三種計(jì)算制動(dòng)電阻參數(shù)的方法對(duì)比

引言

制動(dòng)電阻，是波紋電阻的一種，主要用于變頻器控制電機(jī)快速停車的機(jī)械系統(tǒng)中，幫助電機(jī)將其因快速停車所產(chǎn)生的再生電能轉(zhuǎn)化為熱能。

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兩個(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。

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 > 800/Ic ,其中：800 -- 變頻器直流側(cè)所可能出現(xiàn)的最大直流電壓。Ic -- 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。

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)場合的制動(dòng)要求?？紤]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。

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，沒有必要按照制動(dòng)電阻的實(shí)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(shí)間間隔比較長，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，制動(dòng)電阻再次被接通，處在工作狀態(tài)。

在此過程中，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 通過降額系數(shù)來確定制動(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)電阻的溫升不超過額定溫升的條件下，應(yīng)盡量減小制動(dòng)電阻的功率容量。

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

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）通過轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定的制動(dòng)電阻相對(duì)比較精準(zhǔn)，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，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(dòng)電阻適合不同的負(fù)載，有針對(duì)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。

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。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。