臺達(dá)變頻器制動電阻設(shè)計(jì)
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(dá)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(dá)變頻器讓生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備時(shí)刻輸出一直流電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩迫使電機(jī)停止，以得到平穩(wěn)的啟動特性，或者當(dāng)變頻器停止時(shí)刻輸出一直流電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩迫使電機(jī)停止，以確保電機(jī)已準(zhǔn)確停車。在使用臺達(dá)變頻器的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，減速的方法就是通過逐步降低給定頻率來實(shí)現(xiàn)的。在頻率下降過程中，電動機(jī)將處于再生制動狀態(tài)（發(fā)電機(jī)狀態(tài)），使得電動機(jī)的轉(zhuǎn)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(chǎn)生會導(dǎo)致直流母線上的電壓升高，此時(shí)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(tǒng)平穩(wěn)降速，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)臏p速時(shí)間，同時(shí)選擇合適的制動電阻和制動單元才能滿足需要。目前關(guān)于制動電阻的計(jì)算方法有很多種，從工程的角度來講要**的計(jì)算制動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**測量。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。本文所介紹的計(jì)算方法僅僅是供參考，具體的情況要根據(jù)每一個(gè)現(xiàn)場的使用情況來進(jìn)行分析計(jì)算。
2 制動電阻的介紹
制動電阻是用于將電動機(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兩個(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，延長使用壽命，臺達(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。
3 制動電阻的阻值和功率計(jì)算
3.1剎車使用率ED%
制動使用率ED%,也就是臺達(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(shí)間來散除因制動而產(chǎn)生的熱量；當(dāng)剎車電阻發(fā)熱時(shí)，電阻值將會隨溫度的上升而變高，制動轉(zhuǎn)矩亦隨之減少。剎車使用率ED%=制動時(shí)間/剎車周期=T1/T2*100%。
現(xiàn)在用一個(gè)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(chǎn)生的熱量散掉。
3.2 制動單元?jiǎng)幼麟妷簻?zhǔn)位
當(dāng)直流母線電壓大于等于制動電壓準(zhǔn)位（甄別閾值）時(shí)，剎車單元?jiǎng)幼鬟M(jìn)行能量消耗。臺達(dá)制動電壓準(zhǔn)位如表1所示。
3.3 制動電阻設(shè)計(jì)
（1）工程設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，當(dāng)放電電流等于電動機(jī)額定電流的一半時(shí)，就可以得到與電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩相同的制動轉(zhuǎn)矩了，因此制動電阻的粗略計(jì)算是：
其中：
UD制動電壓準(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)流過制動電阻的電流為額定電流時(shí)的電阻數(shù)值為制動電阻的*小數(shù)值。選擇制動電阻的阻值時(shí)，不能小于該阻值。
根據(jù)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(dāng)制動電阻 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，該電阻可以長時(shí)間的接入在電路里工作。
現(xiàn)場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)行制動時(shí)間比較短，在短時(shí)間內(nèi)，制動電阻的溫升不足以達(dá)到穩(wěn)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(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：
（2）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電阻的阻值和功率。以臺達(dá)VFD075F43A變頻器驅(qū)動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：
因此制動電阻的阻值取值范圍：
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(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。