几个方面：
1.1能耗制动
能耗制动指的是将再生能量通过直流回路里面安装的“制动电阻”进行消耗的
方式。

它的主要好处有相对于回馈制动的方式，其对电网的污染更小，花费相对
较低、拥有比较简单的构造；缺点是有着比较低的运行效率，当制定的频率较为
频繁的情况下，在能量的损耗方面将会大大提高，同时会使得制动电容的容量变大。

在通用变频器里面，22kW以下的变频器（一般称为小功率变频器）一般情
况下都会将刹车单元进行内置，所以我们仅仅添加刹车电阻就可以了。

而在
22kW以上的变频器（一般称为大功率变频器）就需要同时进行刹车电阻以及外
置刹车单元的安装了。

1.2回馈制动
如果要对能量回馈制动进行实现，就必须具备以下条件：控制回馈电流、控
制电压同频同相等等。

它是通过运用源逆变技术进行实现的，它对再生电能进行
转换，转换为与电网交流电频率相位均相同的交流电，然后再回传入电网，以此
使制动得以实现。

回馈制动中的其中一个好处为能四象限运行，电能回馈使得系
统的效率能够得以有效的提升。

而它的缺点有以下三个方面：①对环境的要求比较苛刻，必须在电网电压比较稳定（即是电网电压波动小于或等于10%）且不容
易出现故障的情况下，回馈制动方式才可以进行使用。

这是由于如果在发电制定
工作的时候，电网电压由于故障而停止运行的时间超过了2ms，那么就会出现换
相失败的状况，从而导致内部构件遭到损害。

②在回馈制动处在回馈的工作段时，会污染到电网的有谐波。

③若想实现回馈制定，将需要花费大量的资金，同时其在控制方面是比较复杂的。

2制动电阻的选择
电机在发生再生状态时产生的电流，经过逆变电路中的反并联二极管全波整
流后，流到直流电路。

如果直流电压达到设定的阀值UD时，变频器过电压跳闸。

防止直流过电压的方法主要是接入制动电阻，吸收直流电路中的多余电能（图1）：当直流电压超过阀值UD时，BV导通，RB吸收电能；反之，BV截止，RB
停止吸收电能。

图1变频器工作原理
制动电阻的大小由制动转矩决定。

多数情况下，制动转矩的大小和电机的额
定转矩相等，即TB=TMN。

惯性较大并且要求较快制动的负载，制动转矩等于二
倍电机的额定转矩（TB=2TMN）也足够了。

因此制动转矩TB的取值范围为（1~2）TMN。

当制动电阻的电流IB等于电机额定电流IMN时，制动转矩约为电机额定
转矩的2倍。

设功率因数为0.75，则IB的取值范围为（1~2）PMN。

其中，PMN
为电机额定功率。

根据欧姆定律，可得出制动电阻RB。

所以，选择制动电阻时，应根据负载、工作情况来进行调整：负载的惯性大，制动电阻值适当减小；制动
时间长或频繁制动，应适当加大制动电阻的容量。

3案例分析
3.1应用概述
采用三菱FR-A840-22K变频器驱动交流电机，通过扭矩电机模拟大位能负载
在减速阶段或电机所传动的位能负载下放工况的制动扭矩，搭建测试试验台，如
图2所示。

图2试验原理图
图2中，2台计算机1台通过变频器控制交流电机启停、转速大小及方向。

另1台通过扭矩电机控制器控制扭矩电机启停、扭矩大小及方向。

交流电机变频
器为三菱公司产品，型号为FR-A84022K，配套的制动电阻型号为FR-ABR-22K。

电
压表连接变频器直流母线，用于测量直流母线电压。

转速表和扭矩仪用于测量电
机实际转速及扭矩。

3.2分析
通过扭矩电机施加制动扭矩后，交流电机处于发电状态。

由FR-A840-22K变
频器使用手册可知，制动电阻的启用电压为760V。

直流母线电压在760V以下时，制动电阻未启用，所产生的回馈能量全部由变频器及电机自身消耗，即P回馈=P
消耗。

在直流母线电压达到760V以前，母线电压和回馈能量均随制动扭矩增加
而加大。

随着制动扭矩的增加，直流母线电压继续升高，当直流母线电压升高至760V 时，制动电阻工作所产生的回馈能量由制动电阻及变频器、电机自身共同消耗，
P回馈=P电阻（760V）+P消耗。

在此阶段回馈能量随制动扭矩增加而加大，而直流母线电压保持不变。

随着制动扭矩的增加，回馈能量继续增加，当P回馈＞P
电阻（760V）+P消耗max时，直流母线电压会继续升高。

此过程，由于U母线升高，所以P电阻也在增加，此阶段P回馈=P电阻
（760V-800V）+P消耗max。

此阶段直流母线电压和回馈能量均随制动扭矩增加
而加大。

当直流母线电压达到800V时，P电阻达到最大值P电阻
=2×800×800÷52×6=1477W。

通过经验公式可知，当r=25r/s时，P消耗
max=1650W。

当r=30r/s时，P消耗max=1980W。

由于此时P回馈＞P电阻
max+P消耗max，所以直流母线电压会继续升高，超过变频器过压报警门限
（800V），变频器出现过压报警。

在此阶段回馈能量和直流母线电压均随制动扭矩增加而加大，最终回馈能量
超过最大释放能量，直流母线电压超过800V，变频器出现过压报警。

若系统需要在此工况下正常工作，则必须减小制动电阻阻值，增加系统释放回馈能量的能力。

结束语
总而言之，在近些年，变频器的制动技术不断的进行着优化，相关企业也都应该根据自身情况，对其进行探究，使得技术可以满足市场的发展需要。

对整个技术模型也要做到系统性的把控，在保证安全的前提下对其进行改进，以使变频器的制动技术方面的发展更加稳定，也可以为变频器的发展打下坚实的基础。

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