_{制動(dòng)電阻}

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。

中文名

制動(dòng)電阻

外文名

braking resistor

別    稱

大功率電阻,剎車電阻

用    途

變頻器控制電機(jī)快速停車機(jī)械系統(tǒng)

分    類

波紋電阻的一種

學(xué)    科

電機(jī)工程

構(gòu)件

陶瓷管

是合金電阻絲的骨架，同時(shí)具有散熱器的功效；

合金電阻

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；

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。

原理

一、制動(dòng)單元原理：制動(dòng)單元由大功率晶體管GTR及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。其功能是為放電電流環(huán)節(jié)電容器在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)儲(chǔ)存不了或者內(nèi)接的制動(dòng)電阻來不及消耗掉而使直流部分“過壓”時(shí)，需要加外接制動(dòng)組件，以加快消耗再生電能的速度。

二、制動(dòng)電阻原理：電動(dòng)機(jī)在工作頻率下降過程中，將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)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(dá)到危險(xiǎn)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(nèi)。制動(dòng)電阻就是用來消耗這部分能量的。

三、制動(dòng)單元+電阻：制動(dòng)單元由大功率晶體管GTR及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。其功能是為放電電流IB流經(jīng)制動(dòng)電阻提供通路。

以下是制動(dòng)單元的動(dòng)作過程：

a、當(dāng)電動(dòng)機(jī)在外力的作用下減速時(shí)，電機(jī)以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，產(chǎn)生再生能量。其產(chǎn)生的三相交流電動(dòng)勢(shì)被變頻器逆變部分的六個(gè)續(xù)流二極管組成的三相全控橋整流，使變頻器內(nèi)直流母線電壓持續(xù)升高。

b、當(dāng)直流電壓達(dá)到某一電壓（制動(dòng)單元的開啟電壓）時(shí)，制動(dòng)單元功率開關(guān)管開通，電流流過制動(dòng)電阻。

c、制動(dòng)電阻釋放熱量，吸收再生能量，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，變頻器直流母線電壓降低。

d、當(dāng)直流母線電壓降到某一電壓（制動(dòng)單元停止電壓）時(shí)，制動(dòng)單元的功率管關(guān)斷。此時(shí)沒有制動(dòng)電流流過電阻，制動(dòng)電阻在自然散熱，降低自身溫度。

e、當(dāng)直流母線的電壓重新升高使制動(dòng)單元?jiǎng)幼鲿r(shí)，制動(dòng)單元將重復(fù)以上過程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

由于制動(dòng)單元的工況屬于短時(shí)工作，即每次的通電時(shí)間很短，在通電時(shí)間內(nèi)，其溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到穩(wěn)定溫升；而每次通電后的間歇時(shí)間則較長(zhǎng)，在間歇時(shí)間內(nèi)，其溫度足以降到與環(huán)境溫度相同，因此制動(dòng)電阻的額定功率將大大降低，價(jià)格也隨之下降；另外由于IGBT只有一個(gè)，制動(dòng)時(shí)間為ms級(jí)，對(duì)功率管開通與關(guān)斷的暫態(tài)性能指標(biāo)要求低，甚至要求關(guān)斷時(shí)間盡量短，以減少關(guān)斷脈沖電壓，保護(hù)功率管；控制機(jī)理也相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)較為容易。 由于有以上優(yōu)點(diǎn)，因此它廣泛應(yīng)用于起重機(jī)等勢(shì)能負(fù)載及需快速制動(dòng)但為短時(shí)工作制的場(chǎng)合。 

功用

保護(hù)變頻器

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。

***電源電網(wǎng)絡(luò)

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***電源網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行的作用。 

阻值選擇

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)***流過制動(dòng)電阻的電流IC小于制動(dòng)單元的允許電流輸出能力，即：R > 800/Ic。其中：800 —— 變頻器直流側(cè)所可能出現(xiàn)的直流電壓。Ic —— 制動(dòng)單元的允許電流。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。 

功率

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。

大小計(jì)算

首先估算出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩

制動(dòng)扭矩 =（(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；

接著計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值

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。

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)單元的工作電流是選擇的依據(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 ***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)

 制動(dòng)期間平均消耗功率

 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。