电气自动化培训之制动电阻选型计算

制动电阻选型计算：快速刹停伺服电机时，如何避免驱动器过压报警？
在使用伺服系统进行频繁启停或快速制动的设备中，工程师常常会遇到驱动器直流母线过压报警的问题。
这个问题的根源在于电机的再生能量无处释放，而解决方案的核心就是正确选配制动电阻。


过压报警从何而来？

伺服电机在减速或制动时，其惯性负载的动能会通过电机本身化为电能，反灌回驱动器的内部直流母线电容上。
这个过程称为“再生制动”。
如果回馈的能量超过了电容所能吸收的极限，母线电压就会迅速升高，触发过压保护，导致驱动器报警停机。


制动电阻的作用

制动电阻就是1个“能量泄放通道”。
当驱动器检测到母线电压过高时，会控制其内部的制动单元或外置单元导通，让多余的电能通过制动电阻以热量的形式消耗掉，从而将母线电压维持在安全范围内。


选型计算3步走

正确的选型关乎系统的稳定与安全，主要计算以下3个参数：

阻值：

阻值不能太小，否则导通时电流过大，会损坏制动单元。
驱动器手册通常会规定1个 最小阻值，选型电阻的阻值必须大于此值。


1个常用的经验公式是：R ≈ U² / P。
其中，U是驱动器母线电压例如750V DC，P是下面计算出的峰值功率。
但最终需以手册要求为准。


峰值功率：

这是制动电阻在短时间内减速期间能够承受的最大功率。


计算公式：P_peak = J Δω² / 2 t。


J 是电机与负载的总惯量kg·m²。


Δω 是制动过程中的速度变化量rad/s。


t 是制动时间s。


所选制动电阻的峰值功率必须大于计算出的 P_peak。


平均功率：

这是制动电阻在长期工作周期内所能承受的持续发热功率，由设备的动作频率决定。


计算公式：P_avg = P_peak 制动时间 / 总周期时间。


“总周期时间”指1个完整的“加速匀速减速停止”循环的时间。


所选制动电阻的平均功率必须大于计算出的 P_avg。


实践建议

留有余量：在实际选型时，建议将计算出的功率值乘以1个1.5~2的安全系数，以应对计算误差和工况波动。


安装注意：制动电阻工作时会产生大量热量，必须将其安装在散热良好的位置，并远离易燃物和电子元件，确保通风顺畅。


通过科学的计算和合理的选型，制动电阻能有效保障伺服系统在频繁制动工况下的稳定运行，彻底告别过压报警的困扰。