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制动电阻的原理、作用及计算方式

发布时间:2015-05-13 浏览次数:

        制动电阻,是波纹电阻的一种,主要用于变频器控制电机快速停车的机械系统中,帮助电机将其因快速停车所产生的再生电能转化为热能。
        一、制动电阻的构件 
        1.1、陶 瓷 管:是合金电阻丝的骨架,同时具有散热器的功效;
        1.2、合金电阻丝:扁带波浪形状,缠绕在陶瓷管表面上,负责将电机的再生电能转化为热能;
        1.3、涂 层:涂在合金电阻丝的表面上,具有耐高温的特性,功用是阻燃;
     二、制动电阻的功用
        2.1、保护变频器不受再生电能的危害
       电机在快速停车过程中,由于惯性作用,会产生大量的再生电能,如果不及时消耗掉这部分再生电能,就会直接作用于变频器专用型制动电阻变频器的直流电路部分,轻者,变频器会报故障,重者,则会损害变频器;制动电阻的出现,很好的解决了这个问题,保护变频器不受电机再生电能的危害;
        2.2、保证电电源网络的平稳运行
        制动电阻将电机快速制动过程中的再生电能直接转化为热能,这样再生电能就不会反馈到电源电网络中,不会造成电网电压波动,从而起到了保证电源网络的平稳运行的作用。
        三、制动电阻阻值的选择
        制动电阻的选择除受到变频器专用型能耗制动单元最大允许电流的限制外,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选择,
        功率根据电阻的阻值和使用率确定。 制动电阻阻值的选定有一个不可违背的原则:应保证流过制动电阻的电流IC小于制动单元的允许最大电流输出能力,即:R > 800/Ic
        其中:800 —— 变频器直流侧所可能出现的最大直流电压。
        Ic —— 制动单元的最大允许电流。
        为充分利用所选用的变频器专用型制动单元的容量,通常制动电阻阻值的选取以接近上式计算的最小值为最经济、同时还可获得最大的制动转矩,然而这需要较大的制动电阻功率。在某些情况下,并不需要很大的制动转矩,此时比较经济的办法是选择较大的制动电阻阻值、也因此可以减小制动电阻的功率,从而减少购买制动电阻所需的费用,这样的代价是制动单元的容量没有得到充分利用。
  四、制动电阻电阻功率的计算
  在选定了制动电阻的阻值以后,应该确定制动电阻的功率值,制动电阻功率的选取相对比较繁琐,它与很多因素有关。
  制动电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电阻功率值是制动电阻可以长期不间断的工作可以耗散的功率数值,然而制动电阻并非是不间断的工作,这种选取存在很大的浪费,在本产品中,可以选择制动电阻的使用率,它规定了制动电阻的短时工作比率。制动电阻实际消耗的功率按下式计算:
  P 额=7002 /R×rB% rB%:制动电阻使用率。
  实际使用中,可以按照上式选择制动电阻功率,也可以根据所选取的制动电阻阻值和功率,反过来计算制动电阻所能够承受的使用率,从而正确设置,避免制动电阻过热而损坏。
  五、制动电阻使用率的确定
  制动电阻使用率规定了制动电阻的使用效率,以避免制动电阻过热而损坏,它会影响制动单元的制动效果。
  制动电阻的使用率设置越低,电阻的发热程度越小,电阻上消耗的能量越少,制动效果越差。同时,制动单元的容量也没有得到充分利用。
  理论上讲,制动电阻使用率为100%时,对制动单元容量的利用最充分,制动效果也最明显,然而这需要较大的制动电阻功率的代价,使用者应综合考虑。在制动电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,选取较低的电阻使用率会取得较好的效果。对于需要快速停机的负载,宜选取较大制动电阻使用率。
  六、制动电阻的降额选择
  按照上述方法计算得到的制动电阻功率是足够的,根据负载性质的不同,还可以进一步降额选择。
  6.1、非重复制动
  所谓非重复制动,是指拖动系统在一个相当长的时间内只有一次减速制动过程,因此制动电阻在该段时间内只有一次消耗能量的过程,制动电阻降额功率与单次制动时间的关系图动电阻的功率也因此可以进一步减小,减小的幅度决定于制动电阻的耐冲击能力和单次减速制动的动作时间。
  不考虑制动电阻耐冲击能力的因素,在非重复制动系统中,制动电阻的功率降额与单次减速制动时间的关系见《图:制动电阻降额功率与单次制动时间的关系图》;
1.jpg
  可见,在制动时间小于10S的情况下,制动电阻的功率可选择到降额到20%以下。
  6.2、重复制动
  有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,制动电阻的选用功率P 选用与制动占空比(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)有近似线性关系。制动占空比越小,制动电阻功率的降额使用的幅度越大(P 选用/P 额越小)。通过《图:制动电阻功率与制动占空比的关系图》可了解这种对应关系。
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  制动电阻功率与制动占空比的关系图注意:当制动时间较长且反复制动的情况下,制动电阻功率的选择应考虑留有一定的余量。
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