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    變頻器制動電阻選擇和計算方法(變頻器的制動電阻的大小如何計算)

    2022-11-07??瀏覽次數:1

    從逆變器的工作原理可以看出,改變電機的工作工頻需要整流-逆變的過程,制動電阻處于整流位置。參見下面和之間的電阻:

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    那么制動阻力的作用是什么呢?

    在以下示例中:

    當電機處于減速階段時,電機開始向變頻器反饋能量,即P-Brake;

    然后DC一側的電壓開始上升。當電壓上升到一定閾值時,制動斬波器(BRC)處于導通狀態,反饋能量開始釋放到制動電阻,即Pv。

    隨著多余的能量以熱能的形式通過制動電阻器被消耗,DC側的電壓開始降低。當它降低到某個閾值時,制動斬波器(BRC)關閉,制動電阻器不再工作。

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    以上就是制動電阻工作的原理及流程。

    一般來說,由于不同廠商的設計理念不同,DC側電容的設計可能會有差異。

    有的產品電容大,工作時可以吸收更多的能量。當工作條件不是很苛刻時,它們可以在沒有制動電阻的情況下正常工作。

    有些產品電容小,吸收不了反饋的能量,這時候就需要加制動電阻。比如SEW的MDX61B或MC07B不加制動電阻時,如果報警F04或F07,很可能是因為沒有制動電阻。

    制動電阻的作用

    1、保護變頻器不受再生電能的危害

    在電機快速停機的過程中,由于慣性,會產生大量的再生電能。如果這部分再生電能沒有及時消耗掉,就會直接作用在變頻器的DC電路部分。輕則變頻器報錯,重則損壞變頻器。制動電阻的出現很好的解決了這個問題,保護了變頻器免受電機再生電能的危害。

    2、保證電電源網絡的平穩運行

    制動電阻直接將電機快速制動過程中的再生電能轉化為熱能,使再生電能不會反饋到供電網絡中,不會引起供電網絡的電壓波動,從而起到保證供電網絡平穩運行的作用。

    變頻器配制動電阻,主要是想通過制動電阻來消耗掉直流母線電容上的一部分能量,避免電容的電壓過高。理論上,如果電容儲存的能量更多,可以用來釋放出來驅動電機,避免能量浪費。但是,電容器的容量是有限的,電容器的耐受電壓也是有限的。當母線電容的電壓達到一定水平時,可能會損壞電容,有的甚至會損壞IGBT。所以需要及時制動電阻來釋放電量。這種釋放是浪費,是無奈的做法。

    母線電容是個緩沖區,容納能量有限

    三相交流電全部整流后,接電容器。滿載運行時,母線正常電壓約為1.35倍,380*1.35=513伏。這個電壓當然會實時波動,但最低不能低于480伏,否則會給出欠壓報警保護。母線一般由兩組450V電解電容串聯而成,理論耐受電壓為900V。如果母線電壓超過這個值,電容會直接爆炸,所以母線電壓無論如何也達不到900 V。

    實際三相380伏輸入IGBT的耐壓是1200伏,經常要求在800伏以內工作??紤]到如果電壓上升,會有一個慣性問題,就是你馬上讓制動電阻工作,母線電壓不會很快下降。所以很多變頻器設計在700伏左右通過制動單元啟動制動電阻,以降低母線電壓,避免進一步沖高。

    所以制動電阻設計,核心就是考慮到電容和IGBT模塊的耐壓問題,,防止這兩個重要器件被母線的高壓擊穿。如果這兩類元件壞了,變頻器就不能正常工作。

    快速停車要制動電阻,瞬間加速也需要

    變頻器的母線電壓之所以會變高,是因為變頻器經常使電機工作在電子制動狀態,并使IGBT經過一定的導通順序。利用電機的大電感電流,不會突然產生高電壓給母線電容充電。這時,讓電機快速減速。此時如果沒有制動電阻及時消耗母線的能量,母線電壓會繼續升高,威脅逆變器的安全。

    如果負載不是很重,也沒有什么快速停車要求,沒有必要t

    除了大負荷減速場合,需要增加制動阻力和制動單元才能快速制動,實際上如果符合比較重,啟動時間時間要求非??炷欠N,也需要制動單元和制動阻力配合啟動。以前試過用變頻器驅動專用沖床,要求變頻器加速時間設計為0.1秒。此時需要滿載啟動,雖然負載不是很重,但是由于加速時間太短,此時母線電壓波動較大,會出現過壓或過流。稍后,添加外部設備。分析,由于啟動時間過短,母線電容電壓瞬間被掏空,整流器瞬間有大電流充電進來,導致母線電壓突然變高,使母線電壓波動過大,可能瞬間超過700伏。制動電阻的加入可以及時消除這種波動的高電壓,使逆變器工作在正常狀態。

    還有一種特殊的情況,是矢量控制場合,電機的扭矩和轉速方向相反,或者是零速工作,100%扭矩輸出。比如起重機掉重停在半空中,在放線和放線的情況下都需要轉矩控制,所以需要讓電機工作在發電機狀態,會有源源不斷的電流充入母線電容。通過制動電阻,可以及時消耗掉這部分能量,使母線電壓保持平衡穩定。

    很多小變頻器,比如3.7KW的,往往都內置了制動單元和制動電阻,應該是降低母線電容的原因,但是小功率電阻和制動單元沒那么貴。

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    制動電阻的選擇

    制動電阻的選擇受限于變頻器專用能耗制動單元的最大允許電流,與制動單元沒有明確的對應關系。其電阻值主要根據所需的制動力矩來選擇。

    根據功率電阻的阻值和利用率來確定功率電阻的大小。在選擇制動電阻的電阻值時有一個原則不能違背:流過制動電阻的電流IC應保證小于制動單元允許的最大電流輸出能力,即R 800/Ic。

    其中:800 ——逆變器DC側的最大可能DC電壓。

    Ic ——制動單元的最大允許電流。

    為了充分利用所選逆變器專用制動單元的容量,通常選擇制動電阻的阻值接近上式計算的最小值是最經濟的,同時可以獲得最大的制動力矩,但這需要較大的制動電阻功率。在某些情況下,不需要大的制動扭矩。此時選擇較大的制動電阻值更為經濟,可以降低制動電阻的功率,從而降低購買制動電阻的成本。代價是制動單元的能力沒有被充分利用。

    制動電阻的計算

    選擇制動電阻的電阻值后,應確定制動電阻的功率值。制動電阻功率的選擇比較復雜,與很多因素有關。

    制動電阻消耗的瞬時功率計算如下:P瞬時=7002 /R

    根據上述公式計算出的制動電阻的功率值,就是制動電阻能長時間連續工作并能耗散的功率值。但是制動電阻并不是連續工作的,所以這種選擇有很大的浪費。在該產品中,可以選擇制動電阻的利用率,該利用率指定了制動電阻的短期工作比率。制動電阻消耗的實際功率計算如下:

    P=7002 /RrB%

    RB%:制動阻力利用率。

    在實際操作中,可以根據上述公式選擇制動電阻的功率,也可以根據選擇的制動電阻的阻值和功率依次計算出制動電阻所能承受的利用率,從而正確設置,避免制動電阻因過熱而損壞。

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    制動電阻使用功率的計算

    制動電阻利用率規定了制動電阻的效率,避免制動電阻過熱損壞,影響制動單元的制動效果。制動電阻的使用率設置得越低,電阻的發熱程度越低,消耗在電阻上的能量越少,制動效果越差。同時,制動單元的能力還沒有完全發揮出來

    理論上講,當制動電阻利用率為100%時,制動單元的容量得到充分利用,制動效果最明顯。但這需要較高的制動電阻功率成本,需要用戶綜合考慮。在制動電阻阻值和功率已經確定的前提下,對于減速慢的大慣性負載,選擇較低的電阻利用率可以達到更好的效果。對于需要快速停止的負載,宜選擇制動電阻利用率較大的。

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