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技多不壓身,變頻器制動電阻選型必知

發(fā)布時間:2014-12-06 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】俗話說,藝多不壓身,有多的技藝在身不會是累贅,相反在很多時候會幫你大忙的。而作為工程師,不論是在設(shè)計變頻器還是在選用變頻器的時候,能夠多了解變頻器的相關(guān)知識是很必要的。這里就為大家分享變頻器制動電阻選型必知。
 
變頻調(diào)速系統(tǒng)中,電機的降速和停機是通過減小頻率來實現(xiàn)的,在頻率減小瞬間,電機同步轉(zhuǎn)速減慢,而由于機械慣性,電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時,轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎180度大逆轉(zhuǎn),電機從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài);此時軸上轉(zhuǎn)矩變成制動轉(zhuǎn)矩,使電機的轉(zhuǎn)速急劇下降,電機處再生制動狀態(tài)。
 
電機再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路。由于直流電路的電能無法通過整流橋回饋到電網(wǎng),僅靠變頻器本身的電容吸收,雖然其他部分能消耗電能,但電容仍有短時間的電荷堆積,形成“泵升電壓”,使直流電壓升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此,對于負(fù)載處于發(fā)電制動狀態(tài)中必須采取必需的措施處理這部分再生能量。處理再生能量的方法:能耗制動和回饋制動。
 
能耗制動的工作方式
 
能耗制動采用的方法是在變頻器直流側(cè)加放電電阻單元組件,將再生電能消耗在功率電阻上來實現(xiàn)制動。這是一種處理再生能量的最直接的辦法,它是將再生能量通過專門的能耗制動電路消耗在電阻上,轉(zhuǎn)化為熱能,因此又被稱為“電阻制動”,它包括制動單元和制動電阻二部分。
 
制動單元
 
制動單元的功能是當(dāng)直流回路的電壓Ud超過規(guī)定的限值時(如660V或710V),接通耗能電路,使直流回路通過制動電阻后以熱能方式釋放能量。制動單元可分內(nèi)置式和外置式二種,前者是適用于小功率的通用變頻器,后者則是適用于大功率變頻器或是對制動有特殊要求的工況中。從原理上講,二者并無區(qū)別,都是作為接通制動電阻的“開關(guān)”,它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅(qū)動電路。
 
制動電阻
 
制動電阻是用于將電機的再生能量以熱能方式消耗的載體,它包括電阻阻值和功率容量兩個重要的參數(shù)。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種:前者采用表面立式波紋有利于散熱減低寄生電感量,并選用高阻燃無機涂層,有效保護電阻絲不被老化,延長使用壽命;后者電阻器耐氣候性、耐震動性,優(yōu)于傳統(tǒng)瓷骨架電阻器,廣泛應(yīng)用于高要求惡劣工控環(huán)境使用,易緊密安裝、易附加散熱器,外型美觀。
 
能耗制動的過程如下
 
A、當(dāng)電機在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)時(包括被拖動),電機即以發(fā)電狀態(tài)運行,能量反饋回直流回路,使母線電壓升高;B、當(dāng)直流電壓到達(dá)制動單元開的狀態(tài)時,制動單元的功率管導(dǎo)通,電流流過制動電阻;C、制動電阻消耗電能為熱能,電機的轉(zhuǎn)速降低,母線電壓也降低;D、母線電壓降至制動單元要關(guān)斷的值,制動單元的功率管截止,制動電阻無電流流過;E、采樣母線電壓值,制動單元重復(fù)ON/OFF過程,平衡母線電壓,使系統(tǒng)正常運行。
 
制動單元與制動電阻的選配
 
估算出制動轉(zhuǎn)矩=[(電機轉(zhuǎn)動慣量電機負(fù)載測折算到電機測的轉(zhuǎn)動慣量)*(制動前速度-制動后速度)]/375*減速時間-負(fù)載轉(zhuǎn)矩
 
一般情況下,在進(jìn)行電機制動時,電機內(nèi)部存在一定的損耗,約為額定轉(zhuǎn)矩的18%-22%左右,因此計算出的結(jié)果在小于此范圍的話就無需接制動裝置。
 
計算制動電阻的阻值=制動元件動作電壓值的平方/(0.1047*(制動轉(zhuǎn)矩-20%電機額定轉(zhuǎn)矩)*制動前電機轉(zhuǎn)速)
 
在制動單元工作過程中,直流母線的電壓的升降取決于常數(shù)RC,R即為制動電阻的阻值,C為變頻器內(nèi)部電解電容的容量。這里制動單元動作電壓值一般為710V。
 
進(jìn)行制動單元的選擇,制動單元的工作最大電流是選擇的唯一依據(jù),其計算公式:制動電流瞬間值=制動單元直流母線電壓值/制動電阻值
 
最后計算制動電阻的標(biāo)稱功率。由于制動電阻為短時工作制,因此根據(jù)電阻的特性和技術(shù)指標(biāo),大家知道電阻的標(biāo)稱功率將小于通電時的消耗功率,一般可用下式求得:制動電阻標(biāo)稱功率=制動電阻降額系數(shù)X制動期間平均消耗功率X制動使用率%。制動特點能耗制動(電阻制動)的優(yōu)點是構(gòu)造簡單,缺點是運行效率降低,特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量,且制動電阻的容量將增大。
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變頻器制動電阻設(shè)計計算方法
 
(1)制動電阻器箱數(shù)粗略計算為:電動機功率(KW)/11.2(取整數(shù)上限值)
 
(2)制動單元功率的選擇一般是變頻器的功率大小的(1~2)倍
 
(3)制動電阻器功率大于電動機功率KW/2(按照公式Pb=8Q*v*η)
 
(4)制動電阻值大小選擇公式700/電動機功率KW(采用多個制動單元并聯(lián)運行時,每個制動單元所配置的電阻器阻值不小于700/電動機功率KW;最小電阻值要按照有關(guān)配置表查得)
 
(5)依據(jù)電動機大小確定變頻器的功率大小。
 
變頻器制動電阻的安裝和配線注意事項
 
制動電阻的安裝
 
制動電阻是一個發(fā)熱體,因此,安裝的要點如下:(1)安裝位置制動電阻不能和變頻器裝在同一個控制柜內(nèi),以免使變頻器受熱。也不要太靠近其他怕熱的設(shè)備,以免影響其他設(shè)備的正常運行。制動電阻也不要和變頻器離得太遠(yuǎn),一般應(yīng)在5m以內(nèi),最多也不要超過10m。(2)電阻柜的設(shè)計電阻柜應(yīng)充分考慮制動電阻的散熱。必須有足夠的空間;其次是要有散熱孔。對于接通比較頻繁的制動電阻,還應(yīng)配置散熱風(fēng)扇。
 
制動電阻的配線
 
因為制動電阻通常和直流電路的“+”端相接,一旦掉在地上,影響人身安全。所以,接線一定要牢靠。尤其是靠近電阻箱的接線端子,容易因受熱而氧化,應(yīng)特別注意。
 
因制動電阻通常和直流電路“+”級相連,一旦掉在地上會影響人身安全。所以接線一定要牢靠。尤其是電阻箱周圍的接線端子,易因受熱而氧化,這點要特別注意。
 
當(dāng)電阻箱與變頻柜間超過5m時,應(yīng)采用雙絞線。
 
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