臺(tái)達(dá)變頻器制動(dòng)電阻設(shè)計(jì)
1 引言
目前市場(chǎng)上變頻器的制動(dòng)方法大致有三種：能耗制動(dòng)，直流制動(dòng)，回饋（再生）制動(dòng)。臺(tái)達(dá)變頻器屬于不可控整流電壓源型的變頻器，其制動(dòng)方式屬于能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)。能耗制動(dòng)是臺(tái)達(dá)變頻器讓生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中快速地減速或停車(chē)的主要形式；直流制動(dòng)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(dòng)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(chē)。在使用臺(tái)達(dá)變頻器的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，減速的方法就是通過(guò)逐步降低給定頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在頻率下降過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)將處于再生制動(dòng)狀態(tài)（發(fā)電機(jī)狀態(tài)），使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速地隨頻率的下降而下降。在制動(dòng)過(guò)程中，泵生電壓的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致直流母線(xiàn)上的電壓升高，此時(shí)變頻器會(huì)控制剎車(chē)單元通過(guò)剎車(chē)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(dòng)電阻和制動(dòng)單元才能滿(mǎn)足需要。目前關(guān)于制動(dòng)電阻的計(jì)算方法有很多種，從工程的角度來(lái)講要**的計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值和功率在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不是很實(shí)際，主要是部分參數(shù)無(wú)法**測(cè)量。目前通常用的方法就是估算方法，由于每一個(gè)廠(chǎng)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(chǎng)的使用情況來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算。
2 制動(dòng)電阻的介紹
制動(dòng)電阻是用于將電動(dòng)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?jī)蓚€(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(wú)機(jī)涂層，有效保護(hù)電阻絲不被老化，延長(zhǎng)使用壽命，臺(tái)達(dá)原廠(chǎng)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(zhǎng)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(dòng)電阻的阻值和功率計(jì)算
3.1剎車(chē)使用率ED%
制動(dòng)使用率ED%,也就是臺(tái)達(dá)說(shuō)明書(shū)中的剎車(chē)使用率ED%。剎車(chē)使用率ED%定義為減速時(shí)間T1除以減速的周期T2,制動(dòng)剎車(chē)使用率主要是為了能讓制動(dòng)單元和剎車(chē)電阻有充分的時(shí)間來(lái)散除因制動(dòng)而產(chǎn)生的熱量；當(dāng)剎車(chē)電阻發(fā)熱時(shí)，電阻值將會(huì)隨溫度的上升而變高，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩亦隨之減少。剎車(chē)使用率ED%=制動(dòng)時(shí)間/剎車(chē)周期=T1/T2*100%。
現(xiàn)在用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明制動(dòng)使用率的概念：10％的制動(dòng)頻率可以這樣理解，如果制動(dòng)電阻在10秒鐘能夠消耗掉100％的功率，那么制動(dòng)電阻至少需要90秒才能把產(chǎn)生的熱量散掉。
3.2 制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷簻?zhǔn)位
當(dāng)直流母線(xiàn)電壓大于等于制動(dòng)電壓準(zhǔn)位（甄別閾值）時(shí)，剎車(chē)單元?jiǎng)幼鬟M(jìn)行能量消耗。臺(tái)達(dá)制動(dòng)電壓準(zhǔn)位如表1所示。
3.3 制動(dòng)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(dòng)機(jī)額定電流的一半時(shí)，就可以得到與電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩相同的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩了，因此制動(dòng)電阻的粗略計(jì)算是：
其中：
UD制動(dòng)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(guò)制動(dòng)電阻的電流為額定電流時(shí)的電阻數(shù)值為制動(dòng)電阻的*小數(shù)值。選擇制動(dòng)電阻的阻值時(shí)，不能小于該阻值。
根據(jù)以上所敘，制動(dòng)電阻的阻值 的選擇范圍為：
制動(dòng)電阻的耗用功率 當(dāng)制動(dòng)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(huà)，該電阻可以長(zhǎng)時(shí)間的接入在電路里工作。
現(xiàn)場(chǎng)中使用的電阻功率主要取決于剎車(chē)使用率ED%。因?yàn)橄到y(tǒng)的進(jìn)行制動(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)到穩(wěn)定溫升。因此，決定制動(dòng)電阻容量的原則是，在制動(dòng)電阻的溫升不超過(guò)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(lái)我們需要的制動(dòng)電阻的阻值和功率。以臺(tái)達(dá)VFD075F43A變頻器驅(qū)動(dòng)7.5KW的電機(jī)作為例來(lái)說(shuō)明，7.5KW電機(jī)額定電流是18A,輸入電壓AC460，則有：
因此制動(dòng)電阻的阻值取值范圍：
選擇電阻阻值要選擇市場(chǎng)上能夠買(mǎi)到的型號(hào)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。