变频器制动电阻为什么要连接案例解析民熔.docx

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变频器制动电阻为什么要连接案例解析民熔

变频器制动电阻为什么要连接？

案例解析-民熔

从变频器的工作原理可以看出，要改变电机的工作电源频率，需要经过整流-->变频器的过程，整流后的制动电阻处于该位置。

和之间的电阻见下图：

　　那么制动电阻是怎么回事？

　　在以下示例中：

　　当电机处于减速阶段时，电机开始向变频器反馈能量，即p制动。

　　然后直流侧电压开始升高。

当电压上升到一定阈值时，制动斩波器（BRC）处于ON状态，此时反馈能量开始释放到制动电阻上，即Pv

　　当多余的能量以热能的形式被制动电阻消耗时，直流侧电压开始降低。

当达到某一阈值时，制动斩波器（BRC）处于关闭状态，制动电阻不再工作。

　　以上是制动电阻的工作原理和流程。

　　一般来说，由于不同制造商的设计理念不同，直流侧电容器的设计可能有所不同。

　　有些产品电容大，工作时能吸收更多的能量。

当工作条件不是很恶劣时，它们可以在没有制动阻力的情况下正常工作。

　　有些产品电容小，不能吸收反馈能量，此时增加制动电阻是非常必要的，如SEWMDX61B或MC07B没有制动电阻，如果报警F04或F07，很可能是因为没有制动电阻。

　　制动电阻的作用

　　1保护变频器免受可再生能源的危害

　　在快速停机过程中，由于惯性，电动机会产生大量的可再生能源。

如果再生能量不及时消耗，将直接作用于变流器的直流回路部分。

制动电阻的出现很好地解决了这一问题，保护变频器免受电动机再生电能的危害。

　　2确保电网的平稳运行

　　制动电阻将电动机快速制动过程中的再生电能直接转化为热能，使再生电能不会反馈到供电网中，不会引起电网电压波动，从而起到保证供电网络平稳运行的作用。

　　逆变器的动态电阻设计主要是利用制动电阻消耗直流母线电容的部分能量，避免电容电压过高。

理论上，如果电容器储能，释放可以用来驱动电机，避免能量浪费，但电容器的电容量是有限的，而电容压力是有限的，当母线电容器电压足够高时，可能会损坏电容器，有些可能会损坏IGBT，所以需要通过制动电阻及时释放电能，这种释放，是一种浪费，是一种无路可走的实践。

　　总线电容是一个能容纳有限能量的缓冲器

　　当三相交流电完全整流并与电容器连接时，母线的正常电压约为1.35倍，380*1.35=513伏。

当然，电压会实时波动，但最低电压不能低于480伏，否则会有欠压报警保护。

母线电容器一般由两组450V的电解电容器串联而成，理论耐受电压为900V，如果母线电压超过这个值，电容器将直接爆炸，因此母线电压无论如何都不能达到900V。

　　其实，三相380V的IGBT输入压力值是1200V，往往要求工作在800V以内，如果考虑到电压升高，会有惯性的问题，即你马上工作使制动电阻，母线电压不会很快下降，所以很多变频器，均设计了700伏左右通过制动单元使制动电阻开始工作，让母线电压下降，避免继续上升趋势。

　　因此，制动电阻设计的核心是考虑电容器和IGBT模块的电压电阻，以避免这两个重要元件被母线的高电压损坏。

如果这两个部件损坏，变频器就不能正常工作。

　　快速停车需要制动阻力和瞬时加速

　　变频器的母线电压之所以会变得很高，大多数时候是变频器使电动机工作在电子制动状态，使IGBT通过一定的导通顺序，使电动机的电感电流大时不能突然出现，瞬间产生高压进出母线电容充电，此时让电机转速下降。

如果此时没有制动电阻消耗母线能量，母线电压将继续升高，威胁变流器的安全。

　　如果负载不是很重，并且没有快速停止的要求，在这种情况下不需要制动电阻。

即使您有一个制动电阻，制动单元工作阈值电压也不会触发，制动电阻也不会投入运行。

　　除了重负荷需要增加制动减速度的场合给快速制动电阻和制动单元，事实上，如果符合较重、启动时间很快的时间要求，也需要制动单元和电阻配合，我试着用变频器来驱动一个特殊的冲头，要求变频器的加速时间设计为0.1秒，然后满负荷启动，虽然负载不是很重，但由于加速时间太短，此时母线电压波动非常严重，也会出现过电压或过流的情况，然后加大外部制动单元制动电阻、逆变器能正常工作。

分析，由于启动时间太短，母线电容电压瞬间被掏空，瞬间有大电流充电整流，母线电压突变引起的母线电压过高，使母线电压波动过大，瞬间可能超过700V，再加上制动电阻，能及时消除压力波动，使变频器正常工作。

　　还有一种特殊情况下，矢量控制时，电机的转矩和转速相反，或工作在零速百转矩输出的地方，如重起升停在半空中，而需要转矩控制量的情况下，都需要让电机的工作状态保持在发电机上，电流将反向充入母线电容，通过制动电阻，能及时消耗能量，平衡母线电压稳定。

　　许多小型变频器，如3.7KW，通常都内置制动装置和制动电阻。

应考虑降低母线电容，但小功率电阻和制动单元不那么昂贵。

　　制动电阻选择

　　制动电阻的选择不仅受专用逆变制动单元最大允许电流的限制，而且与制动单元没有明确的对应关系。

其电阻值主要根据所需制动力矩的大小来选择。

　　功率由电阻值和电阻利用率决定。

制动电阻值的选择有一个不可侵犯的原则：

流过制动电阻的电流IC应保证小于制动单元的最大电流输出容量，即R>800/IC

　　其中：

800——逆变器直流侧能出现的最大直流电压。

　　Ic-制动装置的最大允许电流。

　　为了充分利用所选逆变器专用型制动单元的容量，通常选择制动电阻的电阻值近似上式计算的最小值，以最经济的方式，也能获得最大的制动转矩，但这就需要较大的制动电阻功率。

在某些情况下，不必有大的制动力矩。

此时选择较大的制动电阻值比较经济，这样可以降低制动电阻的功率，降低购买制动电阻的成本。

其代价是制动装置的容量没有得到充分利用。

　　制动电阻计算

　　选择制动电阻的电阻值后，应确定制动电阻的功率值。

制动电阻功率的选择比较复杂，与许多因素有关。

　　制动电阻消耗的瞬时功率按下式计算：

P瞬时=7002/R

　　制动电阻是根据功率值的类型来计算的，制动电阻可以长时间不间断地工作耗散功率，制动电阻不是连续工作的，但是，有很大的浪费，在本产品的选择上，可以选择一种制动电阻的使用，它规定了短时间工作时的制动电阻率。

计算了制动电阻实际消耗的功率

　　制动电阻是根据功率值的类型来计算的，制动电阻可以长时间不间断地工作耗散功率，制动电阻不是连续工作的，但是，有很大的浪费，在本产品的选择上，可以选择一种制动电阻的使用，它规定了短时间工作时的制动电阻率。

制动电阻消耗的实际功率计算如下：

　　P额=7002/R×rB%

rB%：

制动电阻使用率

　　在实际使用中，制动电阻功率可按上述公式选取，也可根据选定的制动电阻值和功率，依次计算制动电阻能承受的利用率，从而正确设定，避免制动电阻过热损坏。

　　用功率计算制动电阻

　　制动电阻利用率规定了制动电阻的使用效率，为了避免制动电阻过热和损坏，它会影响制动单元的制动效果。

制动电阻利用率设置越低，电阻发热度越小，电阻消耗的能量越少，制动效果越差。

同时，制动装置的容量没有得到充分利用。

　　从理论上讲，当制动电阻利用率为100%时，制动单元的容量得到最充分的利用，制动效果最为明显。

但这就需要较大的制动电阻功率成本，用户应综合考虑。

在确定制动电阻的电阻值和功率的前提下，对于大惯性负载、减速较慢的情况，较低的阻力利用率将取得较好的效果。

对于需要快速停车的负荷，宜选用较大的制动电阻利用率。