制动电阻选型

能耗制动设计和选型
如何在能耗制动设计中选配好制动电阻的阻值、功率和制动单元的功率，是我们在变频器应用中经常会碰到的问题。在选配时，如果配置不当就会使系统工作不正常。严重的时候，会损坏变频器和制动单元。大多数的工程师在能耗制动设计中都以自己的经验来选配，为了安全，都会把安全系数放得比较大。但是所带来的结果是系统的制动能力降低，有的时候甚至影响到了整个系统的安全运行。怎样选配才算合理呢？首先我们要明白，制动单元的工作任务是让变频器在制动工况时，直流母线的电压在允许的范围内波动。这里我们主要讨论的是AC380/440的低压变频器，因为这一类的变频器是应用最为广泛的。交流整流后的电压为DC540/620V，这也是交流的峰值电压。在制动时为了让整流二极管持续截止，所选的电压值一定要高于这个值。直流母线的过电压设置，是为了保护IGBT在工作时不被电压击穿而损坏。在这个电压范围的IGBT都为1.2KV，过电压设置可以为DC780V。所以在制动时的直流电压上限可选在720V左右。在电制动运行时，回馈到直流母线上的电能积累在电容器内，导致电容器电压上升，也就是直流电压的上升。制动功率越大，电压上升的速度就越快，也就是上升斜率越大。当直流电压上升到制动电压时，制动单元的斩波器开始工作，制动电阻被并联到直流母线上。电阻上消耗的能量来自直流母线，其大小应该等于最大制动时所产生的电能。在制动单元工作时，其电流一部分来自变频器的逆变部分，另外一部分来自电容器。这时候通过电阻对能量的消耗，使直流母线上的电压下降。当下降到制动单元的电压下限时，制动单元的斩波器停止工作。这样变频器的直流母线电压在允许的范围内波动，就使得电容器内的电能在一定范围内波动，其平均值基本上不变。
根据上面的分析，我们就可以得到制动电阻和制动单元的计算。

Um是制动的直流电压上限，在AC380/440V的电压范围内为720V；
Ievf是变频器的额定电流；
Rzd是制动系统的最小电阻；
Pm是系统的最大制动功率；
Ir是制动单元的工作电流。
由此计算出来的Rzd是一个最小值，其产生的制动功率为最大制动功率。只要电阻的阻值等于这个值，变频器的工作就是安全可靠的，而系统的制动功率是足够的。由此计算出来的制动单元的电流是电阻耗能时的最大电流。计算出的电阻的功率只是一个耗散功率，也是个最大功率。实际功率的计算与电阻在不同情况下的过负荷倍数有关：

其中△K就是电阻的过负荷倍数。一般厂家都会提供这样的参数。下面就是《上海鹰峰电

子科技有限公司》提供的几种电阻在不同情况下的过负荷倍数：
ED：表示制动率在周期为120S时，制动时间所占比率。
但是，在实际工作中，电机拖动的情况是非常复杂的。往往在系统中并不是取的最大制动功率。并且在系统中存在着传动损耗、电机的功率因数、电机的效率、变频器的效率以及过载倍数等。由于考虑了以上各方面的因数，所以实际的制动功率的计算，Um的取值可以用700V来计算。或在最小电阻的基础上乘一个系数K，其取值为1~1.15。这是在拖动中最大制动功率下的电阻的计算。在制动中平均的制动转矩的的计算：

其中Rz是实际选用的电阻值；
P是所选用的变频器功率；
Udc是直流母线的电压为DC680V；
Tr是平均制动转矩；
由于在传动中机械损耗计为20%，所以在计算中要乘以0.8
现在我们就根据实际的应用情况，用国内的专业生产厂家，《上海鹰峰电子科技有限公司》的产品为例。做出了变频器在三种基本工况下的选配情况。
第一种情况：在恒转矩负载而且是大惯性的制动运行以及在位能负载中并且运行周期大于2min状况下的选配。这种选配也就是我们说的3/4配制。

变频器功率制动单元电阻阻值电阻功率
(周期为120S) 平均制动转矩 %
AC380V/440V ED为50%
1.5KW 内置 276Ω 400W 180
2.2KW 内置 170Ω 500W 190
4KW 内置/CDBR4015 94Ω 1KW 190
5.5KW 内置/CDBR4015 64Ω 1.5KW 190
7.5KW 内置/CDBR4015 49Ω 2KW 190
11KW 内置/CDBR4015 33Ω 3KW 190
15KW 内置/CDBR4030 24.5Ω 6KW 190
18.5KW CDBR4030 20Ω 8KW 190
22KW CDBR4030 17.5Ω 10KW 190
30KW CDBR4045 12.7Ω 15KW 190
37KW CDBR4030*2 10Ω 20KW 190
45KW CDBR4045*2 8.2Ω 25KW 190
55KW CDBR4045*2 6.8Ω 30KW 190
75KW CDBR4045*3 5.1Ω 35KW 190
90KW CDBR4220 4.2Ω 45KW 190
110KW CDBR4220 3.5Ω 55KW 190
132KW CDBR4220 2.7Ω 65KW 190
160KW CDBR4220 2.5Ω 80KW 190
185KW CDBR4220*2 2Ω 90KW 190
200KW CDBR4220*2 1.86Ω 100KW 190
220KW CDBR4220*2 1.7Ω 110KW 190
250KW CDBR4220*2 1.5Ω 120KW 190
280KW CDBR4220*2 1.35Ω 140KW 190
315KW CDBR4220*3 1.2Ω 150KW 190
400KW CDBR4220*3 0.95Ω 200KW 190

第二种情况：是典型的位能性负载，在起重和电梯等工况下。并且运行周期在2min以内的工作情况的选配。这种选配也是我们经常用到的1/2配制。这配制的制动功率会比前一个工况的小。所以，K的系数会取大一点，这时候为1.5。

变频器功率制动单元电阻阻值电阻功率 (周期为120S) 平均制动转矩 %
AC380V/440V ED为20%
1.5KW 内置 360Ω 400W 140
2.2KW 内置 220Ω 500W 150
4KW 内置/CDBR4015 120Ω 800W 150
5.5KW 内置/CDBR4015 82Ω 1KW 150
7.5KW 内置/CDBR4015 64Ω 1.5KW 150
11KW 内置/CDBR4015 43Ω 3KW 150
15KW 内置/CDBR4015 32Ω 4.5KW 150
18.5KW C

DBR4030 26Ω 6KW 150
22KW CDBR4030 22.5Ω 8KW 150
30KW CDBR4045 16.5Ω 10KW 150
37KW CDBR4030*2 13Ω 15KW 150
45KW CDBR4030*2 10.8Ω 20KW 150
55KW CDBR4045*2 9Ω 20KW 150
75KW CDBR4045*2 6.6Ω 30KW 150
90KW CDBR4045*3 5.4Ω 40KW 150
110KW CDBR4045*3 4.5Ω 50KW 150
132KW CDBR4220 3.9Ω 60KW 150
160KW CDBR4220 3.2Ω 80KW 150
185KW CDBR4220 2.7Ω 90KW 150
200KW CDBR4220 2.4Ω 90KW 150
220KW CDBR4220*2 2.25Ω 100KW 150
250KW CDBR4220*2 1.95Ω 120KW 150
280KW CDBR4220*2 1.75Ω 120KW 150
315KW CDBR4220*2 1.55Ω 140KW 150
400KW CDBR4220*3 1.25Ω 160KW 150

第三种情况：是一般的反抗性转矩负载，因为它的负载转矩是参加制动的，所以在通常情况下是不需要配制动部分。但是在制动时间上有要求时，就会加上能耗制动的功能。因此这时候所需要的制动转矩较小，所以取的系数K是在1.7~2。这也是我们常用到的1/4配制。

变频器功率制动单元电阻阻值电阻功率 (周期为120S) 平均制动转矩 %
AC380V/440V ED为10%
1.5KW 内置 420Ω 300W 120
2.2KW 内置 265Ω 300W 125
4KW 内置 146Ω 500W 125
5.5KW 内置/CDBR4015 100Ω 800W 125
7.5KW 内置/CDBR4015 75Ω 800KW 125
11KW 内置/CDBR4015 51Ω 1.5KW 125
15KW 内置/CDBR4015 40Ω 2KW 125
18.5KW CDBR4030 32Ω 4.5KW 125
22KW CDBR4030 27Ω 4.5KW 125
30KW CDBR4030 20Ω 6KW 125
37KW CDBR4045 16Ω 10KW 125
45KW CDBR4045 13.6Ω 10KW 125
55KW CDBR4030*2 10Ω 15KW 125
75KW CDBR4045*2 8Ω 20KW 125
90KW CDBR4045*2 6.4Ω 25KW 125
110KW CDBR4045*3 6Ω 30KW 110
132KW CDBR4045*3 5Ω 30KW 110
160KW CDBR4220 4.2Ω 40KW 110
185KW CDBR4220 3.6Ω 45KW 110
200KW CDBR4220 3.3Ω 50KW 110
220KW CDBR4220 3Ω 55KW 110
250KW CDBR4220*2 2.6Ω 60KW 110
280KW CDBR4220*2 2.3Ω 70KW 110
315KW CDBR4220*2 2.1Ω 80KW 110
400KW CDBR4220*2 1.6Ω 100KW 110

虽然在实际应用中，大多数的电机工况都在这三种情况下。但是，由于电机拖动是一个较为复杂的系统，所以在使用中有也经常会碰到一些特殊的情况。这时候，工程师除可以通过上面的公式和图表进行计算外，也可以与这些厂家联系。根据实际的使用情况做出相应的配置。