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3.5 能耗电路勿硬套
能耗电路的作用在2.3.2节中已经讲述了。在变频器的说明书上，对于制动电阻的规格，大多给出了一个参考数据。但事实上，说明书上制动电阻的规格，只适用于一般降速的情况下。在许多场合，须根据生产机械的具体情况来具体决定的，不要按照说明书硬套。
3.5.1 应用场合要知底
3.5.1.1 负载要求快速停机
在一般情况下，如在降速过程中直流电压超过上限值，可以通过“防止跳闸功能”来避免跳闸，而不必要配置能耗电路。但防止跳闸功能实际上将延长减速时间，这将满足不了某些生产机械必须快速停机的要求。遇到这种情况，必须配置能耗电路，即制动电阻和制动单元。
3.5.1.2 重物下降
当起升机构放下重物时，由于重物重力加速度的带动，使转子的转速超过同步转速，电动机处于 发电机状态，并使直流电压上升至超过上限电压值，如图3-26(b)所示。对于这种情况，必须接入能耗电路。
图3-26 必须配能耗电路的场合
3.5.2 能耗电路算仔细
3.5.2.1 制动电流的近似估算
准确计算制动电流非但比较麻烦，也没有必要。统计资料表明，当流过能耗电路的制动电流IB等于电动机额定电流的一半时，电动机的制动转矩大约等于其额定转矩:
IB＝IMN/2
→TB≈TMN (3-12)
式中， IB—制动电流，A;
IMN—电动机额定电流，A;
TB—制动转矩，N·m;
TMN—电动机额定转矩，N·m。
一般情况下，制动转矩的选择范围是:
TMN＜TB＜2TMN (3-13)
用户可根据生产机械的具体情况，按式(3-12)和(3-13)来决定制动电流。
3.5.2.2 制动电阻的计算
(1) 电阻值
当制动电流决定以后，计算制动电阻是十分容易的:
(3-14)
式中，RB—制动电阻值，Ω;
UBH—直流电压的上限值，V。
图3-27 能耗电路及其接法
(2) 直流电压的上限值
按照国家规定，网络电压的最大上限值，不应超过额定值的10%，故一般规定直流电压的上限值如下:
UBH＞UL(1＋10%) (3-15)
式中，UL—输入线电压的有效值，V。
我国的网络电压统一为380V，则直流电压的上限值应为600V。但进口变频器的进线电压最高可达460V，故直流电压的上限值大多定为700V。也有定为800V的。
(3) 制动电阻的容量
当制动电阻接入电路时，所消耗的功率为:
(3-16)
式中，PBO—制动电阻接入电路时消耗的功率，kW。
因为能耗电路并不总是处于导通状态的，并且，每次导通的时间往往不长。所以，实际制动电阻的容量可以适当减小:
PB≥αB PBO (3-17)
式中，PBO—制动电阻容量的实际值，kW;
αB—容量的修正系数。
αB的取值范围大致如下:
用于减速或停机时αB＝0.1～0.5
用于运行发电时αB＝0.8～1.0
“运行发电”的主要特点是，电动机处于再生制动的持续时间较长。例如:起重机械放下重物的过程、矿山竖井或斜井以及电动扶梯的下行过程，卷绕机械的放卷过程等。
3.5.2.3 自己配制制动电阻
(1) 方法介绍
制动电阻烧坏后，如果一时买不到，而生产现场又不允许长时间停机，可以自己配制，方法如下:
一般情况下，制动电阻可以用电炉丝或其他电热设备中的发热元件来代替。由于发热元件的额定电压通常是220V，而处于再生制动状态的直流回路的平均电压约为650V~700V，故发热元件应以三组串联为宜，如图3-28所示。
图3-28 自制制动电阻
发热元件的额定数据只有两个:额定功率和额定电压。
上述数据是在发热状态下的数值。根据额定数据，其热态电阻值可计算如下:
(3-18)
式中, PEN─发热元件的额定功率，W;
UEN─发热元件的额定电压，V;
RE─发热元件的热态电阻，Ω。
由于电热设备的工作温度一般在200℃以内，热态电阻与冷态电阻的差别并不很大，故式(3-18)的计算结果是可用的。各种规格发热元件的电阻值见表3-3。
(2) 计算实例
某37kW电动机，起、制动频繁，按变频器说明书配置了制动电阻和制动单元。制动电阻的规格是:20Ω、5kW，制动单元的动作电压是700V。结果，用不多久，制动电阻就烧坏了。
首先，需要审核说明书的数据。
制动电阻接入电路时消耗的功率是:
则说明书中制动电阻的修正系数是:
对于起动与制动比较频繁的负载，以及对于向下运行的重力负载来说，上述修正系数显然是太小了。
其次，计算用用发热元件代替的方案。
今采用9根2kW的发热元件串、并联来代替，如图3-28所示。则:
合成热态电阻RB′的大小为:RB′＝24.2Ω
冷态电阻值接近于20Ω。
发热元件总的额定功率:PB′＝2×9＝18kW
修正系数增大为:
可见，制动电阻的容量已经足够了。
用发热元件作制动电阻时，非但价格比较低廉，并且在安装时可以根据用户的具体情况灵活安排。
3.5.2.4 制动单元的基本原理
(1) 制动单元的作用
如图3-29(a)所示:
UD＞UDH→BV导通;
UD＜UDH→BV截止。
这里, UD—直流主电路的电压，V;
UDH—直流电压的上限值，V;
BV—制动单元。
(2) 制动单元的框图和原理 如图3-29(b)所示。
图3-29 制动单元的构成
UA是与电压上限值UDH(700V)对应的基准电压;
US是与UA直流电压的实际值对应的采样电压。US和通过比较器进行比较后工作如下:
UD＞UDH→US＞UA→比较器输出为“＋”→驱动电路输出为“＋”→BV导通;
UD＜UDH→US＜UA→比较器输出为“－”→驱动电路输出为“－”→BV截止。
3.5.2.5 功率器件可用交流接触器
制动单元非但价格昂贵，且容易损坏。并且由于应用较少，各营销公司大多没有备品。故一旦损坏，难以立刻买到，影响生产。
如用交流接触器来代替制动单元(见图3-30)，则非但可以克服上述缺点，且价格十分低廉。一旦损坏，用户可以自行更换。
图3-30 用交流接触器代替制动单元
方法如下:
将交流接触器的三对主触点串联后代替制动单元的开关器件。三对主触点串联的原因是:
(1) 交流接触器主触点的耐压是500V，而直流电路的工作电压则大于500V。三对串联后，耐压达1500V，裕量足够;
(2) 交流接触器的灭弧系统较差，一般不适宜用在直流电路中。三对触点串联后，可以加强灭弧作用。又由于是电阻电路，灭弧相对容易。
为了防止接触器的触点过快地通、断交替，其动作电压与释放电压之间应该设置一定的差值。例如:
UD＞650V→US＞UA→比较器输出为“＋”→继电器KB吸合→接触器KM闭合;
UD＜620V→US＜UA→比较器输出为“－”→继电器KB断开→接触器KM断开。
如接触器发生故障，用户可以自行更换。万一控制部分发生故障，用户可以采取临时的应急措施如下:
如用于停机过程中，则可使接触器线圈在每次停机时得电，即可解决;
如用于起重机械的重物下降过程中，则可使接触器线圈在每次下降时得电，即可解决。
上述方法，只能作为临时的应急措施，而不宜长期使用。如长期使用，则耗能较多。
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dingxiubing 发表于 2008/12/12 9:27:58
2楼 回复本楼
引用 dingxiubing 2008/12/12 9:27:58 发表于2楼的内容
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引用 syzdw 2008/12/22 8:25:37 发表于3楼的内容
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dingxiubing 发表于 2008/12/22 9:23:59
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引用 dingxiubing 2008/12/22 9:23:59 发表于4楼的内容
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引用 syzdw 2008/12/23 9:17:36 发表于5楼的内容