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初入行的小伙伴,对制动电阻的应用往往非常感兴趣。
学习群里有个小伙伴提出以下应用案例:
制动电路设计原理?制动电阻如何选型?
能耗制动原理
制动电阻,主要用于帮助电机快速减速。以BLDC为例,常用的减速方式一般有3种:
1、短路制动;
2、限制发电转矩减速;
3、增大发电转矩快速减速,制动电阻耗能。
短路制动,往往只能用于低速,或者电动工具这种场合。电机的制动过程,是把电机的动能转移或者消耗掉。
短路制动属于把反电势施加在电机的RL上,同时电流流过开关管,当速度越高,反电势越大,短路产生的相电流甚至可能超过额定电流,造成开关管发热损坏,长期使用也影响电机寿命。
所以短路制动的本质是动能在电机定子电阻,开关管导通电阻上发热消耗掉。
第2/3种都属于发电,通过控制电机工作在发电状态,把能量转移到直流侧电容储存起来。不同的是,电容能储存的能量取决于容值和发电功率,发电功率取决于速度和发电转矩。
第2种方案为了防止电容过压,会选择限制发电转矩,那么电机减速会比较慢。往往发电转矩的限制是动态的,通过过压失速功能实时计算。
为了更快的实现电机减速,尤其在伺服等动态场合,或者起重机这种高发电转矩的场合,会放大转矩限制。先把电机动能转移到直流电容侧。
但是发电的能量太大,电容装不下怎么办?
增加一个制动电路,通过开关管控制电阻来消耗掉这部分能量。这种属于转移+发热消耗的方式,也称作能耗制动。
能耗制动电路
这部分电路如何设计呢?往往是小伙伴们关心的细节。
以英威腾的GD350A变频器用户手册为例:
在电路中的电压超过了最大限值时,制动管导通,将把外部制动电阻连接到中间直流电路,消耗回馈的能量。
当电路中电压跌落到安全区间时,制动功能暂时关闭,那么
下图中PB和+外接制动电阻,二极管用于开关管关闭时的续流。
能耗制动选型
关于制动功率的计算,以汇川SV660A伺服手册为例,给出了以下估算公式:
根据电机型号、初速度及负载惯量可以估算动态制动距离,动态制动距离的近似值可以由以下公式计算:
大制动距离s(圈)为:
具体的器件,主要是开关管和制动电阻。
一般制动管和逆变管选同样的规格,如果发热严重再考虑放大。
至于制动电阻,可以参考大厂给出的参考选型,比如汇川SV660A给出的电阻选型建议:
一般按照给出的建议,能满足大部分场合应用。如果效果不加,再考虑降低阻值,增大功率。
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