变频器动力制动能量的计算

希殿电气技术有限公司  全国代理  康经理 发布

        当一台感应电机被机械驱动,并且有一台变频器给电机的出线端子提供某一电压的时候,它将作为一台发电机给变频器回馈能量。
        通常,在交流电机和负载的减速阶段,储存的大部分能量将被电机转化为电能反馈到变频器。当一个高惯性负载突然减速时,会有过大的反馈能量不能被变频器的直流母线所吸收,导致直流母线上电压过高而跳闸。

        由于变频器的直流侧电容只能吸收很小一部分的反馈能量,对于超过系统本身损耗的的制动力矩, 需提供一个动力制动电路来消除剩余能量。通过控制一个专用的制动控制电路控制的制动单元的工作/停止周期来防止直流母线上的电压过高。通过控制在发电过程中制动单元的工作/停止周期来防止直流电压超过值和直流侧电容的过度充电。许多变频器的固有特征是当输出频率小于基础频率时,为恒定V/F比值控制(力矩恒定);当输出频率大于基础频率时,为恒电压控制(功率恒定)。因为其恒压变频特性,基础频率之上的再生功率是恒定的,但在基础频率之下,将逐渐衰减至在速度为零时功率为零。当停车时,系统固定损耗大多数情况为摩擦力使驱动系统停止。
        当运行在基础频率之上任何速度,再生功率都为值且保持恒定,此时制动电阻器发挥功效。制动扭矩与在恒定电压下反比于电阻值的再生电流是一对函数关系。于是电阻值的选择决定了制动扭矩的大小。
        电阻的额定功率取决于制动周期(制动时间和循环时间)和电阻的冷却。
        出于安全的考虑,通常使用一个热继电器来单独保护电阻防止持续过载。这个热继电器应该控制切断变频器输入电源。

制动电阻的应用

        通常情况下,当电源为380-460V时,变频器的直流母线电压值为800V,电阻,电缆,绝缘需与此工作电压匹配。
        电阻值及额定功率可以由需吸收的能量,即释放的功率值和连续减速的延时时间算出。为了得到电阻的阻值需要知道要求的制动扭矩;为了得到电阻的额定功率需要知道负载的能量有多大。
        电机和负载的动能等于 0,J?2

在此    J = 电机和驱动器的总转动惯量(Kgm2 )


? = 角速度 (弧度值/秒), 或者


        因为能量与角速度的平方成正比,系统的能量集中在高速状态,会在开始减速的时候传递给电阻。假如电机运转在基础频率之上,传递给电阻的能量为定值,直到降至基础频率以下。用于制动周期的制动电阻应能承受热冲击,推荐使用额定脉冲式电阻。

举例:
转动惯量为10 的负载由1500rpm减速到静止。
计算制动电阻值,额定功率。

需要的数据:
        电机及驱动                                             30kW
        电机额定转矩                                         191Nm
        减速时间                                                 待定
        重复周期时间                                         30 s
        负载转动惯量 (J)                                    10 Kgm2
        电阻阻值(R)                                            未知
        电阻额定功率值(Pr)                         未知
        电阻工作电压 (V)                                  750V

首先基本的一步是确定减速时间 (Tb ):

                                        

减速发生在电机额定转矩的150%。
值         Mb max = 1.5 x 191 = 286.5
快的减速时间Tb :  





可以确定一个实际的减速时间 , 对于这个例子,令 =7s
计算减速时间为7s时需要的制动转矩

       

       

制动功率为:



Kw

     = 35.24 kW

制动电阻阻值为:

        电阻的额定功率为:
        由于制动电阻的工作为间歇性的,其额定功率可按间歇性的功率选择而不必是连续功率。优点是可根据电阻的过载系数来充分利用电阻的过载值(O/L), 这个系数可由一组冷却曲线得出,这个曲线是由制动电阻生产商或者供应商提供的。
        在这个例子中,减速时间设置为7秒,循环周期时间为30秒。
        所选择的电阻的额定功率为:

      
      = 17.5Kw


        实际上,在再生制动过程中,电机和负载的机械损耗可耗散15%到20%的制动能量。通常的情况下,实际上推荐的制动电阻阻值是代表应用中的值,使用推荐的阻值有可能会产生额外的制动转矩。然而,由于负载惯量的能量反馈值是由减速度决定,制动单元通过调整制动电阻的运行/停止周期来实现按照实际速率消耗能量。