起重變頻調速系統中制動電阻功率的計算
Calculation Methods on Braking Resistance Power of Lift`s Frequency Change and Speed Adjustment System
中國礦業大學信電學院 陸磊 郝繼飛
摘 要 ：本文介紹了在起重變頻調速系統中如何正確選擇制動電阻和制動單元，并給出一種計算制動電阻功率的簡便方法。
關 鍵 詞： 起重機、變頻器、制動單元、制動電阻
Abstract: This article presents how to select braking resistance and braking unit in the lift`s frequency change and speed adjustment system, And the article show a simple calculation methods on braking resistance power。
Keywords: Crane Inverter Braking Unit Braking Resistance
1、 引言
起重機調速技術已有了較長的發展歷史，從直流調速到交流調速，從AC定子調速技術到DC晶閘管調速裝置，再發展到今天廣泛應用的轉子串電阻調速技術。但這些技術都存在著元件易損、維修不便、設備沖擊大、調速范圍小等許多缺點。進入20世紀90年代以來，變頻調速技術的日臻成熟，以其調速范圍大、結構簡單、維修方便、減小噪音、節約電力等優點，開始在起重領域得到廣泛應用。
在起重變頻調速系統運行中，當停車或下降時，重物產生的位勢負載使電機處于發電狀態，能量向電源側回饋，由于大多數變頻器沒有電能回饋裝置，此時必須通過制動單元將這部分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速系統中起著非常重要的作用。本文重點介紹如何正確選型制動單元和制動電阻。
2 、變頻器能耗制動工作原理
在同一個電力拖動系統中,當電機轉速高于變頻器輸出頻率所對應的同步轉速時,處于發電狀態的電動機及負載的慣性能量將反饋到變頻器中(這種情況一般發生在電機被拖著走的時候,如起重機重物下降)。但通用變頻器大多沒有設計使再生能量反饋到三相電源的功能，因此所有變頻器從電機吸收的能量都會保存在電解電容中，最終導致變頻器中的直流母線電壓因電容充電升高。如處理不當，變頻器就會報警停機。（見圖1）
對于通用變頻器通常采用的方法是為變頻器配備制動單元和制動電阻，制動單元通過電平檢測確定直流母線電壓Ud是否超過規定的限值時（如660V或710V），如過壓就可以通過短時間接通電阻，使電能以熱能方式消耗掉。所以準確地計算制動功率、制動電阻阻值和功率容量等參數，對于變頻器的正常工作是至關重要的。
3 、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雜。國內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，如果僅依據其選型手冊按一般停車工況進行選型，通常不能正常使用。如安川G7系列45KW變頻器，如按手冊選型最大選擇制動單元為CDBR-4045B 1臺，制動功率9.6KW,如果此變頻器用于提升機構，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，無法完成在起重領域應用時的選型。
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，故選型時應滿足最大下降重量、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電機產生電能，而電動機的驅動是來自于重物的勢能，根據能量守恒定律，產生的電能應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生的功率就是所需的制動功率。對于下降物體勢能產生的功率很容易計算。
PE = NM ╳ VM
PW = PE ╳ （1-η）
PE 下降勢能產生的功率 單位：瓦
PW 制動功率 單位：瓦
NM 最大下降重量 單位：牛
VM 最快下降速度 單位：米/秒
η 電機和變頻器的內耗功率系數，一般為20%
計算出制動功率PW后再依據廠家提供的手冊配置相應的制動單元和制動電阻，一定要嚴格按照手冊數據配置制動單元，否則可能會因配置不當導致制動單元電流過大而燒壞。
4 、實際應用舉例
a、 洛陽伊川三電廠主廠房75/20噸天車 （僅以主起升為例）
主起升電機功率37KW，運行速度0.2-2米/分鐘，最大提升重量100噸。變頻器采用安川G7系列 45KW變頻器。計算制動功率：
NM = 100噸╳1000╳9.8
VM = 2 /60米/秒
PW = PE ╳（1-η）=NM ╳ VM╳（1-η）
= 100╳1000╳9.8╳2╳（1-0.2）/60
= 26.13千瓦
故主起升機構制動功率應不小于26.13千瓦，參照安川制動單元選型手冊，每臺CDBR-4045B可提供9.6KW的制動功率，可選用3臺并聯使用。在設備調試中我們曾使用2臺，但終因電阻過熱無法完成驗收測試。
5 結束語
參考文獻
[1] 交流調速系統 ，陳伯時等主編，，機械工業出版社，1999
[2] ACS-BRK制動單元安裝和啟動手冊。ABB電氣傳動系統有限公司。
[3] 安川Varspeed G7變頻器制動單元選型手冊 。安川電機。
作者簡介
陸磊，男，1972年11月出生，中國礦業大學信電學院工程碩士，現任徐州銳普自動化控制設備有限公司工程師，主要從事變頻器在起重領域的應用與研究工作。
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