一、制動(dòng)電阻基礎(chǔ)定義

      制動(dòng)電阻是用于將電動(dòng)機(jī)的再生能量以熱能方式消耗的載體，它包括電阻阻值和功率容量?jī)蓚€(gè)重要的參數(shù)。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：波紋電阻采用表面立式波紋有利于散熱減低寄生電感量，并選用高阻燃無機(jī)涂層，有效保護(hù)電阻絲不被老化，延長(zhǎng)使用壽命，臺(tái)達(dá)原廠配置的就是這樣的電阻；鋁合金電阻易緊密安裝、易附加散熱器，外型美觀，高散熱性的鋁合金外盒全包封結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的耐振性，耐氣候性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性；體積小、功率大，安裝方便穩(wěn)固，外形美觀，廣泛應(yīng)用于高度惡劣工業(yè)環(huán)境使用。 

構(gòu)件：

①陶瓷管：是合金電阻絲的骨架，同時(shí)具有散熱器的功效； 

②合金電阻絲：扁帶波浪形狀，纏繞在陶瓷管表面上，負(fù)責(zé)將電機(jī)的再生電能轉(zhuǎn)化為熱能； 

③涂層：涂在合金電阻絲的表面上，具有耐高溫的特性，功用是阻燃。

功能：

①、保護(hù)變頻器不受再生電能的危害

電機(jī)在快速停車過程中，由于慣性作用，會(huì)產(chǎn)生大量的再生電能，如果不及時(shí)消耗掉這部分再生電能，就會(huì)直接作用于變頻器的直流電路部分，輕者，變頻器會(huì)報(bào)故障，重者，則會(huì)損害變頻器；制動(dòng)電阻的出現(xiàn)，很好的解決了這個(gè)問題，保護(hù)變頻器不受電機(jī)再生電能的危害。

②、保證電電源網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行

制動(dòng)電阻將電機(jī)快速制動(dòng)過程中的再生電能直接轉(zhuǎn)化為熱能，這樣再生電能就不會(huì)反饋到電源電網(wǎng)絡(luò)中，不會(huì)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)，從而起到了保證電源網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行的作用。 

二、制動(dòng)電阻阻值的選擇

制動(dòng)電阻的選擇除受到變頻器專用型能耗制動(dòng)單元最大允許電流的限制外，與制動(dòng)單元也并無明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其阻值主要根據(jù)所需制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小選擇， 

功率根據(jù)電阻的阻值和使用率確定。 制動(dòng)電阻阻值的選定有一個(gè)不可違背的原則：應(yīng)保證流過制動(dòng)電阻的電流IC小于制動(dòng)單元的允許最大電流輸出能力，即：R > Umax/Ic 

其中：Umax為變頻器直流側(cè)所可能出現(xiàn)的最大直流電壓。 Ic為制動(dòng)單元的最大允許電流。 

      為充分利用所選用的變頻器專用型能耗制動(dòng)單元的容量，通常制動(dòng)電阻阻值的選取以接近上式計(jì)算的最小值為最經(jīng)濟(jì)、同時(shí)還可獲得最大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，然而這需要較大的制動(dòng)電阻功率。在某些情況下，并不需要很大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)比較經(jīng)濟(jì)的辦法是選擇較大的制動(dòng)電阻阻值、也因此可以減小制動(dòng)電阻的功率，從而減少購(gòu)買制動(dòng)電阻所需的費(fèi)用，這樣的代價(jià)是制動(dòng)單元的容量沒有得到充分利用。 

制動(dòng)電阻電阻功率計(jì)算基礎(chǔ)：

在選定了制動(dòng)電阻的阻值以后，應(yīng)該確定制動(dòng)電阻的功率值，制動(dòng)電阻功率的選取相對(duì)比較繁瑣，它與很多因素有關(guān)。制動(dòng)電阻消耗的瞬時(shí)功率按下式計(jì)算：P 瞬= 7002 /R 

      按上式計(jì)算得到的制動(dòng)電阻功率值是制動(dòng)電阻可以長(zhǎng)期不間斷的工作可以耗散的功率數(shù)值，然而制動(dòng)電阻并非是不間斷的工作，這種選取存在很大的浪費(fèi)，在本產(chǎn)品中，可以選擇制動(dòng)電阻的使用率，它規(guī)定了制動(dòng)電阻的短時(shí)工作比率。制動(dòng)電阻實(shí)際消耗的功率按下式計(jì)算： 

P 額=7002 /R×rB% rB%：制動(dòng)電阻使用率。 

      實(shí)際使用中，可以按照上式選擇制動(dòng)電阻功率，也可以根據(jù)所選取的制動(dòng)電阻阻值和功率，反過來計(jì)算制動(dòng)電阻所能夠承受的使用率，從而正確設(shè)置，避免制動(dòng)電阻過熱而損壞。 

制動(dòng)電阻使用率確定：

制動(dòng)電阻使用率規(guī)定了制動(dòng)電阻的使用效率，以避免制動(dòng)電阻過熱而損壞，它會(huì)影響制動(dòng)單元的制動(dòng)效果。 制動(dòng)電阻的使用率設(shè)置越低，電阻的發(fā)熱程度越小，電阻上消耗的能量越少，制動(dòng)效果越差。同時(shí)，制動(dòng)單元的容量也沒有得到充分利用。 

      理論上講，制動(dòng)電阻使用率為100%時(shí)，對(duì)制動(dòng)單元容量的利用最充分，制動(dòng)效果也最明顯，然而這需要較大的制動(dòng)電阻功率的代價(jià)，使用者應(yīng)綜合考慮。 

在制動(dòng)電阻阻值和功率都已經(jīng)確定的前提下，對(duì)于減速較慢的大慣性負(fù)載，選取較低的電阻使用率會(huì)取得較好的效果。對(duì)于需要快速停機(jī)的負(fù)載，宜選取較大制動(dòng)電阻使用率。 

制動(dòng)電阻的降額選擇

按照上述方法計(jì)算得到的制動(dòng)電阻功率是足夠的，根據(jù)負(fù)載性質(zhì)的不同，還可以進(jìn)一步降額選擇。

①、非重復(fù)制動(dòng)

所謂非重復(fù)制動(dòng)，是指拖動(dòng)系統(tǒng)在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)只有一次減速制動(dòng)過程，因此制動(dòng)電阻在該段時(shí)間內(nèi)只有一次消耗能量的過程，制動(dòng)電阻的功率也因此可以進(jìn)一步減小，減小的幅度決定于制動(dòng)電阻的耐沖擊能力和單次減速制動(dòng)的動(dòng)作時(shí)間。 

不考慮制動(dòng)電阻耐沖擊能力的因素，在非重復(fù)制動(dòng)系統(tǒng)中，制動(dòng)電阻的功率降額與單次減速制動(dòng)時(shí)間的關(guān)系見下圖：制動(dòng)電阻降額功率與單次制動(dòng)時(shí)間的關(guān)系圖。可見，在制動(dòng)時(shí)間小于10S的情況下，制動(dòng)電阻的功率可選擇到降額到20%以下。

②、重復(fù)制動(dòng)

 有些機(jī)械是需要反復(fù)制動(dòng)的，如起重機(jī)械和龍門刨床等，在重復(fù)制動(dòng)且制動(dòng)時(shí)間較短的情況下，制動(dòng)電阻的選用功率P 選用與制動(dòng)占空比（每次制動(dòng)時(shí)間tb與每?jī)纱沃苿?dòng)之間的時(shí)間間隔tc之比tb/tc）有近似線性關(guān)系。制動(dòng)占空比越小，制動(dòng)電阻功率的降額使用的幅度越大（P 選用/P 額越?。Ｍㄟ^下圖：制動(dòng)電阻功率與制動(dòng)占空比的關(guān)系圖可了解這種對(duì)應(yīng)關(guān)系。 

  【注意】當(dāng)制動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)且反復(fù)制動(dòng)的情況下，制動(dòng)電阻功率的選擇應(yīng)考慮留有一定的余量。

三、制動(dòng)電阻電阻功率計(jì)算

基本概念:

 目前市場(chǎng)上變頻器的制動(dòng)方法大致有三種：能耗制動(dòng)，直流制動(dòng)，回饋（再生）制動(dòng)。

 目前關(guān)于制動(dòng)電阻的計(jì)算方法有很多種，從工程的角度來講要精確的計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值和功率在實(shí)際應(yīng)用過程中不是很實(shí)際，主要是部分參數(shù)無法精確測(cè)量。目前通常用的方法就是估算方法，由于每一個(gè)廠家的計(jì)算方法各有不同，因此計(jì)算的結(jié)果不大一致。剎車使用率ED%：

制動(dòng)使用率ED%,也就是臺(tái)達(dá)說明書中的剎車使用率ED%。剎車使用率ED%定義為減速時(shí)間T1除以減速的周期T2,制動(dòng)剎車使用率主要是為了能讓制動(dòng)單元和剎車電阻有充分的時(shí)間來散除因制動(dòng)而產(chǎn)生的熱量；當(dāng)剎車電阻發(fā)熱時(shí)，電阻值將會(huì)隨溫度的上升而變高，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩亦隨之減少。剎車使用率ED%=制動(dòng)時(shí)間/剎車周期=T1/T2*100%。

現(xiàn)在用一個(gè)例子來說明制動(dòng)使用率的概念：10％的制動(dòng)頻率可以這樣理解，如果制動(dòng)電阻在10秒鐘能夠消耗掉100％的功率，那么制動(dòng)電阻至少需要90秒才能把產(chǎn)生的熱量散掉。 

制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷簻?zhǔn)位

當(dāng)直流母線電壓大于等于制動(dòng)電壓準(zhǔn)位（甄別閾值）時(shí)，剎車單元?jiǎng)幼鬟M(jìn)行能量消耗。變頻制動(dòng)電壓準(zhǔn)位如表1所示（示例）。 
 表一：電源電壓的選擇,
與PN直流電壓的動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)

制動(dòng)電阻設(shè)計(jì)

①、工程設(shè)計(jì)。

實(shí)踐證明，當(dāng)放電電流等于電動(dòng)機(jī)額定電流的一半時(shí)，就可以得到與電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩相同的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩了，因此制動(dòng)電阻的粗略計(jì)算是：
  UD──制動(dòng)電壓準(zhǔn)位
 IMN──電機(jī)的額定電流 

為了保證變頻器不受損壞，強(qiáng)制限定當(dāng)流過制動(dòng)電阻的電流為額定電流時(shí)的電阻數(shù)值為制動(dòng)電阻的最小數(shù)值。選擇制動(dòng)電阻的阻值時(shí)，不能小于該阻值。根據(jù)以上所敘，制動(dòng)電阻的阻值的選擇范圍為：制動(dòng)電阻的耗用功率 當(dāng)制動(dòng)電阻在直流電壓為的電路工作時(shí)，其消耗的功率為：

耗用功率的含義：如果電阻的功率按照此數(shù)值選擇的話，該電阻可以長(zhǎng)時(shí)間的接入在電路里工作。

現(xiàn)場(chǎng)中使用的電阻功率主要取決于剎車使用率ED%。因?yàn)橄到y(tǒng)的進(jìn)行制動(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)到穩(wěn)定溫升。因此，決定制動(dòng)電阻容量的原則是，在制動(dòng)電阻的溫升不超過其允許數(shù)值（即額定溫升）的前提下，應(yīng)盡量減小容量，粗略算法如下：

λ為制動(dòng)電阻的降額系數(shù) 

RB為實(shí)際的選用電阻阻值
PB為制動(dòng)電阻的功率

ED%為制動(dòng)使用率

設(shè)計(jì)舉例

根據(jù)以上的公式我們可以大致的推算出來我們需要的制動(dòng)電阻的阻值和功率。以臺(tái)達(dá)VFD075F43A變頻器驅(qū)動(dòng)7.5KW的電機(jī)作為例來說明，7.5KW電機(jī)額定電流是18A,輸入電壓AC460，則有：因此制動(dòng)電阻的阻值取值范圍：

44.4＜R≤88.9

選擇電阻阻值要選擇市場(chǎng)上能夠買到的型號(hào)和功率段為宜，選擇阻值75歐。根據(jù)實(shí)際的情況可以在計(jì)算的數(shù)值功率上適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大。

其他方面資料

制動(dòng)過程：

1、當(dāng)電機(jī)在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)時(shí)(包括被拖動(dòng))，電機(jī)即以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，能量反饋回直流回路，使母線電壓升高；

2、當(dāng)直流電壓到達(dá)制動(dòng)單元開的狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)單元的功率管導(dǎo)通，電流流過制動(dòng)電阻；

3、制動(dòng)電阻消耗電能為熱能，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，母線電壓也降低；

4、母線電壓降至制動(dòng)單元要關(guān)斷的值，制動(dòng)單元的功率管截止，制動(dòng)電阻無電流流過；

5、采樣母線電壓值，制動(dòng)單元重復(fù)ON/OFF過程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。 

制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻的選配：

1、首先估算出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 

={(電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量+電機(jī)負(fù)載測(cè)折算到電機(jī)測(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)*(制動(dòng)前速度-制動(dòng)后速度)}/375*減速時(shí)間-負(fù)載轉(zhuǎn)矩 
一般情況下，在進(jìn)行電機(jī)制動(dòng)時(shí)，電機(jī)內(nèi)部存在一定的損耗，約為額定轉(zhuǎn)矩的18%-22%左右，因此計(jì)算出的結(jié)果在小于此范圍的話就無需接制動(dòng)裝置。

2、接著計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值 
=制動(dòng)元件動(dòng)作電壓值的平方/(0.1047*(制動(dòng)轉(zhuǎn)矩-20%電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩)*制動(dòng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速) 
在制動(dòng)單元工作過程中，直流母線的電壓的升降取決于常數(shù)RC，R即為制動(dòng)電阻的阻值，C為變頻器內(nèi)部電解電容的容量。這里制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷褐狄话銥?10V。 

3、然后進(jìn)行制動(dòng)單元的選擇 
在進(jìn)行制動(dòng)單元的選擇時(shí)，制動(dòng)單元的工作最大電流是選擇的唯一依據(jù)，其計(jì)算公式如下： 制動(dòng)電流瞬間值=制動(dòng)單元直流母線電壓值/制動(dòng)電阻值 

4、最后計(jì)算制動(dòng)電阻的標(biāo)稱功率 
由于制動(dòng)電阻為短時(shí)工作制，因此根據(jù)電阻的特性和技術(shù)指標(biāo)，我們知道電阻的標(biāo)稱功率將小于通電時(shí)的消耗功率，一般可用下式求得： 制動(dòng)電阻標(biāo)稱功率 = 制動(dòng)電阻降額系數(shù) X 制動(dòng)期間平均消耗功率 X 制動(dòng)使用率% 

制動(dòng)特點(diǎn)：

能耗制動(dòng)(電阻制動(dòng))的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是運(yùn)行效率降低，特別是在頻繁制動(dòng)時(shí)將要消耗大量的能量，且制動(dòng)電阻的容量將增大。

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