关于变频和伺服制动电阻的选型

关于变频或伺服的制动电阻选型
先声明，俺是头一次为变频配制动电阻；也因此在贵宝地发帖交流，期望自己和大家都有收获。

1、在一个龙门吊电气设计的项目中，我用了15KW伟创变频，带两台5。5KW 6极变频电机，为大车行走提供动力。因为天车大车一般无严格制动要求，我设置变频减速停机时间为1。5秒。在近70HZ、65HZ运行时，每次停机时变频都过压跳停，把减速时间改为4秒无效。60HZ有时跳有时不跳。最后最高速改为55HZ运行，变频减速停车都不再过压跳停。
从这个项目中我才认知到制动电阻在某些场合的重要性。

2、在一个机床改造项目中（正在进行），一个进给轴用了蒙德主轴MF5。5KW伺服驱动器（搞机械的副总钦定，这个选型俺没过问），用森力玛主轴伺服电机3。7KW，2000-8000转，厂家发来伺服同时配置了40欧1600W铝壳电阻。

3、在此机床改造项目中，另外一个进给轴为1。5KW6极变频电机，我选了2。2KW伟创矢量变频（据说伟创刚出矢量，俺就拿来当螃蟹吃），制动电阻厂家建议配置250欧300W，咨询伟创之后，对方没有给出非常详细的理论或计算公式。俺不满足，思考后自己配置电阻175欧500W电阻。

能耗制动的过程如下：A、当电机在外力作用下减速、反转时（包括被拖动），电机即以发电状态运行，能量反馈回直流回路，使母线电压升高；B、当直流电压到达制动单元开的状态时，制动单元的功率管导通，电流流过制动电阻；C、制动电阻消耗电能为热能，电机的转速降低，母线电压也降低；D、母线电压降至制动单元要关断的值，制动单元的功率管截止，制动电阻无电流流过；E、采样母线电压值，制动单元重复ON/OFF过程，平衡母线电压，使系统正常运行。
制动单元与制动电阻的选配
A、首先估算出制动转矩
=（(电机转动惯量+电机负载测折算到电机测的转动惯量）*（制动前速度-制动后速度））/375*减速时间-负载转矩
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；
B、接着计算制动电阻的阻值

台达的？：
“
制动电阻的阻值和功率计算

1刹车使用率ED%

制动使用率ED%,也就是台达说明书中的刹车使用率ED%。刹车使用率ED%定义为减速时间T1除以减速的周期T2,制动刹车使用率主要是为了能让制动单元和刹车电阻有充分的时间来散除因制动而产生的热量；当刹车电阻发热时，电阻值将会随温度的上升而变高，制动转矩亦随之减少。刹车使用率ED%=制动时间/刹车周期=T1/T2*100%。


现

在用一个例子来说
明制动使用率的概念：10％的制动频率可以这样理解，如果制动电阻在10秒钟能够消耗掉100％的功率，那么制动电阻至少需要90秒才能把产生的热量散掉。

2 制动单元动作电压准位

当直流母线电压大于等于制动电压准位（甄别阈值）时，刹车单元动作进行能量消耗。台达制动电压准位如表1所示。

3 制动电阻设计

（1）工程设计。实践证明，当放电电流等于电动机额定电流的一半时，就可以得到与电动机的额定转矩相同的制动转矩了，因此制动电阻的粗略计算是：

其中：
UD制动电压准位
IMN电机的额定电流。

为了保证变频器不受损坏，强制限定当流过制动电阻的电流为额定电流时的电阻数值为制动电阻的最小数值。选择制动电阻的阻值时，不能小于该阻值。

根据以上所叙，制动电阻的阻值 的选择范围为：

制动电阻的耗用功率

当制动电阻R在直流电压为UD 的电路工作时，其消耗的功率为：

耗用功率的含义：如果电阻的功率按照此数值选择的话，该电阻可以长时间的接入在电路里工作。

现场中使用的电阻功率主要取决于刹车使用率ED%。因为系统的进行制动时间比较短，在短时间内，制动电阻的温升不足以达到稳定温升。因此，决定制动电阻容量的原则是，在制动电阻的温升不超过其允许数值（即额定温升）的前提下，应尽量减小容量，粗略算法如下：


λ 为制动电阻的降额系数
R为实际的选用电阻阻值
PB为制动电阻的功率

（2）设计举例。根据以上的公式我们可以大致的推算出来我们需要的制动电阻的阻值和功率。以台达VFD075F43A变频器驱动7.5KW的电机作为例来说明，7.5KW电机额定电流是18A,输入电压AC460，则有：

因此制动电阻的阻值取值范围：

44.4 < R ≤ 88.9

选择电阻阻值要选择市场上能够买到的型号和功率段为宜，选择阻值75欧。

根据实际的情况可以在计算的数值功率上适当的扩大。

”

要选取制动电阻的参数，步骤参考如下：
1.确定电机允许的100％的制动电流，那么以楼主问题为例，75kW的电机，制动电流大约是150A左右，这是一个经验的估算，一般情况下，可以认为电机的功率乘以2即为电机的额定电流（交流异步电机而言）；
2.确定电机制动时，在变频器的直流母线电压。这个参数，可以考虑一个范围，最小DC620V，最大DC750V，如果选较低的直流母线电压，其电阻值相对就低，反之亦然。我们可以取DC700V为制动电压；
3.计算电阻值，就是简单的欧姆定律，电压除以电流等于制动电阻值。电阻的功率一般要选择1.5－3倍

的电机额定功率，选1.5倍时，制动是间歇的，选3倍时，制动
是频繁的。
这样计算，你的制动电阻绝对是选购了，而且具备可靠的工程实用性。
另外，对于有些变频器，制动单元是内置的，只要选取制动电阻就OK了，例如：西门子的MM440变频器从小到75kW，都是内置的制动单元，所以，很简单。有些变频器，没有内置的制动单元，就需要外加制动单元和制动电阻了，制动电阻的选取，已经说了，这里不赘述，制动单元的选择，就要注意了，一定要按照电动机的额定电流来选取，有些制动单元，他的标称电流和实际的运行电流不一致，造成过热保护，一定要能连续工作的电流来选。以保证制动贿赂的可靠性。
声明下，我所提出的计算方法，是按照100％的制动能力来计算的。如果你认为可以50％制动能力，那就除以2...，来计算。

变频器制动电阻的计算方法2008-11-21 19:49 A、首先估算出制动转矩 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；

B、接着计算制动电阻的阻值 在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常数RC，R即为制动电阻的阻值，C为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V。

C、然后进行制动单元的选择 在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下：

D、最后计算制动电阻的标称功率 由于制动电阻为短时工作制，因此根据电阻的特性和技术指标，我们知道电阻的标称功率将小于通电时的消耗功率，一般可用下式求得： 制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率% 2.6 制动特点 能耗制动（电阻制动）的优点是构造简单，缺点是运行效率降低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量，且制动电阻的容量将增大。

制动力矩计算 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。 按100%制动力矩设计，可以满足90%以上的负载。 对电梯，提升机，吊车，按100% 开卷和卷起设备，按120%计算 离心机100% 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% 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。 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。

电阻制动单元的制动电流计算（按100%制动力矩计算）

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

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 制动电阻计算和选择（按100%制动力矩计算）

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。 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 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，这事一个估算值，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）

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 制动单元安全极限： 流过制动单元的电流值为700/R

台达变频器制动电阻设计
作者：刘元刚 出处： 阅读：1432 发布时间：2007-07-02 供稿：中达电通股份有限公司 摘 要：变频器的应用越来越广泛，台达变频器依靠自己强大的OEM

能力和持续不断的研发能力其市场规模越来越壮大。变频器配件的选择对于用户前期的设计选型有至关重要的作用，本
文主要介绍了台达变频器的制动电阻选择基本原则和方法。
关键词：台达变频器 制动电阻 变频器配件

1 引言
目前市场上变频器的制动方法大致有三种：能耗制动，直流制动，回馈（再生）制动。台达变频器属于不可控整流电压源型的变频器，其制动方式属于能耗制动和直流制动。能耗制动是台达变频器让生产机械在运动过程中快速地减速或停车的主要形式；直流制动则在电机运转准备时刻输出一直流电流产生转矩迫使电机停止，以得到平稳的启动特性，或者当变频器停止时刻输出一直流电流产生转矩迫使电机停止，以确保电机已准确停车。在使用台达变频器的变频调速系统中，减速的方法就是通过逐步降低给定频率来实现的。在频率下降过程中，电动机将处于再生制动状态（发电机状态），使得电动机的转速迅速地随频率的下降而下降。在制动过程中，泵生电压的产生会导致直流母线上的电压升高，此时变频器会控制刹车单元通过刹车电阻把升高的电压以热能的方式消耗掉。为了使得系统平稳降速，需要设置适当的减速时间，同时选择合适的制动电阻和制动单元才能满足需要。目前关于制动电阻的计算方法有很多种，从工程的角度来讲要精确的计算制动电阻的阻值和功率在实际应用过程中不是很实际，主要是部分参数无法精确测量。目前通常用的方法就是估算方法，由于每一个厂家的计算方法各有不同，因此计算的结果不大一致。本文所介绍的计算方法仅仅是供参考，具体的情况要根据每一个现场的使用情况来进行分析计算。

2 制动电阻的介绍
制动电阻是用于将电动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：波纹电阻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，台达原厂配置的就是这样的电阻；铝合金电阻易紧密安装、易附加散热器，外型美观，高散热性的铝合金外盒全包封结构，具有极强的耐振性，耐气候性和长期稳定性；体积小、功率大，安装方便稳固，外形美观，广泛应用于高度恶劣工业环境使用。

3 制动电阻的阻值和功率计算
3.1刹车使用率ED%
制动使用率ED%,也就是台达说明书中的刹车使用率ED%。刹车使用率ED%定义为减速时间T1除以减速的周期T2,制动刹车使用率主要是为了能让制动单元和

刹车电阻有充分的时间来散除因制动而产生的热量；当刹车电阻发热时，电阻值将会随温度的上升而变高，制动转矩亦随之减少。刹车使用率ED%=制动时间/刹车周
期=T1/T2*100%。（图1）


图1刹车使用率ED%定义


现在用一个例子来说明制动使用率的概念：10％的制动频率可以这样理解，如果制动电阻在10秒钟能够消耗掉100％的功率，那么制动电阻至少需要90秒才能把产生的热量散掉。

3.2 制动单元动作电压准位
当直流母线电压大于等于制动电压准位（甄别阈值）时，刹车单元动作进行能量消耗。台达制动电压准位如表1所示。

3.3 制动电阻设计
（1） 工程设计
实践证明，当放电电流等于电动机额定电流的一半时，就可以得到与电动机的额定转矩相同的制动转矩了，因此制动电阻的粗略计算是：


RB = 2*UD / IMN


其中：
UD 制动电压准位。
IMN 电机的额定电流。
为了保证变频器不受损坏，强制限定当流过制动电阻的电流为额定电流时的电阻数值为制动电阻的最小数值。选择制动电阻的阻值时，不能小于该阻值。


RBmin = UD / IMN


根据以上所叙，制动电阻的阻值R的选择范围为：


UD / IMN ＜ R ≤ 2*UID / IMN


制动电阻的耗用功率：
当制动电阻R在直流电压为UD的电路工作时，其消耗的功率为：


P0 = UD2 / R


耗用功率的含义：如果电阻的功率按照此数值选择的话，该电阻可以长时间的接入在电路里工作。
现场中使用的电阻功率主要取决于刹车使用率ED%。因为系统的进行制动时间比较短，在短时间内，制动电阻的温升不足以达到稳定温升。因此，决定制动电阻容量的原则是，在制动电阻的温升不超过其允许数值（即额定温升）的前提下，应尽量减小容量，粗略算法如下：


PB = λ*P*ED% = λ*UD2 / R*ED%


λ为制动电阻的降额系数：λ = 1-|R-RB| / RB

R为实际的选用电阻阻值。
PB为制动电阻的功率。

（2） 设计举例
根据以上的公式我们可以大致的推算出来我们需要的制动电阻的阻值和功率。以台达VFD075F43A变频器驱动7.5KW的电机作为例来说明，7.5KW电机额定电流是18A,输入电压AC460，则有：


RB = 2*UD / IMN = 2*800/18 = 88.9欧

RBmin = UD / IMN = 800/18 = 44.4欧


因此制动电阻的阻值取值范围：

44.4 ＜ R ≤ 88.9


选择电阻阻值要选择市场上能够买到的型号和功率段为宜，选择阻值75欧。


PB = λ*UD2/R*ED% = 0.84*8002/75*0.1 = 716W


根据实际的情况可以在计算的数值功率上适当的扩大。

4 结束语
制动电阻的阻值和功率的计算都是从工程的角度来考虑的，因此在实际的应用时需要结合现场的具体情况进

行适当的该动，最终形成一个经济适用的选择方案。


=制动元件动作电压值的平方/（0.1047*(制动转矩-20%电机额定转矩）*制动前电机转速）
在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常
数RC，R即为制动电阻的阻值，C为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V。
C、然后进行制动单元的选择
在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下：
制动电流瞬间值=制动单元直流母线电压值/制动电阻值
D、最后计算制动电阻的标称功率
由于制动电阻为短时工作制，因此根据电阻的特性和技术指标，我们知道电阻的标称功率将小于通电时的消耗功率，一般可用下式求得： 制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率%
制动特点 能耗制动（电阻制动）的优点是构造简单，缺点是运行效率降低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量，且制动电阻的容量将增大。

西门子变频器的参数表里只是给了选型参考.
制动电阻如何选的问题:
在异步电动机因设定频率突然降低而减速时,如果轴转速高于由频率所决定的同步转速,则异步电动机处于再生发电运行状态.运动系统中所存储的动能经逆变器回馈到直流侧,中间直流回路的滤波电容器的电压会因吸收这部分回馈能量而提高.如果回馈能量较大,则有可能使变频器的过电压保护功能动作.利用制动电阻可以耗散这部分能量,使电动机的制动能力提高.
制动电阻阻值的计算:
在附加制动电阻进行制动的情况下,电动机内部的有功损耗部分,折合成制动转矩,大约为电动机额定转矩的20%.考虑到这一点,用下式计算制动电阻的阻值:(Ω)
RBO=(Uc2)/[0.1047(TB-0.2TM)n1] (Ω)
式中 Uc2是直流回路电压Uc的平方,单位为V;
TB是制动转矩,单位为N.m;
TM是电动机额定转矩,单位为N.m;
n1是开始减速时的速度,单位为r/min.
如果系统所需制动转矩TB＜0.2TM,即制动转矩在额定转矩的20%以下时,则不需要另外的制动电阻,仅电动机内部的有功损耗的作用,就可使中间直流回路电压限制在过电压保护的动作水平以下.
由制动晶体管和制动电阻构成的放电回路中,其最大电流受制动晶体管的最大允许电流Ic的限制.制动电阻的最小允许值Rmin(Ω)为:
Rmin=Uc/Ic
式中,Uc是直流回路电压,单位为V.
Ic是制动晶体管的最大允许电流Ic,单位为A.
因此,选用的制动电阻RB应按

Rmin＜RB＜RBO
的关系来决定.

开题讨论，目的就在于知其然后知其所以然。

理想状况下，不考虑系统摩擦系数与传动效率，做如下分析：

假

设知道传动链折算到电机轴的转动惯量J（KG*m^2），同时，知道电机轴当前转速n转/min（ω=n*2*3.14/60S），现在，要求1秒内减速到0速。那么，系统减速度为n（ω/S^2）。此时，需要制动转矩为：J*ω（KG*m^2/S^2）=J*ω（N*m
）牛米。

当我们知道了需要的制动转矩，知道了制动电流与制动转矩的关系，电流就出来了。考虑直流制动电压的最大允许值若为700V，那么最小电阻值就出来了
——可但是，但可是，电机被动运转速度是变化的，电压频率变化、有效值变化，电容在向电阻放电时也引起电压变化。阻容放电电压方程可以列出，电机发电电压方程俺还没思考（电机学得不好），事实上，在电压变化（降低）、电阻电容不变的情况下，制动电流在减小，制动转矩也在减小，——》若要保证制动时间，必须实时减小电阻，以保证制动电流、制动转矩的线性。

也就是说，在不考虑摩擦系数、传动效率等因素的情况下，按固定母线电压、制动电流选取的电阻值，达不到制动时间要求。而摩擦系数、传动效率、电机与变频本体耗能等综合因素对制动时间有多大影响？不得而知