起重機(jī)變頻制動(dòng)電阻器的四種匹配計(jì)算方法

起重機(jī)變頻制動(dòng)電阻器的四種匹配計(jì)算方法(起重機(jī)調(diào)速技術(shù)已有了較長(zhǎng)的發(fā)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，再發(fā)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)速范圍小等許多缺點(diǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)的日臻成熟，以其調(diào)速范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、減小噪音、節(jié)約電力等優(yōu)點(diǎn)，開始在起重領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在起重變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行中，當(dāng)停車或下降時(shí)，重物產(chǎn)生的位勢(shì)負(fù)載使電機(jī)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(méi)有電能回饋裝置，此時(shí)必須通過(guò)制動(dòng)單元將這部分能量由制動(dòng)電阻以熱能的形式釋放掉，所以制動(dòng)單元和制動(dòng)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(diǎn)介紹如何正確匹配計(jì)算制動(dòng)電阻。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有多種版本的匹配計(jì)算方法出現(xiàn)，歸納大致如下；方法一、制動(dòng)電阻的阻值和功率計(jì)算1.1剎車使用率ED%制動(dòng)使用率ED%,也就是臺(tái)達(dá)說(shuō)明書中的剎車使用率ED%。剎車使用率ED%定義為減速時(shí)間T1除以減速的周期T2,制動(dòng)剎車使用率主要是為了能讓制動(dòng)單元和剎車電阻有充分的時(shí)間來(lái)散除因制動(dòng)而產(chǎn)生的熱量；當(dāng)剎車電阻發(fā)熱時(shí)，電阻值將會(huì)隨溫度的上升而變高，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩亦隨之減少。剎車使用率ED%=制動(dòng)時(shí)間/剎車周期=T1/T2*100%。（圖1）為了保證變頻器不受損壞，強(qiáng)制限定當(dāng)流過(guò)制動(dòng)電阻的電流為額定電流時(shí)的電阻數(shù)值為制動(dòng)電阻的最小數(shù)值。選擇制動(dòng)電阻的阻值時(shí)，不能小于該阻值。根據(jù)以上所敘，制動(dòng)電阻的阻值的選擇范圍為：制動(dòng)電阻的耗用功率

當(dāng)制動(dòng)電阻在直流電壓為的電路工作時(shí)，其消耗的功率為：耗用\o"功率"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(zhǎng)時(shí)間的接入在電路里工作?，F(xiàn)場(chǎng)中使用的電阻功率主要取決于剎車使用率ED%。因?yàn)橄到y(tǒng)的進(jìn)行制動(dòng)時(shí)間比較短，在短時(shí)間內(nèi)，\o"制動(dòng)電阻"制動(dòng)電阻的溫升不足以達(dá)到穩(wěn)定溫升。因此，決定制動(dòng)電阻容量的原則是，在制動(dòng)電阻的溫升不超過(guò)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：（2）\o"設(shè)計(jì)"設(shè)計(jì)舉例。根據(jù)以上的公式我們可以大致的推算出來(lái)我們需要的制動(dòng)電阻的阻值和功率。以\o"臺(tái)達(dá)"臺(tái)達(dá)VFD075F43A\o"變頻器"變頻器驅(qū)動(dòng)7.5KW的電機(jī)作為例來(lái)說(shuō)明，7.5KW電機(jī)額定電流是18A,輸入電壓AC460，則有：因此制動(dòng)電阻的阻值取值范圍：選擇電阻阻值要選擇市場(chǎng)上能夠買到的型號(hào)和功率段為宜，選擇阻值75歐。根據(jù)實(shí)際的情況可以在計(jì)算的數(shù)值功率上適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大。方法二、制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻的選配A、首先估算出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩變頻器供應(yīng)/p>

一般情況下，在進(jìn)行電機(jī)制動(dòng)時(shí)，電機(jī)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(jì)算出的結(jié)果在小于此范圍的話就無(wú)需接制動(dòng)裝置；B、接著計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值變頻器供應(yīng)/p>

在制動(dòng)單元工作過(guò)程中，直流母線的電壓的升降取決于常數(shù)RC，R即為制動(dòng)電阻的阻值，C為變頻器內(nèi)部電解電容的容量。這里制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷褐狄话銥?10V。C、然后進(jìn)行制動(dòng)單元的選擇變頻器供應(yīng)/p>

在進(jìn)行制動(dòng)單元的選擇時(shí)，制動(dòng)單元的工作最大電流是選擇的唯一依據(jù)D、最后計(jì)算制動(dòng)電阻的標(biāo)稱功率變頻器供應(yīng)/p>

由于制動(dòng)電阻為短時(shí)工作制，因此根據(jù)電阻的特性和技術(shù)指標(biāo)，我們知道電阻的標(biāo)稱功率將小于通電時(shí)的消耗功率，一般可用下式求得：

制動(dòng)電阻標(biāo)稱功率=制動(dòng)電阻降額系數(shù)X制動(dòng)期間平均消耗功率X制動(dòng)使用率%E。制動(dòng)特點(diǎn)變頻器供應(yīng)/p>

能耗制動(dòng)（電阻制動(dòng)）的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是運(yùn)行效率降低，特別是在頻繁制動(dòng)時(shí)將要消耗大量的能量，且制動(dòng)電阻的容量將增大。制動(dòng)力矩計(jì)算變頻器供應(yīng)/p>

要有足夠的制動(dòng)力矩才能產(chǎn)生需要的制動(dòng)效果，制動(dòng)力矩太小，變頻器仍然會(huì)過(guò)電壓跳閘。制動(dòng)力矩越大，制動(dòng)能力越強(qiáng)，制動(dòng)性能約好。但是制動(dòng)力矩要求越大，設(shè)備投資也會(huì)越大。制動(dòng)力矩精確計(jì)算困難，一般進(jìn)行估算就能滿足要求。按100%制動(dòng)力矩設(shè)計(jì)，可以滿足90%以上的負(fù)載。對(duì)電梯，提升機(jī)，吊車，按100%開卷和卷起設(shè)備，按120%計(jì)算離心機(jī)100%變頻器供應(yīng)要急速停車的大慣性負(fù)載，可能需要120%的制動(dòng)力矩普通慣性負(fù)載80%在極端的情況下，制動(dòng)力矩可以設(shè)計(jì)為150%，此時(shí)對(duì)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻都必須仔細(xì)合算，因?yàn)榇藭r(shí)設(shè)備可能工作在極限狀態(tài)，計(jì)算錯(cuò)誤可能導(dǎo)致?lián)p壞變頻器本身。超過(guò)150%的力矩是沒(méi)有必要的，因?yàn)槌^(guò)了這個(gè)數(shù)值，變頻器本身也到了極限，沒(méi)有增大的余地了。

電阻制動(dòng)單元的制動(dòng)電流計(jì)算（按100%制動(dòng)力矩計(jì)算）制動(dòng)電流是指流過(guò)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的直流電流。380V標(biāo)準(zhǔn)交流電機(jī)：P――――電機(jī)功率P(kW)變頻器供應(yīng)――――回饋時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率，一般k＝0.7（絕大部分場(chǎng)合適用）V――――制動(dòng)單元直流工作點(diǎn)（680V-710V，一般取700V）I――――制動(dòng)電流，單位為安培計(jì)算基準(zhǔn)：電機(jī)再生電能必須完全被電阻吸收變頻器供應(yīng)機(jī)再生電能（瓦）＝1000×P×k＝電阻吸收功率（V×I）計(jì)算得到I=P。。。。。。。。。。制動(dòng)電流安培數(shù)＝電機(jī)千瓦數(shù)即每千瓦電機(jī)需要1安培制動(dòng)電流就可以有100%制動(dòng)力矩

制動(dòng)電阻計(jì)算和選擇（按100%制動(dòng)力矩計(jì)算）變頻器供應(yīng)阻值大小間接決定了系統(tǒng)制動(dòng)力矩的大小，制動(dòng)力矩太小，變頻器仍然會(huì)過(guò)電壓跳閘。電阻功率選擇是基于電阻能安全長(zhǎng)時(shí)間的工作，功率選擇不夠，就會(huì)溫度過(guò)高而損壞。380V標(biāo)準(zhǔn)交流電機(jī)：P――――電機(jī)功率P(kW)k――――回饋時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率，一般k＝0.7（絕大部分場(chǎng)合適用）V――――制動(dòng)單元直流工作點(diǎn)（680V-710V，一般取700V）I――――制動(dòng)電流，單位為安培變頻器供應(yīng)――――制動(dòng)電阻等效電阻值，單位為歐姆Q――――制動(dòng)電阻額定耗散功率，單位為kWs――――制動(dòng)電阻功耗安全系數(shù)，s＝1.4Kc――――制動(dòng)頻度，指再生過(guò)程占整個(gè)電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的比例，這事一個(gè)估算值，要根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)估算一般Kc取值如下：電梯

Kc＝10~15%油田磕頭機(jī)

Kc＝10~20%開卷和卷取

Kc＝50~60%最好按系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)核算離心機(jī)

Kc＝5~20%下放高度超過(guò)100m的吊車

Kc＝20~40%偶然制動(dòng)的負(fù)載

Kc＝5%其它

Kc＝10%電阻計(jì)算基準(zhǔn)：電機(jī)再生電能必須被電阻完全吸收變頻器供應(yīng)機(jī)再生電能（瓦）＝1000×P×k＝電阻吸收功率（V×V/R）計(jì)算得到：制動(dòng)電阻R=700/P

（制動(dòng)電阻值＝700/電機(jī)千瓦數(shù)）電阻功率計(jì)算基準(zhǔn)：電機(jī)再生電能必須能被電阻完全吸收并轉(zhuǎn)為熱能釋放Q=P×k×Kc×s＝P×0.7×Kc×1.4近似為Q=P×Kc因此得到：電阻功率Q＝電動(dòng)機(jī)功率P×制動(dòng)頻度Kc制動(dòng)單元安全極限：流過(guò)制動(dòng)單元的電流值為700/R方法三、起重變頻器制動(dòng)功率的簡(jiǎn)便計(jì)算對(duì)于制動(dòng)功率的計(jì)算通常是采用計(jì)算制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法，但針對(duì)于起重變頻器的制動(dòng)功率的計(jì)算此方法不太適用且計(jì)算太復(fù)雜。國(guó)內(nèi)外的變頻器廠家也沒(méi)有針對(duì)起重變頻器制動(dòng)功率給出方便的計(jì)算方法，如果僅依據(jù)其選型手冊(cè)按一般停車工況進(jìn)行選型，通常不能正常使用。如安川G7系列45KW變頻器，如按手冊(cè)選型最大選擇制動(dòng)單元為CDBR-4045B1臺(tái)，制動(dòng)功率9.6KW,如果此變頻器用于提升機(jī)構(gòu)，制動(dòng)功率就會(huì)差的太多而無(wú)法工作。ABB變頻器制動(dòng)單元選型手冊(cè)也都是針對(duì)停車工況選型的計(jì)算，無(wú)法完成在起重領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)的選型。對(duì)于起重變頻器停車工況所需的制動(dòng)功率容量較小，而重物下降時(shí)所需的制動(dòng)功率容量較大，故選型時(shí)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(jī)重荷下降時(shí)電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，而電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)是來(lái)自于重物的勢(shì)能，根據(jù)能量守恒定律，產(chǎn)生的電能應(yīng)等于重物勢(shì)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(jì)算重物勢(shì)能產(chǎn)生的功率就是所需的制動(dòng)功率。對(duì)于下降物體勢(shì)能產(chǎn)生的功率很容易計(jì)算。

PE=

GM╳VMPW=

PE╳（1-η）

PE

下降勢(shì)能產(chǎn)生的功率

單位：瓦PW

制動(dòng)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

η

電機(jī)和變頻器的內(nèi)耗功率系數(shù)，一般為20%

計(jì)算出制動(dòng)功率PW后再依據(jù)廠家提供的手冊(cè)配置相應(yīng)的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，一定要嚴(yán)格按照手冊(cè)數(shù)據(jù)配置制動(dòng)單元，否則可能會(huì)因配置不當(dāng)導(dǎo)致制動(dòng)單元電流過(guò)大而燒壞。變頻器制動(dòng)電