三种计算制动电阻参数的方法对比

引言

制动电阻，是波纹电阻的一种，主要用于变频器控制电机快速停车的机械系统中，帮助电机将其因快速停车所产生的再生电能转化为热能。

变频器的制动电阻是用于将电动机产生的再生能量以热能方式消耗的载体，电机减速时，如果变频器的输出频率对应的转速小于电机的实际转速，那么电动机将工作在发电状态，向变频器直流部分的电容充电，当电压高于阀值电压，制动回路将被接通，电流通过制动电阻放电产生热量，达到消耗再生能量的目的。

选择使用制动电阻需要考虑电阻阻值和电阻功率容量两个参数，变频器厂家推荐的制动电阻的参数仅满足一般情况，不能满足特殊工况条件下的应用要求。另外变频器厂家为了减少制动电阻的档次，经常对若干不同容量的电动机提供相同的制动电阻，使制动电阻的选择不够准确，且相对保守。

制动电阻的选择除受到变频器专用型能耗制动单元最大允许电流的限制外，与制动单元也并无明确的对应关系，其阻值主要根据所需制动转矩的大小选择， 功率根据电阻的阻值和使用率确定。 制动电阻阻值的选定有一个不可违背的原则：应保证流过制动电阻的电流IC小于制动单元的允许最大电流输出能力，即：R > 800/Ic ,其中：800 -- 变频器直流侧所可能出现的最大直流电压。Ic -- 制动单元的最大允许电流。为充分利用所选用的变频器专用型制动单元的容量，通常制动电阻阻值的选取以接近上式计算的最小值为最经济、同时还可获得最大的制动转矩，然而这需要较大的制动电阻功率。在某些情况下，并不需要很大的制动转矩，此时比较经济的办法是选择较大的制动电阻阻值、也因此可以减小制动电阻的功率，从而减少购买制动电阻所需的费用，这样的代价是制动单元的容量没有得到充分利用。

本文介绍了三种计算制动电阻两个参数的方法，并对此进行分析比较。

1 通过转动惯量确定制动电阻

1）计算制动力矩。制动力矩为

2 通过修正系数确定制动电阻

在电机转速下降率基本恒定的情况下，使得制动转矩和电机的额定转矩相等就足以满足大多数场合的制动要求。考虑到转动惯量较大且制动较快的负载，所需制动转矩也不会超过2TM,因此制动转矩的取值范围为

制动电阻消耗的功率由公式（6）得出。

对于不同的负载、不同的工艺要求，制动电阻接入制动电路的时间也不一样，很多情况下，制动电阻还未达到额定温升就被切除，因此，没有必要按照制动电阻的实际额定功率来选择。根据不同的情况适当进行修正。

2.1 不经常减速的负载

许多负载不经常减速，两次减速的时间间隔比较长，制动电阻在减速期间产生的热量有足够的时间散去，每次消耗在制动电阻的电功率很难达到其额定功率，所以此类负载修正系数姿比较低，可根据表1 进行选择。

2.2 经常加减速的负载

对于经常需要加减速的负载，制动电阻在减速期间产生的热量在下一个减速周期来临前不能够散尽，有一定的剩余，所以会对下一个减速周期产生的热量进行累加。

制动电阻产生的热量与减速时间成正比，制动电阻的散热量与减速周期成反比，所以引入减速时间占空比。

2.3 转速持续下降的负载

当电机转速下降，直流电压超过电压阀值UC,制动回路被接通，制动电阻处在工作状态进行放电，放电结果使得直流电压低于电压阀值UC,制动回路被截止，制动电阻停止工作；电机转速持续下降，制动电阻再次被接通，处在工作状态。

在此过程中，制动电阻的发热量和散热量处于相对平衡，制动电阻修正系数姿=0.5~0.8.

3 通过降额系数来确定制动电阻

1）制动电阻RB的初选值由式（10）确定。

2）制动电阻RB的功率初选值由式（6）确定。

3）在工况条件下，制动电阻的功率主要取决于制动时间占空比琢。系统的制动时间比较短，在短时间内，制动电阻的温升不足以达到额定温升。

因此，决定制动电阻电功率大小的原则是系统制动时，在制动电阻的温升不超过额定温升的条件下，应尽量减小制动电阻的功率容量。

式中的R 为实际选用制动电阻阻值，则制动电阻的功率

式中的R 为实际选用制动电阻阻值，则制动电阻的功率

4 三种方法的分析与比较

1）通过转动惯量确定的制动电阻相对比较精准，此方法适用于已经拥有转动惯量详细数据的设备。第二种方法和第三种方法的制动转矩TB 被放大到电动机额定转矩TM 的2 倍，影响制动回路消耗再生能量的效率。

2）第一种方法确定的最大制动电流是以功率管允许通过的最大电流为基准，由此确定的制动电阻阻值如果选取偏小，有可能在电动机减速过程中出现过电流，从而引起变频器故障跳闸。

3）通过修正系数确定的制动电阻适合不同的负载，有针对性，如对于经常加减速的负载，设减速时间tS为2 s,减速周期tB为10 s,那么减速时间占空比琢为0.2,按照修正系数的选取规则，姿应为0.2.制动电阻在经过了2 s的减速产生的热量在随后的8 s内并不会有多少热量散失，大量的热量被慢慢地积累下来。

4）如果制动电阻阻值选取的小了，则需要更大的功率容量；如果制动电阻阻值选取的大了，则需要较小的功率容量。与实际选取电阻阻值之间的误差在功率容量选取时得到了弥补。

5）在满足减速工艺要求的条件下，选取制动电阻的基本原则是阻值和功率容量宜大不宜小，由此可知第二种方法和第三种方法选取的制动电阻更可靠。