张燕宾讲变频(三)变频器制动电阻的选择误区

图５不反复减速
（ｂ）发热曲线
制动电阻的发热曲线如图５ｂ所示。在减速过程 中，能耗电路放电，制动电阻开始发热，其温升按 曲线①上升。但因能耗电路的放电时间乇很短，在 ｋ时间内，制动电阻的温升日。达不到稳定温升０。。 减速过程结束后，制动电阻开始散热，由于间隔时 间较长，制动电阻的温升足以下降到接近于０，针对
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图２再生制动的影响
（ａ）正常运行
（ｂ）频率下降 圈１电动机的发电状态
（ｃ）重物下降
从能量关系看，则： （１）频率下降 拖动系统在转速下降的过程中，其动能将减 小。从高速转为低速时多余的动能将通过“发电机”
”０ ｌ电气时代·２００８年第４期 万方数据
技术论坛·技术与应用
转换成电能，并反馈到直流电路。 （２）重物下降 重物从高位下降时，其位能在减少。从高位降
到低位时多余的位能也通过“发电机”转换成电能， 并反馈到直流电路。
总之，当电动机轴上的机械能减少时，多余的 机械能将转换成电能，反馈到直流电路，向滤波电 容器充电，使直流电路中的电压升高。当直流电压 超过一定的限值玩。时，变频器将因。过电压”而 跳闸。变频器跳闸后，逆变桥将立即封锁，电动机 处于自由制动状态，这是用户所不希望的。
本届论坛以’推广建筑电气技术．服务中国建筑节能”为主题，针对当前行业关注节能减排．电气火灾 预防等热点问题进行了研讨。住房和城乡建设部科技司副司长武涌出席了会议并发表重要讲话。武司长指 出，建筑节能是当前的荤要任务之一，建筑电气，智能楼宇自控及绿色照明作为建筑节能的重要手段应当 发挥重要的｛乍用，同时还－希望从事建筑设计的单位．旌工单位、房地产开发商及节能技术设备的厂商积极 参与到建筑节能的事业中来。建设部建筑智能化技术专家委员会主任委员、中国建筑设计研究院电气总工 程师张文才先生作了《建筑电气节能与设计应用》的报告．建设住宅产业促进中心总工程师孙克放先生作了袋中国建筑节能之路与未来发 展目标》的报告：中国科学院自动化研究所总工程师陈龙先生作了《严峻的建筑节能形势及对策分析》的报告；公安部消防局高级工程师 司戈先生作了《我国建筑电气火灾原因分析及觎决途径》的报告，
３月２７目，倍受业界关注的年度晶牌盛会”小武橙“第四届中国建筑电气行业发震论坛餮２００８第二 届中国智篚楼宇与建筑节能高峰论坛在京降重召开。住房和城乡建设部及有关行业协（学）会．行业科研机构， 知名建筑设计院的有关领导和专家出席了本次会议并作了精彩发言。来自全国５００多位设计院、房地产开 发商．工程公司和设备厂商代表参加了会议，并参观了行业知名企业的现场展示。
升。因此，没有必要按照运行功率来选择其容量。而
应该根据其具体工况来进行适当的修正
ＰＢ ２口ＢＰＢｏ
（７）
式中Ｒ——制动电阻的实选容量
口。——修正系数
３．制动电阻的工况与修正系数
（１）不反复减速
有些负载，并不经常减速。或者说，每两次减
速过程之间，相隔的时间较长，如图５ａ所示。
０ ０
ｓ
０ Ｂ
ｎ２
Ｄ
Ｄ
（ａ）制动电阻工况
万方数据
２００８年第４期‘电号Ｂ巷代Ｉ¨１
技术与应用·技术论坛
ＰＢ。＝％。獬。
（６）
式中Ｐ。——制动电阻的运行功率
制动电阻中通入电流后是要发热的，所产生的
热量和ＰＢ。成正比。因此，运行功率也是发热功率。
２．制动电阻的实选容量
实际工作中，制动电阻接入电路的时间并不
长，在此时间内，制动电阻的温升达不到其额定温
万方数据
技术论坛·技术与应用
图７ｃ表明，当直流电压超过上限值（％＞％。） 时，能耗电路开始放电。放电的结果是％下降，当 ％下降到％。以下时，能耗电路截止，放电停止。但 因为负载的下降运行还在继续，故昧又将上升。这 说明，即使在电动机连续处于再生制动状态下，制 动电阻也处于断续运行的状态。
制动电阻运行的占空比，取决于重力或重物的
有关资料表明：当通过制动电阻的放电电流等
于电动机额定电流时，制动转矩约为电动机额定转
矩的２倍
厶＝‰一瓦＊２‰
式中，Ｂ——通过制动电阻的放电电流
‘删——电动机的额定电流
对应于式（１）所示的制动转矩范围，放电电流厶
的取值范围是
乇＝（ｏ．５～１．ｏ）‘。
（２）
又因为ｌ ｋＷ电动机的额定电流约等于２ Ａ，故
、
向下分力的大小。一般说来
ａ Ｂ＝０．５～Ｏ．８
４。说明书的制动电阻值 变频器说明书中的制动电阻数据只是一个参考 数据。因为在提供制动电阻数据时，要受到两个因 素的制约： １）负载的惯性大小和工况是千差万别的，实际上 不存在一个可用于各种情况的制动电阻值及其容量。 ２）变频器生产厂为了减少制动电阻的档次，常 常对若干种不同容量的电动机提供相同阻值和容量 的制动电阻。例如，艾默生ＴＤ３０００系列变频器说明 书中，对于配用电动机容量为２２ｋＷ、３０ｋＷ和３７ ｋＷ的变频器，所提供的制动电阻规格，都是３ ｋＷ， ２０ Ｑ。因此，所提供的规格不可能对所有变频器都 是最佳的。
０ Ｂ
Ｄ
＿ＩｔＢ
ｔｃ
．
ｔ／ｓ
（ｂ）发热曲线 图６反复加减速
由图知，制动电阻处于断续运行的状态，其发 热和散热的曲线如图６ｂ之曲线②和③所示。制动电
阻的最终温升与减速占空比有关
ｋ ２ ｆＢ位
（８）
式中ｋ——减速占空比
乇——减速时间，ｓ
０－力１１、减速的周期，ｓ
与此同时，制动电阻的发热还和每次制动时的
减速时间有关。因此，修正系数口。的大小难以简单 地进行描述。大体上说，则：
，Ｎ—＼１ ５００ｒ／ｍｉｎ
向和原来相反了。从而，转子绕组中感应电动势和 感应电流的方向，以及所产生的电磁转矩的方向都 和原来相反了，电动机处于发电机状态，如图ｌｂ所 示。由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反，能 够促使电动机的转速迅速地降下来，故也称为再生 制动转矩。
除此以外，当起重机械的起升装置使重物下降 时，由于重物有重力加速度的原因，使转子的转速 超过同步转速，如图１ｃ所示。图中：
（ａ）小惯性负载
（ｂ）大惯性负载
图４生产机械的惯性
实践证明，在大多数情况下，制动转矩的大小
和电动机的额定转矩相等（瓦＝７ｋ）就已经足够了。 对于惯性较大，又要求较快制动的负载，所需制动
转矩也不会超过２２０。
因此，制动转矩的取值范围是
瓦２（１～２）‰
（１）
式中 瓦——拖动系统需要的制动转矩，Ｎ·ｍ
丁ｏ——电动机的额定转矩，Ｎ。ｍ
制动电阻中的放电电流也称为制动电流，制动 电阻的大小，将直接影响“发电机”电流（再生电流） 的大小，从而影响制动转矩的大小。
３．怎样决定制动电阻的大小 要决定制动电阻的大小，首先要决定需要多大 的制动转矩。决定制动转矩的主要依据是拖动系统 的惯性大小。 图４ａ所示的卷绕机械，惯性很小，当变频器的 输出频率下降时，因为被卷绕物的张力就构成了足 够大的制动转矩，电动机的转速能够跟上同步转速 的下降，反馈到直流回路的泵生电压不大，可以不 用制动电阻来放电了。而图４ｂ所示负载，有一个惯 性很大的飞轮，如果变频器的输出频率下降得较快， 电动机的转速将跟不上同步转速的下降，这就要求 有较大的电磁制动转矩，也就需要有足够大的制动 电流，才能使电动机的转速跟得上同步转速的下降。
这种情况，修正系数ａ。的大小，应该根据每次减速 的时间来决定，如下表所示，是不同减速时间修正 系数的参考值。
表不反复减速的修正系数
例如，当每次减速的时间为４ ｓ时，因为在４ ｓ 时间内，制动电阻的温升还达不到稳定温升，故取 “。＝０．２０；如果每次减速的时间为２０ ｓ，则因为在 ２０ ｓ时间内，制动电阻的发热已经比较严重，故取
口Ｂ＝０．５０。
表中所列的只是一个参考数据，因为制动电阻 的发热时间常数非但和制动电阻的容量有关（容量大 者时间常数也长），还；ＩＥＩｌ￥１１动电阻本身的结构及安装 环境有关。
（２）反复加、减速 在加、减速比较频繁的情况下，制动电阻的工 况如图６ａ所示。
一 ｎ２
Ｄ
（ａ）制动电阻
０ ０
ｓ
队Ａ ，７①
／／
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张燕宾讲变频（三）
变频器制动电阻的选择误区
张燕宾 变频器资深专家
皆 常有用户抱怨说：明明是按照变频器的
巾 说明书选购的制动电阻和制动单元，为 什么会烧制动电阻？有的时候制动转矩 不足？是不是说明书有误？
要解决上述问题，必须理顺以下几个关系。
制动转矩和制动电阻的关系
１．制动转矩是怎样产生的 当异步电动机转子的转速超过了旋转磁场的转 速时，电动机将变成发电机，所产生的电磁转矩将 变成制动转矩。 电动机在正常运行时，转子的转速是低于旋转 磁场的转速（同步转速）的，转子绕组切割磁力线的 方向与磁场的旋转方向相反，例如，在图１ａ中： 同步转速ｎｏ＝１ ５００ ｒ／ｍｉｎ 转子转速‰＝１ ４４０ ｒ／ｍｉｎ 转差Ａ ｎ＝１ ５００—１ ４４０ ｒ／ｍｉｎ＝６０ ｒ／ｍｉｎ，转 差的方向和旋转磁场相反。 电动机产生的电磁转矩（Ｌ）使转子旋转起来， 旋转方向与磁场的旋转方向相同。 如果将频率降为４５ Ｈｚ，当频率刚下降的瞬间， 旋转磁场的转速（同步转速）立即下降为１ ３５０ ｒ／ｍｉｎ， 但由于拖动系统具有惯性的缘故，电动机转子的转 速不可能立即下降，仍为Ｉ ４４０ ｒ／ｍｉｎ。于是，转子 的转速超过了同步转速，转子绕组切割磁力线的方
本文作者热忱欢迎广大读者多提问题。以利共同提高。 联系方式如下： 邮政编码：４４３０００ 通信地址：湖北省宜昌市西陵二路２０号自动化研究所 联系电话：０７１７—６８３３３１７，１３９７２０２６８７８
Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｙａｎｂｉｎ＠ｒｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ
第四肠中旧建筑ｌ乜气行、ｌｋ发展论坛
暨２００８年第二届中囤智能楼宁与建筑节能高峰论坛在京隆承召开
同步转速ｎｏ＝１ ５００ ｒ／ｒａｉｎ 转子转速ｔｌＭ＝１ ５４０ ｒ／ｍｉｎ 转差Ａ ｎ＝１ ５００—１ ５４０ ｒ／ｍｉｎ＝一４０ ｒ／ｍｉｎ， 转差的方向和旋转磁场相同。其结果，电动机也处 于发电机状态，所产生的电磁转矩的方向也和磁场 的旋转方向相反。这时，制动转矩的作用是，阻止 重物不断地加速，使重物能够匀速下降。 ２．制动转矩和制动电阻是什么关系 变频器的逆变桥电路如图２所示，各逆变管旁 边都反并联一个二极管。电动机在再生状态时发出 的电流，经６个反并联二极管全波整流后，流向直 流电路，使直流电路的电压％升高，称为泵升电压。
当减速占空比ｋＢ≤０．２时，取口。＝０．２ 当减速占空比ｋ≥０．８时，取口。＝１ （３）连续下降运动
起重机械的重物下降过程，以及向下传输的带 式输送机、向下运行的自动扶梯等，都属于在相对 较长时间内，连续下行的运动，如图７ａ所示。图７ｂ
是能耗电路，图７ｃ是能耗电路的工况。
１ １ ２ Ｉ电气时代‘２００８年第４期
为了防止直流电压过高，必须配置制动电阻， 将直流电路中多余的电能通过制动电阻转换成热能 散发掉，如图３所示。
图３制动电阻和制动单元
制动单元ＢＶ是用来控制能耗电路工作的，具 体地说，则：当直流电压‰超过上限值％。时，ＢＶ 导通，使电容器通过制动电阻尺。放电；当直流电压 ％降到限值以内时，ＢＶ截止，停止放电。
放电电流‘的取值范围又可以估算为
乇＝（１～２）Ｉ‰Ｉ
（３）
式中 Ｉ尸州Ｉ——电动机额定功率的千瓦数
根据欧姆定律
吒２％以
（４）
式中氏——制动电阻值
Ｌ，ＤＨ——直流电压的上限值
＆２芒鬣４斋④ 将式（２）和式（３）代入式（４），有
制动电阻的容量和负载工况的关系
１．制动电阻的运行功率 当制动电阻接入电路时所消耗的电功率，称为 运行功率。计算方法如下
理论与实践、技术与应用．作为中国建筑电气行业发展论坛的一贯宗旨．吸引了国内外知名企业参加。ＡＢＢ（中国）有限公司发表了（（ＡＢＢ ｉ－ｂｕｓ ＥＩＢ／ＫＮＸ在建筑电气节能技术中的应用》的报告旋耐德电气（中国）投资有限公司发表了《如何实现建筑电气节能》的报告：清华同
（ａ）实例
（ｂ）能耗电路
（ｃ）工况
图７连续下降运动的负载
所以，在选择制动电阻时，不应该盲目地按说 明书选。而应注意根据生产机械的具体情况进行调 整。调整的基本规律是：负载的惯性大，则制动电 阻值应适当减小；制动时间较长或制动比较频繁 者，应适当加大制动电阻的容量。（待续）ＥＡ
（收稿日期：２００８．０２．１０）