制动单元和制动电阻的选型方案

第一篇：制动单元和制动电阻的选型方案

制动单元和制动电阻的选型方案

所示为变频器调速系统的二种运行状态，即电动和发电。在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电机的转子转速未变。当同步转速w1小于转子转速w时，转子电流的相位几乎改变了180度，电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩Te，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能P经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”，使直流电压Ud升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。因此，对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理这部分再生能量。本文阐述的就是处理再生能量的方法：能耗制动和回馈制动。能耗制动的工作方式

能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动（如图二所示）。这是一种处理再生能量的最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能，因此又被称为“电阻制动”，它包括制动单元和制动电阻二部分。

2.1 制动单元

制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超过规定的限值时（如660V或710V），接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种，前者是适用于小功率的通用变频器，后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，二者并无区别，都是作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。

2.2 制动电阻

制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种：前者采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命；后者电阻器耐气候性、耐震动性，优于传统瓷骨架电阻器，广泛应用于高要求恶劣工控环境使用，易紧密安装、易附加散热器，外型美观。

2.3 制动过程

能耗制动的过程如下： A、当电机在外力作用下减速、反转时（包括被拖动），电机即以发电状态运行，能量反馈回直流回路，使母线电压升高；

B、当直流电压到达制动单元开的状态时，制动单元的功率管导通，电流流过制动电阻；C、制动电阻消耗电能为热能，电机的转速降低，母线电压也降低；

D、母线电压降至制动单元要关断的值，制动单元的功率管截止，制动电阻无电流流过；E、采样母线电压值，制动单元重复ON/OFF过程，平衡母线电压，使系统正常运行。

2.4 安装要求

制动单元与变频器之间，以及制动单元与电阻之间的配线距离要尽可能短（线长在2m以下），导线要足够粗；

制动单元在工作时，电阻将大量发热，应此要充分注意散热，并使用耐热导线，导线请勿触及电阻器；

放电功率电阻应使用绝缘挡片固定牢固，安装位置要确保良好散热，建议电阻器安装在电控柜顶部。

2.5 制动单元与制动电阻的选配 A、首先估算出制动转矩

一般情况下，在进行电机制动时，电机内部存在一定的损耗，约为额定转矩的18%-22%左右，因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置；

B、接着计算制动电阻的阻值

在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常数RC，R即为制动电阻的阻值，C为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V。

C、然后进行制动单元的选择在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下：

D、最后计算制动电阻的标称功率

由于制动电阻为短时工作制，因此根据电阻的特性和技术指标，我们知道电阻的标称功率将小于通电时的消耗功率，一般可用下式求得：

制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率%

2.6 制动特点

能耗制动（电阻制动）的优点是构造简单，缺点是运行效率降低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量，且制动电阻的容量将增大。

图二 能耗制动和制动单元、制动电阻的连接方式 共用直流母线方式的回馈制动

对于频繁启动、制动，或是四象限运行的电机而言，如何处理制动过程不仅影响系统的动态响应，而且还有经济效益的问题。于是，回馈制动成为人们讨论的焦点，然而在目前大部分的通用变频器还不能通过单独的一台变频器来实现再生能量的情况下，如何用最简单的办法来实现回馈制动呢？

为解决以上问题，这里介绍了一种共用直流母线方式的再生能量回馈系统，通过这种方式，它可以将制动产生的再生能量进行充分利用，从而起到既节约电能又处理再生电能的功效。

3.1 工作原理

我们知道通常意义上的异步电机多传动包括整流桥、直流母线供电回路、若干个逆变器，其中电机需要的能量是以直流方式通过PWM逆变器输出。在多传动方式下，制动时感生能量就反馈到直流回路。通过直流回路，这部分反馈能量就可以消耗在其他处在电动状态的电机上，制动要求特别高时，只需要在共用母线上并上一个共用制动单元即可。在实际的应用中，多传动的系统造价高、品牌少，也往往使用在钢铁、造纸等高端市场。以此参照到众多的制动小系统应用，也不失为一种效率好、节能高的制动方式。

图三 共用直流母线的回馈制动方式 图三接线是典型的共用直流母线的制动方式，M1是处于电动状态，M2经常处于发电状态，三相交流电源380V接到处于电动状态的电机M1上的变频器VF1端，而VF2则通过共用直流母线方式与VF1的母线相连。在此种方式下，VF2仅做为逆变器在使用，M2处于电动时，所需能量由交流电网通过VF1的整流桥获得；M2处于发电时，反馈能量通过直流母线由M2的电动状态消耗。

3.2 应用范围

共用直流母线的制动方式可典型应用于造纸机械、印刷机械、离心分离机以及系统驱动等。在这些应用中，有一个共同的特点：即处于发电状态的M2的容量远远小于处于电动状态的M1的容量，而且当M1的电动状态停止时（即变频器VF1待机），M2的发电状态随即转为电动状态。这样，直流母线电压就不会快速升高，系统始终处于比较稳定的状态。

这里以离心机为例进行应用说明。过滤式螺旋卸料离心机，在全速下连续进料、连续卸料，自动完成进料、分离、洗涤、卸料等工序。离心机的核心是过滤型转鼓，利用主机和副机的差转速来控制卸料速度，并实现无人安全操作。在处理过程中，主机始终处于电动状态，而副机则由于转速差的作用，基本上处于发电状态。主机和副机功率通常为22KW和5.5KW、30KW和7.5KW、45KW和11KW等4:1匹配，符合本节阐述的工作方式。为考虑到副机供电也是由主机变频器的整流桥提供，因此必须考虑到VF1的整流桥的额定电流（不同的变频器厂商其整流桥规格不一样），以此来决定VF1的选型。VF2的选型必须考虑到能够屏蔽输入缺相功能的变频器。应用本制动方式后，离心机不仅效率提高，而且节能效果好、运行平稳、维护简单。

3.3 制动特点

采用共用直流母线的制动方式，具有以下显著的特点：

a.共用直流母线和共用制动单元，可以大大减少整流器和制动单元的重复配置，结构简单合理，经济可靠。

b.共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大；

c.各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，优化了系统的动态特性； d.提高系统功率因数，降低电网谐波电流，提高系统用电效率。回馈到交流电网的制动方式

在生产工况中，我们往往又会碰到另外一个问题：如何真正实现从电机到直流母线、再从直流母线到交流电网的能量回馈呢？由于通用变频器一般采用不可控整流桥，因此必须采取其他的控制方式来实现。

4.1 工作原理

要实现直流回路与电源间的双向能量传递，一种最有效的办法就是采用有源逆变技术：即将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。

图四 回馈电网制动原理图 图四所示为回馈电网制动原理图，它采用了电流追踪型PWM整流器，这样就容易实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度。同时，这样的拓扑结构使得我们能够完全控制交流侧和直流侧之间的无功和有功的交换。

4.2 制动特点

a.广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合，节能运行效率高； b.不产生任何异常的高次谐波电流成分，绿色环保； c.功率因数≈1；

d.多电机传动系统中，每一单机的再生能量可以得到充分利用； e.节省投资，易于控制网侧谐波和无功分量； 结束语

通用电压型变频器只能运行于一、三象限即电动状态，因此在以下应用场合，用户必须考虑配套使用制动方式：电机拖动大惯量负载（如离心机、龙门刨、巷道车、行车的大小车等）并要求急剧减速或停车；电机拖动位能负载（如电梯，起重机，矿井提升机等）；电机经常处于被拖动状态（如离心机副机、造纸机导纸辊电机、化纤机械牵伸机等）。以上几类负载的共同特点，要求电机不仅运行于电动状态（一、三象限），而且要运行于发电制动状态（二、四象限）。为使系统在发电制动状态能正常工作，必须采取适当的制动方式。本文试图从工程的角度论述了能耗制动、回馈到共用直流母线方式的制动、回馈到交流电网的制动共3种典型制动方式的工作原理，以及应用范围和优缺点。

第二篇：制动电阻

制动电阻

制动电阻的作用

在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电机的转子转速未变。当同步转速小于转子转速时，转子电流的相位几乎改变了180度，电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”，使直流电压升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。

因此，对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理这部分再生能量。处理再生能量的方法：能耗制动和回馈制动.能耗制动的工作方式

能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。这是一种处理再生能量的最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能，因此又被称为“电阻制动”，它包括制动单元和制动电阻二部分。

制动单元

制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超过规定的限值

制动电阻

时（如660V或710V），接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种，前者是适用于小功率的通用变频器，后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，二者并无区别，都是作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。

制动电阻

制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种：前者采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命；后者电阻器耐气候性、耐震动性，优于传统瓷骨架电阻器，广泛应用于高要求恶劣工控环境使用，易紧密安装、易附加散热器，外型美观一般情况下大部分电梯都不会设对重安全钳，只有在轿箱会社安全钳，只有在底坑悬空的情况下会设对重安全钳！

对重安全钳是保护电梯上行对重上行出现超速的情况下实施的保护，电梯轿箱如果在顶层，一般对重会在底坑，如果出现超速冲顶的情况下，对重会冲过缓冲间距（国标规定是150~400mm）和缓冲行程（缓冲器不同规格有所不同），如果这两道保护冲破之后还不行，那么就会出现轿箱继续往上行走，不过我们国标对此行程也有一定的规定，电梯公司

制动电阻

也预留除了距离，所以轿箱不会冲到顶上，也就不会出现大的安全事故，底坑是实心的，底下没有进人空间，就算很大的作用力下到底坑也不会有安全事故发生（底坑悬空除外）

counterweight 对重 包括对重框和对重块，对重块可放置在对重框中间，用来调整对重重量，可进行增减。

对重的作用是平衡轿厢的，既在轿厢和对重框之间有曳引绳连接，曳引绳由屋顶的曳引轮与曳引绳产生的摩擦力来带动轿厢上下运动。对重的作用是平衡轿厢的重量，这样曳引轮只需要带动轿厢与对重重量之差，即可使轿厢上下运动。

一般的材质为铸铁但每块的重量不好控制（成本低），也有铸钢的。

对于曳引式结构电梯，其对重不能太重，也不宜太轻，它应与乘人和载物的轿厢那侧的重量相称。即电梯的平衡系数按规定应在0.4－0.5之间，就是对重的重量要与轿厢的重量再加上0.4－0.5倍电梯的额定载重量相平衡。那么平衡系数到底有什么物理意义。

电梯平衡系数是度量电梯在运行中不平衡状态量的一个参数，平衡系数影响到驱动电机的输出转矩，从而影响到电能的消耗。曳引式电梯使用对重的一个主要目的就是为了降低电梯驱动电机的功率。对于一台曳引式结构，额定载重量为一吨，速度为1.75m/s的8层8站电梯，可以使用功率为15kw的驱动电机，在对曳引钢丝绳进行精确补偿后，额定载重量为一吨，速度1.75m/s的17层17站电梯，同样也可以用功率为15kw的驱

制动电阻

动电机。这就是因为无论是8层8站，还是17层17站，两台电梯在运行中，其对重侧与轿厢侧质量不平衡状态量是一样的，在曳引轮上形成的力距差没有太大区别，因而同样可以使用功率为15kw的驱动电机。

电梯每一次运行中所消耗的电能就是该电梯的瞬时功率对于运行时间的积分再除以效率，即W＝（∫PΔt）/η。从功率的定义可知，电机输出的瞬时功率P的大小取决于电机的输出力距M与电机转速η的乘积。每台电梯的运行速度曲线都是固定不变的，那么电机的输出力矩M就成了影响电梯输出功率的唯一变量。从电梯结构可看出，电机输出力矩直接受到电梯对重侧质量与轿厢的不平衡状态量的影响。如果曳引轮两边的不平衡量很大，当电梯运行方向与这种不平衡转矩反向时，则电机要付出较大的力矩，当然就要消耗更大的电能。如运行方向与其一致时，则电机处于发电状态，这一部分势能又以电的热效应损失了，消耗在放电电阻上。当电梯在对重侧与轿厢侧的质量平衡状态下运行时，电机输出力矩最小，其功率和所消耗的电能也都是最小的。

电梯曳引轮两侧，即对重侧与轿厢侧的力矩比值，尤其是在制动工况下的比值，是决定曳引绳与曳引轮是否打滑，或是电梯平稳运行的最重要参量。那么，描述电梯对重侧与轿厢侧不平衡状态量的平衡系数也是描述这个比值的基础。平衡系 数要求在0.4－0.5之间，如果超差就会带来上述电梯故障现象，所以必须重新进行电

制动电阻

梯平衡系数的测定和调整，其方法与有关故障中调整方法相同。

第三篇：变频器制动电阻分析

一例变频器制动单元电路及图解

一、《CDBR-4030C制动单元》主电路图

《CDBR-4030C制动单元》主电路图说

因惯性或某种原因，导致负载电机的转速大于变频器的输出转速时，此时电机由“电动”状态进入“动电”状态，使电动机暂时变成了发电机。负载电机的反发电能量，又称为再生能量。

一些特殊机械，如矿用提升机、卷扬机、高速电梯等，当电动机减速、制动或者下放负载重物时（普通大惯性负荷，减速停车过程），因机械系统的位能和势能作用，会使变频器的实际转速有可能超过变频器的给定转速，电机绕组中的感生电流的相位超前于感生电压，出现了容性电流，而变频器逆变回路IGBT两端并联的二极管和直流回路的储能电容器，恰恰提供了这一容性电流的通路。电动机因有了容性励磁电流，进而产生励磁磁动势，电动机自励发电，向供电电源回馈能量。这是一个电动机将机械势能转变为电能回馈回电网的过程。

此再生能量由变频器的逆变电路所并联的二极管整流，馈入变频器的直流回路，使直流回路的电压由530V左右上升到六、七百伏，甚至更高。尤其在大惯性负载需减速停车的过程中，更是频繁发生。这种急剧上升的电压，有可能对变频器主电路的储能电容和逆变模块，造成较大的电压和电流冲击甚至损坏。因而制动单元与制动电阻（又称刹车单元和刹车电阻）常成为变频器的必备件或首选辅助件。在小功率变频器中，制动单元往往集成于功率模块内，制动电阻也安装于机体内。但较大功率的变频器，则根据负载运行情况选配制动单元和制动电阻，CDBR-4030C制动单元，即是变频器的辅助配置之一。

先不管具体电路，我们可先从控制原理设想一下。所谓制动单元，就是一个电子开关（IGBT模块），接通时将制动电阻（RB）接入变频器的直流回路，对电机的反发电能量进行快速消耗（转化为热量耗散于环境空气中），以维持直流回路的电压在容许值以内。有一个直流电压检测电路，输出一个制动动作信号，来控制电子开关的通和断。从性能上讲，变频器直流回路电压上升到某值（如660V或680V）后，开关接通将制动电阻RB接入电路，一直至电压降至620V（或620V）以下，开关再断开，也是可行的。反正制动单元有RB的限流作用，并无烧毁的危险。若将其性能再优化一点的话，则由电压检测电路控制一个压/频（或电压/脉冲宽度）转换电路，进而控制制动单元中IGBT模块的通断。直流回路的电压较高时，制动单元工作频率高或导通周期长，电压低时，则相反。此种脉冲式制动比起直接通断式制动，性能上要优良多了。再加上对IGBT模块的过流保护和散热处理，那么这应是一款性能较为优良的制动单元电路了。

CDBR-4030C制动单元，从结构和性能上不是很优化，但实际应用的效果也还可以。内部电子开关是一只双管IGBT模块，上管的栅、射极短接未用，只用了下管，当然有些浪费，用单管的IGBT模块就可以的呀。保护电路是电子电路和机械脱扣电路的复合，厂家将空气断路器QF0内部结构进行了改造，由漏电动作脱扣改为了模块过热时的动作脱扣。温度检测和动作控制由温度继电器、Q4和KA1构成，在模块温升达75ºC时，KA1动作引发脱扣跳闸，QF1跳脱，将制动单元的电源关断，从而在一定程度上保护了IGBT模块不因过流或过热烧毁。检测电路（见下图）的供电，是由功率电阻降压、稳压管稳压和电容滤波来取得的，为15V直流供电。

该制动单元的故障主要多发于控制供电电路，表现为降压电阻开路，稳压管击穿等；另外，因引入了变频器直流回路的530V直流高压，线路板因受潮造成绝缘下降而导致的高压放电，使大片线路的铜箔条烧毁，控制电路的集成块短路等。又因线路板全部涂覆有黑色防护漆，看不清铜箔条的连接和走向，也为检修带来了一定的不便。

电路由LM393集成运算放大器、CD4081BE四2输入与门电路和7555（NE555）时基电路等构成。控制原理简述如下：

由P、N端子引入的变频器直流回路电压，经R1至R7电阻网络的分压处理，输入到LM339的2脚，LM339的3脚接入了经由15V控制供电进一步稳压、RP1调整后的整定电压，此电压值为制动动作点整定电压。LED1兼作电源指示灯。因LM393为开路集电极输出式运放电路，故两路放大器的输出端接有R13、R14的上拉电阻，以提供制动动作时的高电平输出。第一级放大电路为一个迟滞电压比较器（有时又称滞回比较器），D1、R10接成正反馈电路，提供一定的回差电压，以使整定点电压随输出而浮动，避免了在一个点上比较而使输出频繁波动。第二级放大器为典型的电压比较器的接法。实质上，运算放大器在这里是作为开关电路来使用的，中间不存在线性放大环节，而为开关量输出。两级放大电路对信号形成了倒相之倒相处理，使输出电压在高于整定电压时，电路有高电平输出。

LM393静态时为高电平输出，此高电平经D1和R10叠加到LM393的3脚上，“垫高”了制动动作整定点电压值。当2脚输入电压（如P、N间直流回路电压为660V）高于3脚电压时，1脚由高电平变为低电平；经第二级倒相处理，输出一个高电平信号给CD4081BE的1脚。同时，由于LM393的1脚变为低电平，3脚也由“垫高”了的电压值跌落为整定值。如此一来，当制动单元动作，将制动电阻接入了P、N间，从而使P、N电压由660V开始回落，一直回落到2脚电压（P、N间电压为580V）低于3脚整定电压值，电路翻转，制动信号停止输出，避免了在660V电压时，电路频繁动作导致的不稳定输出。

时基电路7555接成一个典型的多谐振荡器，输出一个固定占空比的脉冲频率电压。在LM393电压采样电路输出制动动作信号——CD4081BE的1脚为高电平时，时基电路7555输出矩形脉冲电压的高电平成分与LM393的高电平信号相与，使CD4081BE的3脚产生一个正电压的脉冲输出。此脉冲再经主/从转换开关、第二级与门开关电路相与处理后，由Q1、Q2互补式电压跟随器做功率放大后，驱动电子开关IGBT模块。

当主/从控制开关拨到上端时，本机器作为主机，实施制动动作，并将制动命令经端子OUT+、OUT-传送给其它从机；当主/从控制开关拨至下端时，本机器即做为从机，从端子IN+、IN-接受主机来的制动信号，经光电耦合器U5将信号输入CD4081BE的6脚，据主机来的信号进行制动动作。

我在图纸上标为“此电路意欲何为”的这部分电路，让我们从电路本身出发，来揣摩一下设计者的本意，如我分析的不对，希望读者朋友能为之指正。正常状态下，当实施制动动作时，可以看出，U2输出的制动信号为矩形脉冲序列信号（此信号加到U4的1脚），与PB端子经降压电阻加到U4的2脚的信号恰为互为倒相的矩形脉冲序列信号，在任一时刻，U4的1、2脚总有一脚为高电平，对或非门的“有高出低特性”来说，U4的3脚总是输出低电平，Q3处于截止状态，电路实施正常的制动动作；假定输出模块一直在接通中或已经击穿，则经PB端子到U4的2脚的信号为直流低电平，与1脚的脉冲信号相或非，使有了“两低出高”的输出。经U8驱动Q3，将U2的3脚的输出信号短接到地，进而使U2的8脚也为低电平，直到将U4的1、2脚彻底锁定为地（低）电平，则Q3持续进入饱合导通状态，将U2输出的制动信号彻底封锁。须断电才能解除这种封锁。但这种保护性封锁，对模块本身瞬态过流状态或Q1、Q2驱动电路本身的故障，似乎是无能为力和鞭长莫及的。

第四篇：制动单元选择

在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电机的转子转速未变。当同步转速小于转子转速时，转子电流的相位几乎改变了180度，电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”，使直流电压升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。因此，对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理这部分再生能量。处理再生能量的方法：能耗制动和回馈制动.能耗制动的工作方式

能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。这是一种处理再生能量的最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能，因此又被称为“电阻制动”，它包括制动单元和制动电阻二部分。

制动单元

制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超过规定的限值时（如660V或710V），接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种，前者是适用于小功率的通用变频器，后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，二者并无区别，都是作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。

制动电阻

制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种：前者采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命；后者电阻器耐气候性、耐震动性，优于传统瓷骨架电阻器，广泛应用于高要求恶劣工控环境使用，易紧密安装、易附加散热器，外型美观。

制动过程

能耗制动的过程如下：

能耗制动的过程如下：A、当电机在外力作用下减速、反转时（包括被拖动），电机即以发电状态运行，能量反馈回直流回路，使母线电压升高；B、当直流电压到达制动单元开的状态时，制动单元的功率管导通，电流流过制动电阻；C、制动电阻消耗电能为热能，电机的转速降低，母线电压也降低；D、母线电压降至制动单元要关断的值，制动单元的功率管截止，制动电阻无电流流过；E、采样母线电压值，制动单元重复ON/OFF过程，平衡母线电压，使系统正常运行。

制动单元与制动电阻的选配

A、首先估算出制动转矩

=（(电机转动惯量+电机负载测折算到电机测的转动惯量）*（制动前速度-制动后速度））/375*减速时间-负载转矩

一般情况下，在进行电机制动时，电机内部存在一定的损耗，约为额定转矩的18%-22%左右，因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置；

B、接着计算制动电阻的阻值

=制动元件动作电压值的平方/（0.1047*(制动转矩-20%电机额定转矩）*制动前电机转速）

在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常数RC，R即为制动电阻的阻值，C为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V。

C、然后进行制动单元的选择

在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下：

制动电流瞬间值=制动单元直流母线电压值/制动电阻值

D、最后计算制动电阻的标称功率

由于制动电阻为短时工作制，因此根据电阻的特性和技术指标，我们知道电阻的标称功率将小于通电时的

消耗功率，一般可用下式求得： 制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率%

制动特点 能耗制动（电阻制动）的优点是构造简单，缺点是运行效率降低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量，且制动电阻的容量将增大。

第五篇：基于电梯制动电阻回路免费升级研究

基于电梯制动电阻回路免费升级研究

摘 要：文章首先介绍电机能耗制动原理及电梯制动电路工作原理，详细分析制动电阻的阻值和容量选择，以供参考。

关键词：电梯；制动；电阻；维修

一 电机能耗制动原理

由于电力电子技术的不断发展和进步，使交流调速传动，尤其是性能优异的变频调速传动得到飞速的发展。近年来，电梯变频器的售价不断下降，而其使用功能却不断提升和扩大，它现在已经广泛应用于电梯传动装置的驱动（如图1所示）。在节能、省力、提高质量、减少维修和提高舒适性等多方面都取得了令世人瞩目的应用效果。但是，有些电梯变频器毕竟是近二十年来新出现的一种蕴涵多种高新技术的电力电子产品，在选型配套等方面还需有一个不断完善的过程。

众所周知，对于交流电机，能耗制动原理是：电动机切断交流电源后，转子因惯性仍继续旋转，立即在两相定子绕组中通入直流电，在定子中即产生一个静止磁场。转子切割这个静止磁场而产生感应电流，在静止磁场中受到电磁力的作用。这个力产生的力矩与转子惯性旋转方向相反，称为制动转矩，它迫使转子转速下降。当转子转速降至0，转子不再切割磁场，电动机停转，制动结束。此法是利用转子转动的能量切割磁通而产生制动转矩的，实质是将转子的动能消耗在转子回路的电阻上，故称为能耗制动。而能耗制动单元，主要是用于变频调速系统中，与合适的制动电阻匹配后，将电机在减速过程中所产生的再生电能以热能的形式消耗到电阻上，进而达到系统所必须的、良好的快速制动效果。若不接制动单元，直接接电阻也是可以的（接线位置不同，具体查看相应变频器说明书），只是制动转矩小（≤20%额定转矩），制动时间较长，刹车较慢，适合不频繁的制动的情况。而电梯是频繁的起制动工况，故一般添加能耗制动单元。

当电梯轿厢空载上升或重载下降时，拖动系统存在位能负荷下放。电动机将处于再生发电制动运行状态，使电动机回馈的能量通过逆变环节中并联的二极管流向直流环节的滤波电容器充电。当回馈能量较大时，会引起直流环节电压升高发生故障。当然，电动机急速减速也会造成上述现象。解决办法是在电梯变频器直流环节并联制动单元和制动电阻。制动单元是电梯变频器一个可选组件，内设检测和控制电路，其工作时对电梯变频器的直流回路电压进行在线检测。当电压超过设定允许值时，触发制动器晶体管导通，经电阻释放能量维持电梯变频器的直流母线电压在正常工作范围内，一个制动单元可并联几个电阻，视工况而定。对于小于30千瓦的变频器，制动单元都是内置的，而制动电阻都要外接。

二、电梯制动电路工作原理

变频器在运行中有时频繁启动和制动，有时拖动具有位能的负载（例如：电梯满载从上半部往下降落时制动），这将导致直流电路的电压UD增高.从而产生过电压，因此必须配接制动电阻，将滤波电容器 C 上多余的电荷释放掉。变频器的制动单元就相当一个装在直流回路和制动电阻之间的一个智能的开关，当直流回路的电压超过一定值时，这个开关就接通制动电阻，将直流回路与制动电阻接通，将多余的能量消耗在电阻上，从而避免直流回路过电压。

电梯在急速下降的时候，电动机会产生很高的反冲电压，如果不加上制动单元以及制动电阻来泄放掉这些电压，会导致变频器出现过压保护甚至炸坏内部电容、模块。而且，如果没有制动电阻，变频器内部的过电压失速控制保护起作用的时候，电梯会出现下降很缓慢，不能快速下降以及停车。

如图2所示，是制动电阻，V 是制动单元。制动单元是一个控制开关，当直流电路的电压UD增高到一定限值时，开关接通，将制动电阻并联到电容器 C 两端，泄放电容器上存储的过多电荷。其控制原理如图 2 虚线框内电路所示。电压比较器的反向输入端接一个稳定的基准电压.而正向输入端则通过电阻 R1 和 R2 对直流电路电压UD取样，当UD数值超过一定限值时.正向端电压超过反向端，电压比较器的输出端为高。经驱动电路使 IGBT 管导通，制动电阻开始放电。当UD电压数值在正常范围时，IGBT 管（绝缘栅双极型功率管）截止，制动电阻退出工作。

IGBT 管是一种新型半导体元件，它兼有场效应管输入阻抗高、驱动电流小和双极性晶体管增益高、工作电流大和工作电压高的优点.在变频器中被普遍使用，除了制动电路外，其逆变电路中的开关管也几乎清一色地选用 IGBT 管。

图 2中的电阻 R 是限流电阻，可以限制开机瞬间电容器 C 较大的充电涌流。适当延时后，交流接触器 KM 触点接通.将电阻 R 短路。有的变频器在这里使用一只晶闸管，作用与此类似。

三、制动电阻的阻值和容量选择

准确计算制动电阻值的方法比较麻烦，必要性也不大。作为一种选配件，各变频器的制造商推荐的制动电阻规格也不是很严格，而为了减少制动电阻的规格挡次，常常对若干种相邻容量规格的电动机推荐相同阻值的制动电阻。取值范围如下：

式中 制动电阻的阻值，单位：欧姆；

UDH直流电压的上限值，即制动电阻投入工作的门槛电压，单位：伏特；

IMN电动机的额定电流，单位：安培；

（1）式表明，制动电阻的大小，有一个允许的取值范围。

制动电阻工作时消耗的功率，可依据（2）式计算：

式中 制动电阻工作时消耗的功率，单位：瓦特；

计算出的制动电阻功率值是假定其持续工作时的值，但实际情况绝非如此，因为每台电梯使用工况是不一样的。制动电阻只有变频器和电梯曳引机在停机或制动时才进入工作状态.因此，根据电梯曳引机制动的频繁程度，式（2）计算出的结果应进行适当修正，修正系数可在 0.15～0.4 之间选择。制动频繁，或电动机功率较大时.取值大些；很少制动（电梯很少使用），或电动机功率较小时，取值小些。

变频器说明书中都会推荐不同功率电动机应该选择的制动电阻规格，一般情况下选用推荐规格是没有问题的。但是，推荐值对一种具体应用来说.不一定是最佳值。运行中若有异常。可根据上述原则进行适当调整。制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种：前者采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命；后者电阻器耐气候性、耐震动性，优于传统瓷骨架电阻器，广泛应用于高要求恶劣工控环境使用，易紧密安装、易附加散热器，外型美观。

制动单元的功能是当直流回路的电压超过规定的限值时，接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种，前者是适用于小功率的通用变频器，后者则是适用于大功率变频器，或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，二者并无区别，都是作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。

四、结束语

电梯制动电阻回路工作过程可以总结ABCDE五个环节，具体是：A、当电梯轿厢空载上升或重载下降时，电梯曳引机在外力作用下减速、反转，电机以发电状态运行，能量反馈回直流回路，使母线电压升高；B、当直流电压到达制动单元开的状态时，制动单元的功率管导通，电流流过制动电阻；C、制动电阻消耗电能为热能，电机的转速降低，母线电压也降低；D、母线电压降至制动单元要关断的值，制动单元的功率管截止，制动电阻无电流流过；E、采样母线电压值，制动单元重复ON/OFF过程，平衡母线电压，使系统正常运行。

参考文献

[1]朱昌明、洪教育、张惠桥编著.《电梯与自动扶梯原理、结构、安装、测试》上海交通大学出版社.1995年10月.[2] 刘竞成，《交流调速系统》上海交通大学出版社.1987年5月.