刹车电阻选型实例

一. 刹车电阻选型步骤

1. 严谨选型步骤

• 估算制动转矩

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

• 计算刹车电阻的阻值

• 计算刹车电流

• 计算刹车电阻的标称功率

2. 简易选型步骤

• 计算刹车电阻的标称功率

• 计算刹车电阻阻值

3. 实际选型

• 计算制动使用率

可以约定制动使用率为20%~30%

• 确定制动单元动作电压

最高允许输入电压为AC120V±10%,理论转换直流电压最高为186.6V，因此可约定母线电压达到220V，开启刹车电阻；

• 计算刹车电阻的标称功率

按30%制动使用率，刹车电阻标称功率=390W*0.3=117W；

按20%制动使用率，刹车电阻标称功率=390W*0.2=78W；

方便刹车电阻选型，暂定100W刹车电阻；

• 计算最小刹车电阻阻值

按30%制动使用率，刹车电阻阻值=220V*220V*0.3/390W=37R;

按20%制动使用率，刹车电阻阻值=220V*220V*0.2/390W=24R;

电阻阻值暂定75R，制动使用率可提高到60%；

二．刹车电阻注意事项

• IPM内置IGBT，最高耐压为600V

为保障安全，暂定母线电压最高允许达到500V；因此刹车电阻阻值不能过大，确保刹车能量能有效及时泄放，母线电压不会超过500V；

• 制动单元MOS管，最高允许持续电流20A

超过最高允许电压，MOS管会烧毁，因此刹车电阻阻值不能过小；

按照最高允许电压计算，500V/75R=6.67A<20A，满足要求；

三．刹车电阻测试验证

阻值和功率，是刹车电阻最关键的两个电气参数。阻值的影响比较直观，可以直接验证，通过监测母线电压，可以很好的判断刹车电阻阻值是否合适。但功率影响的测试评价无法直观验证，参考刹车电阻规格书，功率相关参数要求也比较模糊，见图1所示。考虑到最终刹车能量都要转换为刹车电阻的热能，通过监测温升，间接评价刹车电阻功率选择是否合适。

1. 阻值大小的影响

电机转速越快，刹车产生的能量就越高，对刹车电阻的要求就会不一样。如图2所示，电机从15000RPM转速下开始刹车，采用不同阻值刹车电阻，效果相差很大。采用150R刹车电阻，无法及时有效泄放能量，直接报警“电压异常”；采用100R电阻，刹车能量能有效泄放，但并不及时；采用75R电阻，刹车能量得到快速有效的泄放。

注意：验证刹车电阻实际刹车效果，需注意以下几点：

• 电机转速越快，刹车时产生的能量越高，测试时需将电机转速设定为设备允许的最高转速；
• 负载越大，刹车时产生的能量越高，测试时需将负载调整到设备允许的最高负载；
• 要防止一些极端的使用情况，比如极短时间内停止转动，短时的能量会更大，测试时需将极端情况考虑在内；

如图3所示，人为快速停止电机，造成负载突变，刹车能量会大大超过正常情况下的刹车能量，不及时泄放会造成设备损伤。

2. 功率大小影响

见图4，刹车电阻的额定功率对单次的刹车效果几乎相同。从单次刹车效果上来看，无法对功率大小的影响进行评价。刹车电阻功率的影响，更多的体现在热量的散失及时性上。通常额定功率越大，刹车电阻的外形尺寸就会越大，散热效果更好。具体适不适合，要综合考虑设备内部安装空间和散热条件。

3. 温升对比

如图5，进行不同刹车电阻对比测试，刹车电阻放置在25℃开放环境下自然散热。两者的刹车效果都能满足要求，但温升数据最终有10℃差别。100W/300R比100W/75R的实际尺寸要小（两者是不同厂家的），如图5所示。

注意：实际测试的制动使用率控制在20%~30%之间，连续10次，记录刹车电阻的温升数据，如表1所示。

• 单次刹车时间大致为10S
• 电机从0rpm加速到15000rpm大致为18S
• 电机在15000rpm稳定运行大致3~5S
• 电机停止后大约10S后开始记录数据，并立刻再此启动电机

因此，制动使用率大致为10/（10+18+3+10）=24.4%

验证刹车电阻温升是否满足要求，最好是安装在设备中进行温度检测。由于新选型刹车电阻无法直接安装在设备上，因此采用的是对比温升测试方法。100W/300R是目前设备上正在采用的电阻，已经经过了长时间的验证。温升对比测试中，100W/75R的温升更小，可认为100W/75R的额定功率是满足要求的。

四．扩展问题

• 1）极端使用情况的能量评估：负载突变，很难极限模拟，实际模拟中，不一定能模拟到最坏情况。
• 2）母线电压的限定值：220V设备上，最高允许输入电压为AC253V，换算成直流母线电压为357V，将最高允许母线电压设定为500V，是否合适。母线电压过高，会直接损坏IPM（内部集成IGBT的击穿电压为600V）。