制动電(diàn)阻,是我们针对電(diàn)阻使用(yòng)功能(néng)的冠名,从制造工艺来说,主要是
铝壳電(diàn)阻和陶瓷绕線(xiàn)電(diàn)阻(有(yǒu)时候因為(wèi)是波浪绕線(xiàn),也称為(wèi)
波纹電(diàn)阻)主要用(yòng)于变频器控制電(diàn)机快速停車(chē)的机械系统中,帮助電(diàn)机将其因快速停車(chē)所产生的再生電(diàn)能(néng)转化為(wèi)热能(néng)。
1构件
a陶瓷管
是合金電(diàn)阻丝的骨架,同时具有(yǒu)散热器的功效;
b合金電(diàn)阻
扁带波浪形状,缠绕在陶瓷管表面上,负责将電(diàn)机的再生電(diàn)能(néng)转化為(wèi)热能(néng);
c涂层
涂在合金電(diàn)阻丝的表面上,具有(yǒu)耐高温的特性,功用(yòng)是阻燃;
2功用(yòng)
保护变频器
電(diàn)机在快速停車(chē)过程中,由于惯性作用(yòng),会产生大量的再生電(diàn)能(néng),如果不及时消耗掉这部分(fēn)再生電(diàn)能(néng),就会直接作用(yòng)于
变频器专用(yòng)型制动電(diàn)阻
变频器的直流電(diàn)路部分(fēn),轻者,变频器会报故障,重者,则会损害变频器;制动電(diàn)阻的出现,很(hěn)好的解决了这个问题,保护变频器不受電(diàn)机再生電(diàn)能(néng)的危害;
保证電(diàn)源電(diàn)网络
制动電(diàn)阻将電(diàn)机快速制动过程中的再生電(diàn)能(néng)直接转化為(wèi)热能(néng),这样再生電(diàn)能(néng)就不会反馈到電(diàn)源電(diàn)网络中,不会造成電(diàn)网電(diàn)压波动,从而起到了保证電(diàn)源网络的平稳运行的作用(yòng)。
3原理(lǐ)
一、制动单元原理(lǐ): 制动单元由大功率晶體(tǐ)管GTR及其驱动電(diàn)路构成。其功能(néng)是為(wèi)放電(diàn)電(diàn)流环节電(diàn)容器在规定的電(diàn)压范围内储存不了或者内接的制动電(diàn)阻来不及消耗掉而使直流部分(fēn)“过压”时,需要加外接制动组件,以加快消耗再生電(diàn)能(néng)的速度。
二、制动電(diàn)阻原理(lǐ):電(diàn)动机在工作频率下降过程中,将处于再生制动状态,拖动系统的动能(néng)要反馈到直流電(diàn)路中,使直流電(diàn)压UD不断上升,甚至可(kě)能(néng)达到危险的地步。因此,必须将再生到直流電(diàn)路的能(néng)量消耗掉,使UD保持在允许范围内。制动電(diàn)阻就是用(yòng)来消耗这部分(fēn)能(néng)量的。
三、制动单元+電(diàn)阻:制动单元制动单元由大功率晶體(tǐ)管GTR及其驱动電(diàn)路构成。其功能(néng)是為(wèi)放電(diàn)電(diàn)流IB流经制动電(diàn)阻提供通路。
以下是制动单元的动作过程:
a、当電(diàn)动机在外力的作用(yòng)下减速时,電(diàn)机以发電(diàn)状态运行,产生再生能(néng)量。其产生的三相交流電(diàn)动势被变频器逆变部分(fēn)的六个续流二极管组成的三相全控桥整流,使变频器内直流母線(xiàn)電(diàn)压持续升高。
b、当直流電(diàn)压达到某一電(diàn)压(制动单元的开启電(diàn)压)时,制动单元功率开关管开通,電(diàn)流流过制动電(diàn)阻。
c、制动電(diàn)阻释放热量,吸收再生能(néng)量,電(diàn)机转速下降,变频器直流母線(xiàn)電(diàn)压降低。
d、当直流母線(xiàn)電(diàn)压降到某一電(diàn)压(制动单元停止電(diàn)压)时,制动单元的功率管关断。此时没有(yǒu)制动電(diàn)流流过電(diàn)阻,制动電(diàn)阻在自然散热,降低自身温度。
e、当直流母線(xiàn)的電(diàn)压重新(xīn)升高使制动单元动作时,制动单元将重复以上过程,平衡母線(xiàn)電(diàn)压,使系统正常运行。
由于制动单元的工况属于短时工作,即每次的通電(diàn)时间很(hěn)短,在通電(diàn)时间内,其温升遠(yuǎn)遠(yuǎn)达不到稳定温升;而每次通電(diàn)后的间歇时间则较長(cháng),在间歇时间内,其温度足以降到与环境温度相同,因此制动電(diàn)阻的额定功率将大大降低,价格也随之下降;另外由于IGBT只有(yǒu)一个,制动时间為(wèi)ms级,对功率管开通与关断的暂态性能(néng)指标要求低,甚至要求关断时间尽量短,以减少关断脉冲電(diàn)压,保护功率管;控制机理(lǐ)也相对简单,实现较為(wèi)容易。 由于有(yǒu)以上优点,因此它广泛应用(yòng)于起重机等势能(néng)负载及需快速制动但為(wèi)短时工作制的场合。
4阻值选择
制动電(diàn)阻的选择除受到变频器专用(yòng)型能(néng)耗制动单元最大允许電(diàn)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(xiǎo)选择,功率根据電(diàn)阻的阻值和使用(yòng)率确定。 制动電(diàn)阻阻值的选定有(yǒu)一个不可(kě)违背的原则:应保证流过制动電(diàn)阻的電(diàn)流IC小(xiǎo)于制动单元的允许最大電(diàn)流输出能(néng)力,即:R > 800/Ic其中:800 —— 变频器直流侧所可(kě)能(néng)出现的最大直流電(diàn)压。Ic —— 制动单元的最大允许電(diàn)流。為(wèi)充分(fēn)利用(yòng)所选用(yòng)的变频器专用(yòng)型制动单元的容量,通常制动電(diàn)阻阻值的选取以接近上式计算的最小(xiǎo)值為(wèi)最经济、同时还可(kě)获得最大的制动转矩,然而这需要较大的制动電(diàn)阻功率。在某些情况下,并不需要很(hěn)大的制动转矩,此时比较经济的办法是选择较大的制动電(diàn)阻阻值、也因此可(kě)以减小(xiǎo)制动電(diàn)阻的功率,从而减少購(gòu)买制动電(diàn)阻所需的费用(yòng),这样的代价是制动单元的容量没有(yǒu)得到充分(fēn)利用(yòng)。
5功率计算
在选定了制动電(diàn)阻的阻值以后,应该确定制动電(diàn)阻的功率值,制动電(diàn)阻功率的选取相对比较繁琐,它与很(hěn)多(duō)因素有(yǒu)关。制动電(diàn)阻消耗的瞬时功率按下式计算:P 瞬= 7002 /R按上式计算得到的制动電(diàn)阻功率值是制动電(diàn)阻可(kě)以長(cháng)期不间断的工作可(kě)以耗散的功率数值,然而制动電(diàn)阻并非是不间断的工作,这种选取存在很(hěn)大的浪费,在本产品中,可(kě)以选择制动電(diàn)阻的使用(yòng)率,它规定了制动電(diàn)阻的短时工作比率。制动電(diàn)阻实际消耗的功率按下式计算:P 额=7002 /R×rB% rB%:制动電(diàn)阻使用(yòng)率。实际使用(yòng)中,可(kě)以按照上式选择制动電(diàn)阻功率,也可(kě)以根据所选取的制动電(diàn)阻阻值和功率,反过来计算制动電(diàn)阻所能(néng)够承受的使用(yòng)率,从而正确设置,避免制动電(diàn)阻过热而损坏。
6大小(xiǎo)计算
首先估算出制动转矩
制动扭矩 =((電(diàn)机转动惯量+電(diàn)机负载测折算到電(diàn)机测的转动惯量)(制动前速度-制动后速度))/375*减速时间-负载转矩 一般情况下,在进行電(diàn)机制动时,電(diàn)机内部存在一定的损耗, 约為(wèi)额定转矩的18%-22%左右,因此计算出的结果在小(xiǎo)于此范围的话就无需接制动装置;
接着计算制动電(diàn)阻的阻值制动電(diàn)阻的阻值
制动電(diàn)阻的阻值=制动元件动作電(diàn)压值的平方/(0.1047*(制动转矩-20%電(diàn)机额定转矩)制动前電(diàn)机转速) 在制动单元工作过程中,直流母線(xiàn)的電(diàn)压的升降取决于常数RC,R即為(wèi)制动電(diàn)阻的阻值,C為(wèi)变频器内部電(diàn)解電(diàn)容的容量。这里制动 单元动作電(diàn)压值一般為(wèi)710V。
然后进行制动单元的选择
在进行制动单元的选择时,制动单元的工作最大電(diàn)流是选择的唯一依据,其计算公式如下: 制动電(diàn)流瞬间值=制动单元直流母線(xiàn)電(diàn)压值/制动電(diàn)阻值 最后计算制动電(diàn)阻的标称功率 由于制动電(diàn)阻為(wèi)短时工作制,因此根据電(diàn)阻的特性和技术指标,我们知道電(diàn)阻的标称功率将小(xiǎo)于通電(diàn)时的消耗功率,一般可(kě)用(yòng)下式求得: 制动電(diàn)阻标称功率 = 制动電(diàn)阻降额系数制动期间平均消耗功率制动使用(yòng)率%
制动特点
能(néng)耗制动(電(diàn)阻制动)的优点是构造简单,缺点是运行效率降低,特别是在频繁制动时将要消耗大量的能(néng)量,且制动電(diàn)阻的容量将增大。
7使用(yòng)率
制动電(diàn)阻使用(yòng)率规定了制动電(diàn)阻的使用(yòng)效率,以避免制动電(diàn)阻过热而损坏,它会影响制动单元的制动效果。制动電(diàn)阻的使用(yòng)率设置越低,電(diàn)阻的发热程度越小(xiǎo),電(diàn)阻上消耗的能(néng)量越少,制动效果越差。同时,制动单元的容量也没有(yǒu)得到充分(fēn)利用(yòng)。理(lǐ)论上讲,制动電(diàn)阻使用(yòng)率為(wèi)100%时,对制动单元容量的利用(yòng)最充分(fēn),制动效果也最明显,然而这需要较大的制动電(diàn)阻功率的代价,使用(yòng)者应综合考虑。在制动電(diàn)阻阻值和功率都已经确定的前提下,对于减速较慢的大惯性负载,选取较低的電(diàn)阻使用(yòng)率会取得较好的效果。对于需要快速停机的负载,宜选取较大制动電(diàn)阻使用(yòng)率。
8降额选择
按照上述方法计算得到的制动電(diàn)阻功率是足够的,根据负载性质的不同,还可(kě)以进一步降额选择。
非重复制动
制动電(diàn)阻降额功率与单次制动时间的关系图
所谓非重复制动,是指拖动系统在一个相当長(cháng)的时间内只有(yǒu)一次减速制动过程,因此制动電(diàn)阻在该段时间内只有(yǒu)一次消耗能(néng)量的过程,制动電(diàn)阻的功率也因此可(kě)以进一步减小(xiǎo),减小(xiǎo)的幅度决定于制动電(diàn)阻的耐冲击能(néng)力和单次减速制动的动作时间。不考虑制动電(diàn)阻耐冲击能(néng)力的因素,在非重复制动系统中,制动電(diàn)阻的功率降额与单次减速制动时间的关系,在制动时间小(xiǎo)于10S的情况下,制动電(diàn)阻的功率可(kě)选择到降额到20%以下。
重复制动
有(yǒu)些机械是需要反复制动的,如起重机械和龙门刨床等,在重复制动且制动时间较短的情况下,制动電(diàn)阻的选用(yòng)功率P 选用(yòng)与制动占空比(每次制动时间tb与每两次制动之间的时间间隔tc之比tb/tc)有(yǒu)近似線(xiàn)性关系。制动占空比越小(xiǎo),制动電(diàn)阻功率的降额使用(yòng)的幅度越大(P 选用(yòng)/P 额越小(xiǎo))。
(注意:当制动时间较長(cháng)且反复制动的情况下,制动電(diàn)阻功率的选择应考虑留有(yǒu)一定的余量。)
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