計算制動電阻的方法及對比分析

變頻器的制動電阻是用于將電動機(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，如果變頻器的輸出頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速小于電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速，那么電動機(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，制動回路將被接通，電流通過制動電阻放電產(chǎn)生熱量，達(dá)到消耗再生能量的目的。

　　選擇使用制動電阻需要考慮電阻阻值和電阻功率容量兩個參數(shù)，變頻器廠家推薦的制動電阻的參數(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電阻的檔次，經(jīng)常對若干不同容量的電動機(jī)提供相同的制動電阻，使制動電阻的選擇不夠準(zhǔn)確，且相對保守。

　　本文介紹了三種計算制動電阻兩個參數(shù)的方法，并對此進(jìn)行分析比較。

1 通過轉(zhuǎn)動慣量確定制動電阻

　　1）計算制動力矩。制動力矩為

2 通過修正系數(shù)確定制動電阻

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

　　制動電阻消耗的功率由公式（6）得出。

　　對于不同的負(fù)載、不同的工藝要求，制動電阻接入制動電路的時間也不一樣，很多情況下，制動電阻還未達(dá)到額定溫升就被切除，因此，沒有必要按照制動電阻的實際額定功率來選擇。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，兩次減速的時間間隔比較長，制動電阻在減速期間產(chǎn)生的熱量有足夠的時間散去，每次消耗在制動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

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

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

　　2.3 轉(zhuǎn)速持續(xù)下降的負(fù)載

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

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

3 通過降額系數(shù)來確定制動電阻

　　1）制動電阻RB的初選值由式（10）確定。

　　2）制動電阻RB的功率初選值由式（6）確定。

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

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

　　引入制動電阻的降額系數(shù)

　　式中的R 為實際選用制動電阻阻值，則制動電阻的功率

4 三種方法的分析與比較

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

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

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

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

　　5）在滿足減速工藝要求的條件下，選取制動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電阻更可靠。