起重機變頻制動電阻器的四種匹配計算方法

起重機調(diào)速技術(shù)已有了較長的開展歷史，從直流調(diào)速到交流調(diào)速，從AC定子調(diào)速技術(shù)到DC晶閘管調(diào)速裝置，再開展到今天廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速技術(shù)。但這些技術(shù)都存在著元件易損、維修不便、設(shè)備沖擊大、調(diào)速X圍小等許多缺點。進入20世紀90年代以來，變頻調(diào)速技術(shù)的日臻成熟，以其調(diào)速X圍大、構(gòu)造簡單、維修方便、減小噪音、節(jié)約電力等優(yōu)點，開場在起重領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在起重變頻調(diào)速系統(tǒng)運行中，當(dāng)停車或下降時，重物產(chǎn)生的位勢負載使電機處于發(fā)電狀態(tài)，能量向電源側(cè)回饋，由于大多數(shù)變頻器沒有電能回饋裝置，此時必須通過制動單元將這局部能量由制動電阻以熱能的形式釋放掉，所以制動單元和制動電阻在起重變頻調(diào)速系統(tǒng)中起著非常重要的作用。本文重點介紹如何正確匹配計算制動電阻。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有多種版本的匹配計算方法出現(xiàn)，歸納大致如下；方法一、制動電阻的阻值和功率計算1.1剎車使用率ED%制動使用率ED%,也就是臺達說明書中的剎車使用率ED%。剎車使用率ED%定義為減速時間T1除以減速的周期T2,制動剎車使用率主要是為了能讓制動單元和剎車電阻有充分的時間來散除因制動而產(chǎn)生的熱量；當(dāng)剎車電阻發(fā)熱時，電阻值將會隨溫度的上升而變高，制動轉(zhuǎn)矩亦隨之減少。剎車使用率ED%=制動時間/剎車周期二T1/T2*100%。〔圖1〕圖1剎車使用率ED%定義現(xiàn)在用一個例子來說明制動使用率的概念：10%的制動頻率可以這樣理解，如果制動電阻在10秒鐘能夠消耗掉100%的功率，那么制動電阻至少需要90秒才能把產(chǎn)生的熱量散掉。1.2制動單元動作電壓準位當(dāng)直流母線電壓大于等于制動電壓準位〔甄別閾值〕時，剎車單元動作進展能量消耗。臺達制動電壓準位如表1所示?！鲭娫措娗f的迪擇與PNl「｛流電壓隴動作準位23W級AC電盟電壓制幼開給電壓中（P）、」N）母線DC電壓4G0V圾AC電源電壓制動開始電任+（Pk-伊）母線DC電壓190Vac330Vdc380Vac660Vdc200V3C345妣400Vac690Vdc21Wac360Vdc415Vac72OVdc220Vac380Vdc440Vac76OVdc230囪400Vdc460Vacaoovdc240Vac. 415Vdc480Vac83OVdc容Hi電源”±10%的變動點擊看原圖1.3制動電阻設(shè)計〔1〕工程設(shè)計。實踐證明，當(dāng)放電電流等于電動機額定電流的一半時，就可以得到與電動機的額定轉(zhuǎn)矩一樣的制動轉(zhuǎn)矩了，因此制動電阻的粗略計算是:其中：°。制動電壓準位'媯電機的額定電流。為了保證變頻器不受損壞，強制限定當(dāng)流過制動電阻的電流為額定電流時的電阻數(shù)值為制動電阻的最小數(shù)值。選擇制動電阻的阻值時，不能小于該阻值。兀血in一~根據(jù)以上所敘，制動電阻的阻值的選擇X圍為：%八/皿 q二 制動電阻的耗用功率當(dāng)制動電阻在直流電壓為的電路工作時，其消耗的功率為：耗用功率的含義:如果電阻的功率按照此數(shù)值選擇的話，該電阻可以長時間的接入在電路里工作?，F(xiàn)場中使用的電阻功率主要取決于剎車使用率ED%。因為系統(tǒng)的進展制動時間比擬短，在短時間內(nèi)，制動電阻的溫升缺乏以到達穩(wěn)定溫升。因此，決定制動電阻容量的原那么是，在制動電阻的溫升不超過其允許數(shù)值〔即額定溫升〕的前提下，應(yīng)盡量減小容量，粗略算法如下：x為制動電阻的降額系數(shù)無=1一巴月R為實際的選用電阻阻值凡為制動電阻的功率〔2〕設(shè)計舉例。根據(jù)以上的公式我們可以大致的推算出來我們需要的制動電阻的阻值和功率。以臺達VFD075F43A變頻器驅(qū)動7.5KW的電機作為例來說明，7.5KW電機額定電流是18&輸入電壓AC460，那么有：虬=落=快駕第歐＜；■：因此制動電阻的阻值取值乂圍：選擇電阻阻值要選擇市場上能夠買到的型號和功率段為宜，選擇阻值75歐。R 75根據(jù)實際的情況可以在計算的數(shù)值功率上適當(dāng)?shù)臄U大。方法二、制動單元與制動電阻的選配人、首先估算出制動轉(zhuǎn)矩一般情況下，在進展電機制動時，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X圍的話就無需接制動裝置；B、 接著計算制動電阻的阻值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。C、 然后進展制動單元的選擇在進展制動單元的選擇時，制動單元的工作最大電流是選擇的唯一依據(jù)。、最后計算制動電阻的標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，我們知道電阻的標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％E。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。制動力矩計算要有足夠的制動力矩才能產(chǎn)生需要的制動效果，制動力矩太小，變頻器仍然會過電壓跳閘。制動力矩越大，制動能力越強，制動性能約好。但是制動力矩要求越大，設(shè)備投資也會越大。制動力矩準確計算困難，一般進展估算就能滿足要求。按100%制動力矩設(shè)計，可以滿足90%以上的負載。對電梯，提升機，吊車，按100%開卷和卷起設(shè)備，按120%計算離心機100%需要急速停車的大慣性負載，可能需要120%的制動力矩普通慣性負載80%在極端的情況下，制動力矩可以設(shè)計為150%，此時對制動單元和制動電阻都必須仔細合算，因為此時設(shè)備可能工作在極限狀態(tài)，計算錯誤可能導(dǎo)致?lián)p壞變頻器本身。超過150%的力矩是沒有必要的，因為超過了這個數(shù)值，變頻器本身也到了極限，沒有增大的余地了。電阻制動單元的制動電流計算〔按100%制動力矩計算〕制動電流是指流過制動單元和制動電阻的直流電流。380V標準交流電機：P 電機功率？氏叫k 回饋時的機械能轉(zhuǎn)換效率，一般k=0.7〔絕大局部場適宜用〕V 制動單元直流工作點〔680V-710V,一般取700V]I 制動電流，單位為安培計算基準：電機再生電能必須完全被電阻吸收電機再生電能〔瓦〕=1000XPXk=電阻吸收功率〔VXI]計算得到I二P。。。。。。。。。。制動電流安培數(shù)=電機千瓦數(shù)即每千瓦電機需要1安培制動電流就可以有100%制動力矩制動電阻計算和選擇〔按100%制動力矩計算〕電阻值大小間接決定了系統(tǒng)制動力矩的大小，制動力矩太小，變頻器仍然會過電壓跳閘。電阻功率選擇是基于電阻能平安長時間的工作，功率選擇不夠，就會溫度過高而損壞。380V標準交流電機：P 電機功率？氏叫k 回饋時的機械能轉(zhuǎn)換效率，一般k=0.7〔絕大局部場適宜用〕V 制動單元直流工作點〔680V-710V,一般取700V]I 制動電流，單位為安培R 制動電阻等效電阻值，單位為歐姆Q 制動電阻額定耗散功率，單位為kWs 制動電阻功耗平安系數(shù)，s=1.4Kc 制動頻度，指再生過程占整個電動機工作過程的比例，這事一個估算值，要根據(jù)負載特點估算一般&取值如下:電梯 Kc=10?15%油田磕頭機 Kc=10?20%開卷和卷取 Kc=50?60%最好按系統(tǒng)設(shè)計指標核算離心機 Kc=5?20%下放高度超過100m的吊車 Kc=20?40%偶然制動的負載 Kc=5%其它 Kc=10%電阻計算基準：電機再生電能必須被電阻完全吸收電機再生電能〔瓦〕=1000XPXk=電阻吸收功率〔VXV/R]計算得到：制動電阻R=700/P 〔制動電阻值=700/電機千瓦數(shù)〕電阻功率計算基準：電機再生電能必須能被電阻完全吸收并轉(zhuǎn)為熱能釋放Q=PXkXKcXs=PX0.7XKcX1.4近似為Q=PXKc因此得到:電阻功率。=電動機功率？乂制動頻度Kc制動單元平安極限：流過制動單元的電流值為700/R方法三、起重變頻器制動功率的簡便計算對于制動功率的計算通常是采用計算制動轉(zhuǎn)矩的方法，但針對于起重變頻器的制動功率的計算此方法不太適用且計算太復(fù)雜。國內(nèi)外的變頻器廠家也沒有針對起重變頻器制動功率給出方便的計算方法，如果僅依據(jù)其選型手冊按一般停車工況進展選型，通常不能正常使用。如安川G7系列45KW變頻器，如按手冊選型最大選擇制動單元為CDBR-4045B1臺，制動功率9.6KW,如果此變頻器用于提升機構(gòu)，制動功率就會差的太多而無法工作。ABB變頻器制動單元選型手冊也都是針對停車工況選型的計算，無法完成在起重領(lǐng)域應(yīng)用時的選型。對于起重變頻器停車工況所需的制動功率容量較小，而重物下降時所需的制動功率容量較大，應(yīng)選型時應(yīng)滿足最大下降重量、最大下降行程、最快下降速度的要求。在起重機重荷下降時電動機作為發(fā)電機產(chǎn)生電能，而電動機的驅(qū)動是來自于重物的勢能，根據(jù)能量守恒定律，產(chǎn)生的電能應(yīng)等于重物勢能的釋放，又等于電阻的熱能耗〔在不考慮功率損耗〕。所以只需計算重物勢能產(chǎn)生的功率就是所需的制動功率。對于下降物體勢能產(chǎn)生的功率很容易計算。

PE=GMXVMPW=PEX〔1-n〕PE 下降勢能產(chǎn)生的功率單位：瓦PW制動功率 單位：瓦GM 最大下降重量單位：牛VM 最快下降速度單位：米/秒n 電機和變頻器的內(nèi)耗功率系數(shù)，一般為20%計算出制動功率PW后再依據(jù)廠家提供的手冊配置相應(yīng)的制動單元和制動電阻，一定要嚴格按照手冊數(shù)據(jù)配置制動單元，否那么可能會因配置不當(dāng)導(dǎo)致制動單元電流過大而燒壞。變頻器制動電阻設(shè)計計算方法四1、 首先依據(jù)電動機大小確定