制動電阻的選擇和計算
發布時間：2019-08-01 10:51:10來源：
制動電阻的選擇和計算
1 引言
目前市場上變頻器的制動方法大致有三種：能耗制動，直流制動，回饋（再生）制動。臺達變頻器屬于不可控整流電壓源型的變頻器，其制動方式屬于能耗制動和直流制動。能耗制動是臺達變頻器讓生產機械在運動過程中快速地減速或停車的主要形式；直流制動則在電機運轉準備時刻輸出一直流電流產生轉矩迫使電機停止，以得到平穩的啟動特性，或者當變頻器停止時刻輸出一直流電流產生轉矩迫使電機停止，以確保電機已準確停車。在使用臺達變頻器的變頻調速系統中，減速的方法就是通過逐步降低給定頻率來實現的。在頻率下降過程中，電動機將處于再生制動狀態（發電機狀態），使得電動機的轉速迅速地隨頻率的下降而下降。在制動過程中，泵生電壓的產生會導致直流母線上的電壓升高，此時變頻器會控制剎車單元通過剎車電阻把升高的電壓以熱能的方式消耗掉。為了使得系統平穩降速，需要設置適當的減速時間，同時選擇合適的制動電阻和制動單元才能滿足需要。目前關于制動電阻的計算方法有很多種，從工程的角度來講要精確的計算制動電阻的阻值和功率在實際應用過程中不是很實際，主要是部分參數無法精確測量。目前通常用的方法就是估算方法，由于每一個廠家的計算方法各有不同，因此計算的結果不大一致。本文所介紹的計算方法僅僅是供參考，具體的情況要根據每一個現場的使用情況來進行分析計算。 (歡迎來電咨詢 鄭州變頻器 網址：www.79194.cn 手機：15515598858 )
2 制動電阻的介紹
制動電阻是用于將電動機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兩個重要的參數。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，并選用高阻燃無機涂層，有效保護電阻絲不被老化，延長使用壽命，臺達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構，具有極強的耐振性，耐氣候性和長期穩定性；體積小、功率大，安裝方便穩固，外形美觀，廣泛應用于高度惡劣工業環境使用。
3 制動電阻的阻值和功率計算
3.1剎車使用率ED%
制動使用率ED%,也就是臺達說明書中的剎車使用率ED%。剎車使用率ED%定義為減速時間T1除以減速的周期T2,制動剎車使用率主要是為了能讓制動單元和剎車電阻有充分的時間來散除因制動而產生的熱量；當剎車電阻發熱時，電阻值將會隨溫度的上升而變高，制動轉矩亦隨之減少。剎車使用率ED%=制動時間/剎車周期=T1/T2*100%。（圖1）
圖1剎車使用率ED%定義
現在用一個例子來說明制動使用率的概念：10％的制動頻率可以這樣理解，如果制動電阻在10秒鐘能夠消耗掉100％的功率，那么制動電阻至少需要90秒才能把產生的熱量散掉。
3.2 制動單元動作電壓準位 (歡迎來電咨詢 鄭州變頻器 網址：www.79194.cn 手機：15515598858 )
當直流母線電壓大于等于制動電壓準位（甄別閾值）時，剎車單元動作進行能量消耗。臺達制動電壓準位如表1所示。
3.3 制動電阻設計
（1）工程設計。實踐證明，當放電電流等于電動機額定電流的一半時，就可以得到與電動機的額定轉矩相同的制動轉矩了，因此制動電阻的粗略計算是：
其中：
UD制動電壓準位
IMN電機的額定電流。
為了保證變頻器不受損壞，強制限定當流過制動電阻的電流為額定電流時的電阻數值為制動電阻的比較小數值。選擇制動電阻的阻值時，不能小于該阻值。
根據以上所敘，制動電阻的阻值 的選擇范圍為：
制動電阻的耗用功率
當制動電阻R在直流電壓為UD 的電路工作時，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值選擇的話，該電阻可以長時間的接入在電路里工作。
現場中使用的電阻功率主要取決于剎車使用率ED%。因為系統的進行制動時間比較短，在短時間內，制動電阻的溫升不足以達到穩定溫升。因此，決定制動電阻容量的原則是，在制動電阻的溫升不超過其允許數值（即額定溫升）的前提下，應盡量減小容量，粗略算法如下：
λ 為制動電阻的降額系數
R為實際的選用電阻阻值
PB為制動電阻的功率
（2）設計舉例。根據以上的公式我們可以大致的推算出來我們需要的制動電阻的阻值和功率。以臺達VFD075F43A變頻器驅動7.5KW的電機作為例來說明，7.5KW電機額定電流是18A,輸入電壓AC460，則有：
因此制動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上能夠買到的型號和功率段為宜，選擇阻值75歐。
根據實際的情況可以在計算的數值功率上適當的擴大。
4 結束語 (歡迎來電咨詢 鄭州變頻器 網址：www.79194.cn 手機：15515598858 )
制動電阻的阻值和功率的計算都是從工程的角度來考慮的，因此在實際的應用時需要結合現場的具體情況進行適當的該動，比較終形成一個經濟適用的選擇方案。
目前市場上變頻器的制動方法大致有三種：能耗制動，直流制動，回饋（再生）制動。臺達變頻器屬于不可控整流電壓源型的變頻器，其制動方式屬于能耗制動和直流制動。能耗制動是臺達變頻器讓生產機械在運動過程中快速地減速或停車的主要形式；直流制動則在電機運轉準備時刻輸出一直流電流產生轉矩迫使電機停止，以得到平穩的啟動特性，或者當變頻器停止時刻輸出一直流電流產生轉矩迫使電機停止，以確保電機已準確停車。在使用臺達變頻器的變頻調速系統中，減速的方法就是通過逐步降低給定頻率來實現的。在頻率下降過程中，電動機將處于再生制動狀態（發電機狀態），使得電動機的轉速迅速地隨頻率的下降而下降。在制動過程中，泵生電壓的產生會導致直流母線上的電壓升高，此時變頻器會控制剎車單元通過剎車電阻把升高的電壓以熱能的方式消耗掉。為了使得系統平穩降速，需要設置適當的減速時間，同時選擇合適的制動電阻和制動單元才能滿足需要。目前關于制動電阻的計算方法有很多種，從工程的角度來講要精確的計算制動電阻的阻值和功率在實際應用過程中不是很實際，主要是部分參數無法精確測量。目前通常用的方法就是估算方法，由于每一個廠家的計算方法各有不同，因此計算的結果不大一致。本文所介紹的計算方法僅僅是供參考，具體的情況要根據每一個現場的使用情況來進行分析計算。 (歡迎來電咨詢 鄭州變頻器 網址：www.79194.cn 手機：15515598858 )
2 制動電阻的介紹
制動電阻是用于將電動機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兩個重要的參數。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，并選用高阻燃無機涂層，有效保護電阻絲不被老化，延長使用壽命，臺達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構，具有極強的耐振性，耐氣候性和長期穩定性；體積小、功率大，安裝方便穩固，外形美觀，廣泛應用于高度惡劣工業環境使用。
3 制動電阻的阻值和功率計算
3.1剎車使用率ED%
制動使用率ED%,也就是臺達說明書中的剎車使用率ED%。剎車使用率ED%定義為減速時間T1除以減速的周期T2,制動剎車使用率主要是為了能讓制動單元和剎車電阻有充分的時間來散除因制動而產生的熱量；當剎車電阻發熱時，電阻值將會隨溫度的上升而變高，制動轉矩亦隨之減少。剎車使用率ED%=制動時間/剎車周期=T1/T2*100%。（圖1）
圖1剎車使用率ED%定義
現在用一個例子來說明制動使用率的概念：10％的制動頻率可以這樣理解，如果制動電阻在10秒鐘能夠消耗掉100％的功率，那么制動電阻至少需要90秒才能把產生的熱量散掉。
3.2 制動單元動作電壓準位 (歡迎來電咨詢 鄭州變頻器 網址：www.79194.cn 手機：15515598858 )
當直流母線電壓大于等于制動電壓準位（甄別閾值）時，剎車單元動作進行能量消耗。臺達制動電壓準位如表1所示。
3.3 制動電阻設計
（1）工程設計。實踐證明，當放電電流等于電動機額定電流的一半時，就可以得到與電動機的額定轉矩相同的制動轉矩了，因此制動電阻的粗略計算是：
其中：
UD制動電壓準位
IMN電機的額定電流。
為了保證變頻器不受損壞，強制限定當流過制動電阻的電流為額定電流時的電阻數值為制動電阻的比較小數值。選擇制動電阻的阻值時，不能小于該阻值。
根據以上所敘，制動電阻的阻值 的選擇范圍為：
制動電阻的耗用功率
當制動電阻R在直流電壓為UD 的電路工作時，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值選擇的話，該電阻可以長時間的接入在電路里工作。
現場中使用的電阻功率主要取決于剎車使用率ED%。因為系統的進行制動時間比較短，在短時間內，制動電阻的溫升不足以達到穩定溫升。因此，決定制動電阻容量的原則是，在制動電阻的溫升不超過其允許數值（即額定溫升）的前提下，應盡量減小容量，粗略算法如下：
λ 為制動電阻的降額系數
R為實際的選用電阻阻值
PB為制動電阻的功率
（2）設計舉例。根據以上的公式我們可以大致的推算出來我們需要的制動電阻的阻值和功率。以臺達VFD075F43A變頻器驅動7.5KW的電機作為例來說明，7.5KW電機額定電流是18A,輸入電壓AC460，則有：
因此制動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上能夠買到的型號和功率段為宜，選擇阻值75歐。
根據實際的情況可以在計算的數值功率上適當的擴大。
4 結束語 (歡迎來電咨詢 鄭州變頻器 網址：www.79194.cn 手機：15515598858 )
制動電阻的阻值和功率的計算都是從工程的角度來考慮的，因此在實際的應用時需要結合現場的具體情況進行適當的該動，比較終形成一個經濟適用的選擇方案。