計(jì)算制動(dòng)電阻的方法及對(duì)比分析

0 引言

變頻器的制動(dòng)電阻是用于將電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的再生能量以熱能方式消耗的載體，電機(jī)減速時(shí)，如果變頻器的輸出頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速小于電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，那么電動(dòng)機(jī)將工作在發(fā)電狀態(tài)，向變頻器直流部分的電容充電，當(dāng)電壓高于閥值電壓，制動(dòng)回路將被接通，電流通過(guò)制動(dòng)電阻放電產(chǎn)生熱量，達(dá)到消耗再生能量的目的。

選擇使用制動(dòng)電阻需要考慮電阻阻值和電阻功率容量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，變頻器廠家推薦的制動(dòng)電阻的參數(shù)僅滿足一般情況，不能滿足特殊工況條件下的應(yīng)用要求。另外變頻器廠家為了減少制動(dòng)電阻的檔次，經(jīng)常對(duì)若干不同容量的電動(dòng)機(jī)提供相同的制動(dòng)電阻，使制動(dòng)電阻的選擇不夠準(zhǔn)確，且相對(duì)保守。

本文介紹了三種計(jì)算制動(dòng)電阻兩個(gè)參數(shù)的方法，并對(duì)此進(jìn)行分析比較。

1 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定制動(dòng)電阻

1)計(jì)算制動(dòng)力矩。制動(dòng)力矩為

2 通過(guò)修正系數(shù)確定制動(dòng)電阻

在電機(jī)轉(zhuǎn)速下降率基本恒定的情況下，使得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩相等就足以滿足大多數(shù)場(chǎng)合的制動(dòng)要求。考慮到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大且制動(dòng)較快的負(fù)載，所需制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不會(huì)超過(guò)2TM，因此制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的取值范圍為

制動(dòng)電阻消耗的功率由公式(6)得出。[!--empirenews.page--]

對(duì)于不同的負(fù)載、不同的工藝要求，制動(dòng)電阻接入制動(dòng)電路的時(shí)間也不一樣，很多情況下，制動(dòng)電阻還未達(dá)到額定溫升就被切除，因此，沒(méi)有必要按照制動(dòng)電阻的實(shí)際額定功率來(lái)選擇。根據(jù)不同的情況適當(dāng)進(jìn)行修正

2.1 不經(jīng)常減速的負(fù)載

許多負(fù)載不經(jīng)常減速，兩次減速的時(shí)間間隔比較長(zhǎng)，制動(dòng)電阻在減速期間產(chǎn)生的熱量有足夠的時(shí)間散去，每次消耗在制動(dòng)電阻的電功率很難達(dá)到其額定功率，所以此類負(fù)載修正系數(shù)姿比較低，可根據(jù)表1 進(jìn)行選擇。

2.2 經(jīng)常加減速的負(fù)載

對(duì)于經(jīng)常需要加減速的負(fù)載，制動(dòng)電阻在減速期間產(chǎn)生的熱量在下一個(gè)減速周期來(lái)臨前不能夠散盡，有一定的剩余，所以會(huì)對(duì)下一個(gè)減速周期產(chǎn)生的熱量進(jìn)行累加。

制動(dòng)電阻產(chǎn)生的熱量與減速時(shí)間成正比，制動(dòng)電阻的散熱量與減速周期成反比，所以引入減速時(shí)間占空比

2.3 轉(zhuǎn)速持續(xù)下降的負(fù)載

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，直流電壓超過(guò)電壓閥值UC，制動(dòng)回路被接通，制動(dòng)電阻處在工作狀態(tài)進(jìn)行放電，放電結(jié)果使得直流電壓低于電壓閥值UC，制動(dòng)回路被截止，制動(dòng)電阻停止工作;電機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)下降，直流電壓再次超過(guò)電壓閥值UC，制動(dòng)電阻再次被接通，處在工作狀態(tài)。在此種工作方式下，制動(dòng)電阻反復(fù)不斷的被接通，處于斷續(xù)運(yùn)行狀態(tài).

在此過(guò)程中，制動(dòng)電阻的發(fā)熱量和散熱量處于相對(duì)平衡，制動(dòng)電阻修正系數(shù)姿=0.5~0.8。

3 通過(guò)降額系數(shù)來(lái)確定制動(dòng)電阻

1)制動(dòng)電阻RB的初選值由式(10)確定。

2)制動(dòng)電阻RB的功率初選值由式(6)確定。

3)在工況條件下，制動(dòng)電阻的功率主要取決于制動(dòng)時(shí)間占空比琢。系統(tǒng)的制動(dòng)時(shí)間比較短，在短時(shí)間內(nèi)，制動(dòng)電阻的溫升不足以達(dá)到額定溫升。

因此，決定制動(dòng)電阻電功率大小的原則是系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)，在制動(dòng)電阻的溫升不超過(guò)額定溫升的條件下，應(yīng)盡量減小制動(dòng)電阻的功率容量。

引入制動(dòng)電阻的降額系數(shù)

式中的R 為實(shí)際選用制動(dòng)電阻阻值，則制動(dòng)電阻的功率

4 三種方法的分析與比較

1)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定的制動(dòng)電阻相對(duì)比較精準(zhǔn)，但實(shí)際情況下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量難以獲得，此方法適用于已經(jīng)擁有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量詳細(xì)數(shù)據(jù)的設(shè)備。第二種方法和第三種方法的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩TB 被放大到電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩TM 的2 倍，制動(dòng)電流IB最大選取僅為電動(dòng)機(jī)額定電流IM，由此確定的制動(dòng)電阻RB的阻值偏大，影響制動(dòng)回路消耗再生能量的效率。

2)第一種方法確定的最大制動(dòng)電流是以功率管允許通過(guò)的最大電流為基準(zhǔn)，由此確定的制動(dòng)電阻阻值如果選取偏小，有可能在電動(dòng)機(jī)減速過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電流，從而引起變頻器故障跳閘。

3)通過(guò)修正系數(shù)確定的制動(dòng)電阻適合不同的負(fù)載，有針對(duì)性，但電阻功率容量的確定也有其局限性。如對(duì)于經(jīng)常加減速的負(fù)載，設(shè)減速時(shí)間tS為2 s，減速周期tB為10 s，那么減速時(shí)間占空比琢為0.2，按照修正系數(shù)的選取規(guī)則，姿應(yīng)為0.2。制動(dòng)電阻在經(jīng)過(guò)了2 s的減速產(chǎn)生的熱量在隨后的8 s內(nèi)并不會(huì)有多少熱量散失，大量的熱量被慢慢地積累下來(lái)。由此看來(lái)，修正系數(shù)姿顯然選取的小了。所以，修正系數(shù)的確立對(duì)于有較長(zhǎng)減速周期的工況更加適合。

4)如果制動(dòng)電阻阻值選取的小了，則需要更大的功率容量;如果制動(dòng)電阻阻值選取的大了，則需要較小的功率容量。通過(guò)降額系數(shù)來(lái)確定的制動(dòng)電阻更好地平衡了它們之間的關(guān)系。由于制動(dòng)電阻阻值的選取是在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行的，與實(shí)際選取電阻阻值之間的誤差在功率容量選取時(shí)得到了彌補(bǔ)。

5)在滿足減速工藝要求的條件下，選取制動(dòng)電阻的基本原則是阻值和功率容量宜大不宜小，由此可知第二種方法和第三種方法選取的制動(dòng)電阻更可靠。