西门子6RA8028-6DS22-0AA0代理商

面对日益复杂的机器和系统过程，作为一站式供应商，西门子专门设计开发出了 SIMATIC HMI 人机界面技术。 SIMATIC HMI采用开放式、标准化硬件和软件接口，可快速集成到用户的自动化系统中，从而满足用户的特定人机界面需求。

制动能量的简单计算

• 制动能量的产生

根据电机理论, 定子中通入同步频率 ƒ1的交流电流, 在气隙中产生顺时针旋转磁场作用在转子上，相当于转子绕组逆时针运动切割旋转磁场，转子回路因而感应出电流产生旋转力矩M，方向如图2-1中a所示。经过负载的平衡，转子以 (1-s) ƒ1的速度稳定旋转，转子绕组仍然逆时针以sƒ1的速度切割旋转磁场。电机工作在电动机模式下, P = M•Ω>0, 即运行在象限。

在需要变频器快速制动负载的情况下，变频器通入电机定子中的电流频率突降为1′ （1′ <1), 由于驱动负载存在惯性，转子的转速不能突降，而是仍然维持在原转速上，导致转子绕组切割旋转磁场的方向改变，转子电流方向以及电磁力矩方向也因此发生改变，如图2-1中b所示，电机工作在发电机模式下, 开始运行在第二象限，P=(-M)•Ω<0, 再生制动能量产生。 如果电机被负载拖动，转子转速过变频器输入的同步转速，同样会有上述的现象发生。

a) 正向运行时                                                     b) 转子转速大于同步转速时

c) 转子旋转方向改变时                                     d) 电机四象限图

图2-1 制动能量产生时的电机状态

在驱动系统下放重物的过程中，转子绕组仍然保持逆时针运动切割旋转磁场，转子电流以及旋转力矩方向不变，但是由于切割速度过快，转子电流产生的祛磁磁场将能量返回了定子侧，电机工作在发电机模式下, 开始运行在第四象限，如图2-1中 c 所示，P=M•（-Ω）<0, 再生制动能量产生。

• 制动能量的简单计算

例1 某客户将MM440 应用在升降驱动设备上，并要求在6.25秒内以0.4m/s的速度下 放500kg的重物,每30s重复一次该过程，应当如何计算制动功率？

重物的势能为： A= m x g x h =500kg x 9.81 x (0.4m/s x 6.25s)=12263J
大 功率为：    P brake Appl max = A/s = 12263J/6.25s = 1962W
平均 功率为：    P brake Appl average = 1962W x 6.25s / 30s= 392.4W

例2 某驱动负载需要从2900RPM的速度降至为0，其驱动数据见表1，如何计算反馈回变频器直流侧的制动能量？

电动机额定功率                 Pmotor N=5.5 KW
电动机效率                         ŋmotor =0.865
电动机额定转速                 N motor N= 2925 RPM
电动机转动惯量                 J motor =0.015kgm2
负载转动惯量                     J load =0.4 kgm2
电动机高运行转速         nmax =2900RPM
制动时间                             t brake appl =5s
负载工作周期                     t cycle appl =15s

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产生的制动转矩：

一个周期内产生的大制动功率：

一个周期内的制动能量：

一个周期内的平均制动功率：

 

三 MM440 制动单元的基本工作原理

• 制动单元激活电压与直流回路故障电压

按照上述的计算方法得出的再生制动能量将反馈到变频器的内部，造成直流回路上电压泵升。为了避免变频器因直流回路过电压F0002而跳闸，当电压上升到临界点 UDC chopper 时，制动单元就被激活，并按照预先规定的负载工作周期将制动能量消耗在外接制动电阻上，拉动直流回路电压下降。如果制动能量过大，未能在规定时间内得到散逸，那么直流回路电压将继续上升，直到F0002跳闸。如图3-1所示。

图3-1直流回路电压的上升过程

制动单元触发临界电压 UDC chopper有两种算法，采用哪一种，则取决于MM440 参数P1254	若P1254=0	1.13 x  x  P0210
	若P1254=1	0.98 x  r1242

表3-1 激活动态制动功能的直流回路电压值

• 制动单元动作过程

MM440变频器制动单元的核心是一个门限电压控制斩波器（IGBT transistor），当它导通时再生制动能量被外接制动电阻吸收，转化成热能得以释放。斩波器的工作频率 f chopper为2KHz，占控比 t chopper on 由变频器内部的监控系统决定。如图3-2所示。

图3-2 动态制动的操作方式

当再生制动能量迫使直流回路电压达到UDC chopper时，制动单元自动投入运行，由监控系统为斩波器选择适当的占控比，制动能量被制动电阻吸收。

• 如果制动能量少于在制动电阻上消耗的能量( P brake resistor=VDC² / Rmin) ，那么直流回路电压会很快下降到UDC chopper之下，制动单元会在开通2ms之后自动关闭，占控比的选择在通路1上完成。 若直流回路电压再次达到UDC chopper，该过程将被重复。

• 如果制动能量多于此时在制动电阻上消耗的能量，那么尽管制动自动已经投入运行，直流回路电压仍然会继续上升，由监控系统选择的占控比也快速线性增加，直到占控比为1（通道1），斩波器持续开通，制动电阻在此其间持续吸收制动能量。为了保护此时的制动电阻不会因吸收了过多能量而过热损坏，必须事先根据制动电阻的制动能力选择适当的持续工作时限 t chopper on。当持续工作时限达到时，切换到通道2，占控比自动被修正为P1237中设定的值以减少制动能量进入制动电阻，令其有充分的时间冷却，此时直流回路电压将有所回升。其过程如图3-3所示。可见，如果电阻值选择的太小，或者P1237 的值选择不当，会造成制动能量因吸收不净而导致的直流回路电压继续上升，而制动电阻会因过热而损坏。

MM440制动单元的斩波器为通道2规定了5种占控比，即负载工作周期，由参数P1237 来选择 。列表3-2如下。