制動電阻的選擇

制動電阻,主要用于變頻器控制電機快速停車的機械系統中,幫助電機將其因快速停車所產生的再生電能轉化為熱能。

制動原理

一、制動單元原理: 制動單元由大功率晶體管GTR及其驅動電路構成。其功能是為放電電流環節電容器在規定的電壓范圍內儲存不了或者內接的制動電阻來不及消耗掉而使直流部分“過壓”時,需要加外接制動組件,以加快消耗再生電能的速度。
二、制動電阻原理:電動機在工作頻率下降過程中,將處于再生制動狀態,拖動系統的動能要反饋到直流電路中,使直流電壓UD不斷上升,甚至可能達到危險的地步。因此,必須將再生到直流電路的能量消耗掉,使UD保持在允許范圍內。制動電阻就是用來消耗這部分能量的。
三、制動單元+電阻:制動單元制動單元由大功率晶體管GTR及其驅動電路構成。其功能是為放電電流IB流經制動電阻提供通路。
以下是制動單元的動作過程:
a、當電動機在外力的作用下減速時,電機以發電狀態運行,產生再生能量。其產生的三相交流電動勢被變頻器逆變部分的六個續流二極管組成的三相全控橋整流,使變頻器內直流母線電壓持續升高。
b、當直流電壓達到某一電壓(制動單元的開啟電壓)時,制動單元功率開關管開通,電流流過制動電阻。
c、制動電阻釋放熱量,吸收再生能量,電機轉速下降,變頻器直流母線電壓降低。
d、當直流母線電壓降到某一電壓(制動單元停止電壓)時,制動單元的功率管關斷。此時沒有制動電流流過電阻,制動電阻在自然散熱,降低自身溫度。
e、當直流母線的電壓重新升高使制動單元動作時,制動單元將重復以上過程,平衡母線電壓,使系統正常運行。
由于制動單元的工況屬于短時工作,即每次的通電時間很短,在通電時間內,其溫升遠遠達不到穩定溫升;而每次通電后的間歇時間則較長,在間歇時間內,其溫度足以降到與環境溫度相同,因此制動電阻的額定功率將大大降低,價格也隨之下降;另外由于IGBT只有一個,制動時間為ms級,對功率管開通與關斷的暫態性能指標要求低,甚至要求關斷時間盡量短,以減少關斷脈沖電壓,保護功率管;控制機理也相對簡單,實現較為容易。 由于有以上優點,因此它廣泛應用于起重機等勢能負載及需快速制動但為短時工作制的場合。

制動電阻的功用

保護變頻器
電機在快速停車過程中,由于慣性作用,會產生大量的再生電能,如果不及時消耗掉這部分再生電能,就會直接作用于

變頻器專用型制動電阻

變頻器的直流電路部分,輕者,變頻器會報故障,重者,則會損害變頻器;制動電阻的出現,很好的解決了這個問題,保護變頻器不受電機再生電能的危害;

保證電源電網絡
制動電阻將電機快速制動過程中的再生電能直接轉化為熱能,這樣再生電能就不會反饋到電源電網絡中,不會造成電網電壓波動,從而起到了保證電源網絡的平穩運行的作用。

功率計算

在選定了制動電阻的阻值以后,應該確定制動電阻的功率值,制動電阻功率的選取相對比較繁瑣,它與很多因素有關。制動電阻消耗的瞬時功率按下式計算:P 瞬= 7002 /R按上式計算得到的制動電阻功率值是制動電阻可以長期不間斷的工作可以耗散的功率數值,然而制動電阻并非是不間斷的工作,這種選取存在很大的浪費,在本產品中,可以選擇制動電阻的使用率,它規定了制動電阻的短時工作比率。制動電阻實際消耗的功率按下式計算:P 額=7002 /R×rB% rB%:制動電阻使用率。實際使用中,可以按照上式選擇制動電阻功率,也可以根據所選取的制動電阻阻值和功率,反過來計算制動電阻所能夠承受的使用率,從而正確設置,避免制動電阻過熱而損壞。

大小計算

首先估算出制動轉矩
制動扭矩 =((電機轉動慣量 + 電機負載測折算到電機測的轉動慣量)

?(制動前速度-制動后速度))/375*減速時間-負載轉矩 一般情況下,在進行電機制動時,電機內部存在一定的損耗,約為額定轉矩的18%-22%左右,因此計算出的結果在小于此范圍的話就無需接制動裝置;

接著計算制動電阻的阻值制動電阻的阻值
制動電阻的阻值=制動元件動作電壓值的平方/(0.1047*(制動轉矩-20%電機額定轉矩)

制動前電機轉速) 在制動單元工作過程中,直流母線的電壓的升降取決于常數RC,R即為制動電阻的阻值,C為變頻器內部電解電容的容量。這里制動 單元動作電壓值一般為710V。

然后進行制動單元的選擇
在進行制動單元的選擇時,制動單元的工作最大電流是選擇的唯一依據,其計算公式如下: 制動電流瞬間值=制動單元直流母線電壓值/制動電阻值 最后計算制動電阻的標稱功率 由于制動電阻為短時工作制,因此根據電阻的特性和技術指標,我們知道電阻的標稱功率將小于通電時的消耗功率,一般可用下式求得: 制動電阻標稱功率 = 制動電阻降額系數

制動期間平均消耗功率

制動使用率%

制動特點
能耗制動(電阻制動)的優點是構造簡單,缺點是運行效率降低,特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量,且制動電阻的容量將增大。

使用率

制動電阻使用率規定了制動電阻的使用效率,以避免制動電阻過熱而損壞,它會影響制動單元的制動效果。制動電阻的使用率設置越低,電阻的發熱程度越小,電阻上消耗的能量越少,制動效果越差。同時,制動單元的容量也沒有得到充分利用。理論上講,制動電阻使用率為100%時,對制動單元容量的利用最充分,制動效果也最明顯,然而這需要較大的制動電阻功率的代價,使用者應綜合考慮。在制動電阻阻值和功率都已經確定的前提下,對于減速較慢的大慣性負載,選取較低的電阻使用率會取得較好的效果。對于需要快速停機的負載,宜選取較大制動電阻使用率。