制动电阻选型

制动电阻选型

一、能耗制动的工作方式

在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电机的转子转速未变。当同步转速w1小于转子转速w时，转子电流的相位几乎改变了180度，电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩Te，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能P经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”，使直流电压Ud升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。

能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动（如下图所示）。这是一种处理再生能量的最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能，因此又被称为“电阻制动”，它包括制动单元和制动电阻二部分。

制动单元V B

制动单元的功能是当直流回路的电压Ud 超过规定的限值时（如660V 或710V ），接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种，前者是适用于小功率的通用变频器，后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，二者并无区别，都是作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路

制动电阻R B

制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种：前者采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命；后者电阻器耐气候性、耐震动性，优于传统瓷骨架电阻器，广泛应用于高要求恶劣工控环境使用，易紧密安装、易附加散热器，外型美观。

二、制动单元与制动电阻的选配

1、估算负载转矩

公式：

根据

一般情况下，在进行电机制动时，电机内部存在一定的损耗，约为额定转矩的18%-22%左右，因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置；

要有足够的制动力矩才能产生需要的制动效果，制动力矩太小，变频器仍然会过电压跳闸。制动力矩越大，制动能力越强，制动性能约好。但是制动力矩要求越大，设备投资也会越大。

制动力矩精确计算困难，一般进行估算就能满足要求。

（1）按100%制动力矩设计，可以满足90%以上的负载。

（2）对电梯，提升机，吊车，按100%。

（3）开卷和卷起设备，按120%。

（4）离心机100%。

（5）需要急速停车的大惯性负载，可能需要120%的制动力矩。

普通惯性负载80%。

（6）在极端的情况下，制动力矩可以设计为150%，此时对制动单元和制动电阻都必

须仔细合算，因为此时设备可能工作在极限状态，计算错误可能导致损坏变频器

本身。

（7）超过150%的力矩是没有必要的，因为超过了这个数值，变频器本身也到了极限，

没有增大的余地了。

d T J dt

Ω

2、电阻制动单元的制动电流计算（按100%制动力矩计算）

计算基准：电机再生电能必须完全被电阻吸收

电机再生电能（瓦）＝1000×P×k＝电阻吸收功率（V×I）

计算得到I=P

制动电流安培数＝电机千瓦数

即每千瓦电机需要1安培制动电流就可以有100%制动力矩

•制动电流是指流过制动单元和制动电阻的直流电流。

•380V标准交流电机：

•P――――电机功率P(kW)

•k――――回馈时的机械能转换效率，一般k＝0.7（绝大部分场合适用）

•V――――制动单元直流工作点（680V-710V，一般取700V）

•I――――制动电流，单位为安培

3、计算制动电阻的阻值和功率/

制动电阻阻值的计算（按100%制动力矩计算）

计算基准：电机再生电能必须被电阻完全吸收电机再生电能（瓦）

1000×P×k＝电阻吸收功率（V×V/R）

计算得到：制动电阻R=700/P

（制动电阻值＝700/电机千瓦数）

制动力矩制动电阻

92% R=780/电动机KW

100% R=700/电动机KW

110% R=650/电动机KW

120% R=600/电动机KW

•V――――380V标准交流电机。

•P――――电机功率P(kW)。

•k――――回馈时的机械能转换效率，一般k＝0.7（绝大部分场合适用）。

•V――――制动单元直流工作点（680V-710V，一般取700V）。

•I――――制动电流，单位为安培。

•R――――制动电阻等效电阻值，单位为欧姆。

电阻值越小，制动力矩越大，流过制动单元的电流越大。不可以使制动单元的工作电流大于其允许最大电流，否则要损坏器件; 当在快速制动出现过电压时,说明电阻值过大来不及放电，应减少电阻值.

制动电阻功率的计算

电阻功率计算基准：电机再生电能必须能被电阻完全吸收并转为热能释放

Q=P×k×Kc×s＝P×0.7×Kc×1.4

近似为Q=P×Kc

因此得到：电阻功率Q＝电动机功率P×制动频度Kc

制动性质电阻功率

一般负荷W(Kw)=电阻KWΧ10℅

频繁制动（一分钟5次以上）W(Kw)=电阻KWΧ15℅

长时间制动（每次4分钟以上）W(Kw)=电阻KWΧ20℅

•Q――――制动电阻额定耗散功率，单位为kW

•s――――制动电阻功耗安全系数，s＝1.4

•Kc――――制动频度，指再生过程占整个电动机工作过程的比例，这是一个估算值，要根据负载特点估算。

一般Kc取值如下：

电梯Kc＝10~15%

油田磕头机Kc＝10~20%

开卷和卷取 Kc＝50~60%

最好按系统设计指标核算

离心机Kc＝5~20%

下放高度超过100m的吊车Kc＝20~40%

偶然制动的负载Kc＝5%

其它Kc＝10%

电阻值大小间接决定了系统制动力矩的大小，制动力矩太小，变频器仍然会过电压跳闸。电阻功率选择是基于电阻能安全长时间的工作，功率选择不够，就会温度过高而损坏。