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如何选择合适的制动电阻？

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：制动电阻的选择，包括阻值及容量的计算，可按下述方法及步骤进行：1）制动力矩的计算。在进行再生制动时，即使不加耗电的制动电阻，电动机内部也会有20%的铜损被转换为制动转矩。考虑到这个因素，可以先按式初步计算制动电阻的预选值。有制动晶体管和制动电阻组成的放电回路中，其最大电流受制动晶体管本身的允许电流IC的限制。电动机减速模式不同时，制动电阻额定功率的选择是不同的。

在采用了变频器的交流调速系统中，电动机的减速是通过降低变频器输出频率而实现的。当需要电动机比自由减速更快地进行减速时，可以加快变频器输出频率的降低速率，使其输出频率对应的速度低于电动机的实际转速，对电动机进行再生制动。在此情况下，异步电动机处于发电机运行状态，负载的机械能将被转换为电能并且被馈还给变频器。如果这部分回馈能量较大，则有可能是变频器的过电压保护动作并切断变频器输出，从而使变频器处于自由减速状态，无法达到快速停车的目的。为了避免上述现象出现，使上述能量在直流中间回路的其他部分消耗掉，可利用制动电阻来耗散这部分能量，使电动机的制动能力提高。

制动电阻的选择，包括阻值及容量的计算，可按下述方法及步骤进行：

1）制动力矩的计算。制动力矩T_B（N·m）可按下式计算：

式中 GD²_M——电动机的飞轮转矩，单位为N·m²；

GD²_L——负载折算到电动机轴上的飞轮转矩，单位为N·m²；

T_L——负载转矩，单位为N·m；

n₁——减速开始时的速度，单位为r/min；

n₂——减速结束时的速度，单位为r/min；

t_s——减速时间，单位为s。

2）制动电阻阻值的计算。在进行再生制动时，即使不加耗电的制动电阻，电动机内部也会有20%的铜损被转换为制动转矩。考虑到这个因素，可以先按式（3-19）初步计算制动电阻的预选值。

式中 U_C——直流回路电压，单位为V，U_C=380V（200V级），U_C=760V（400V级）；

T_B——制动转矩，单位为N·m；

T_M——电动机额定转矩，单位为N·m；

n₁——减速开始时的速度，单位为r/min。

如果系统所需制动转矩T_B<0.2T_M，即制动转矩在额定转矩的20%以下时，则不需要加制动电阻，此时仅电动机内部的有功损耗的作用，就可以使直流回路的过电压限制在过电压保护的动作水平以下。

有制动晶体管和制动电阻组成的放电回路中，其最大电流受制动晶体管本身的允许电流I_C的限制。即制动电阻所能选择的最小值R_min为

R_min=U_C/I_C（3-20）

因此，制动电阻R_B应有条件R_min<R_B<R_BO决定。

3）制动电阻平均损耗P_ro（kW）的计算。制动中电动机自身损耗的功率相当于20%额定值的制动转矩，因此可按式（3-21）求得电动机制动时制动电阻上的平均功率。

4）制动电阻的额定功率P_o（kW）的计算。电动机减速模式不同时，制动电阻额定功率的选择是不同的。图3-3给出了减速模式，图3-4给出了通常作为制动电阻使用的一种电阻的功率增加特性示意图。

设m为功率增加系数，m与减速时间的关系如图3-4a图所示。通常采用连续工作时的电阻器，当间歇制动时，电阻器的允许功率将增加。设D为制动电阻使用率，D=t_s/T，m与D的关系如图3-4b图所示。

在选择制动电阻时应根据电动机的减速模式，首先根据图3-4求出功率增加率m，并利用前面求得的制动电阻的平均消耗功率P_ro决定制动电阻的额定功率P_o。

P_o>P_ro/m（3-22）

根据上面计算得到的R_BO和P_o，可选用相应变频器的选配件或在市场上选择符合要求的标准电阻器。

由于制动电阻的标称功率比实际消耗的功率小得多，并且制动电阻的通电时间难以估算，因此在实际运行过程中的实际通电时间超过预想的通电时间时，将导致过热而损坏。所以，制动电阻应设有过热保护，可以采用热继电器，也可以自行设计保护电路。

图3-3 减速模式

a）非重复减速 b）重复减速

图3-4 制动电阻的功率增加特性示意图

a）非重复减速 b）重复减速