应用探讨—制动能量的计算

工程师在很多实际项目中会遇到选择制动单元的问题。其实要选择制动单元就需要掌握制动能量应该如何计算，需要对工艺和相关行业有较为详细地了解，比如说负载的工况、负载周期、系统配置和电机原理等等。
在此开放一个应用探讨，希望具有相关行业经验的客户能够将其制动能量的计算过程分享给大家，互相学习和借鉴，也可以帮助其他行业的客户解决有关制动能量计算的问题，也欢迎网友能够提出自己在制动能量计算和制动单元选择中遇到的问题，大家一起寻找解决方案。
此次集中探讨将持续至5月28日，其中有突出表现的网友将获得加倍精华奖励积分；最终所有有效留帖的网友将获得加倍发帖积分；根据交流情况，会酌情赠送小礼品。
交流结束后也将专门整理重要内容，供广大网友分享参考。
预祝大家交流愉快，收获丰富！

A、首先估算出制动转矩
=（(量+电电机转动惯机负载测折算到电机测的转动惯量）*（制动前速度-制动后速度））/375*减速时间-负载转矩
一般情况下，在进行电机制动时，电机内部存在一定的损耗，约为额定转矩的18%-22%左右，因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置；
B、接着计算制动电阻的阻值
=制动元件动作电压值的平方/（0.1047*(制动转矩-20%电机额定转矩）*制动前电机转速）
在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常数RC，R即为制动电阻的阻值，C为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V。
C、然后进行制动单元的选择
在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下：
制动电流瞬间值=制动单元直流母线电压值/制动电阻值
D、最后计算制动电阻的标称功率
由于制动电阻为短时工作制，因此根据电阻的特性和技术指标，我们知道电阻的标称功率将小于通电时的消耗功率，一般可用下式求得： 制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率%
制动特点 能耗制动（电阻制动）的优点是构造简单，缺点是运行效率降低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量，且制动电阻的容量将增大。

参考资料：中国工控网

楼上讲的很好，但如果转动惯量无法知道的情况下，又如何计算

上次讨论传动设备的外围选件的时候，就有人建议西门子能做一个针对制动的小的计算选型软件。个人觉得，制动情况比较复杂，一般都是根据经验来进行选择的。没有实际应用经验的就感觉很困惑。

同意楼上说法，制动情况复杂，计算不一样，一般频繁的制动电阻按电机功率的50,60，来算，经验。

哦？这个题目开始了。非常好的题目。因为实际使用中，这个题目是经常需要应用到的。
1楼的“风也飘飘”，转了一个来自《中国工控网》的信息，罗列了A、B、C、D四个步骤。^_^，这就把制动能量的计算“复杂”化了。我前一段时间无意间在本站的“下载中心”也发现了一个有关制动电阻能量计算的文章。写得也很好，公式计算清清楚楚的。这些文章和信息，都是通过那A-D的步骤而来的。算是“一般”的、具有普遍指导意义的“计算原则”了。西门子推荐的那篇文章还举了例子。应该更加强其工程计算的指导意义了。
这些原则和方法，针对千变万化的实际，总要具体问题具体分析。对于许多比较初级的新手，还是觉得这些方法太“活”了，在一个具体的系统面前，还是无所适从。就拿上述的例子第一步A来说，“制动转矩”的那个计算公式中，那么多的物理量，那些是已知的？哪些是未知的？对于未知的，怎么去变成已知的？怎么去估算？这就麻烦了。有没有更简便的计算制动能量的方法呢？对于工程计算来讲，公式越简单越好，最好是一个已知的量加一个系数就可以OK了才好！^_^
谁有更简单的工程计算方法呢？通过定性分析和定量计算。把制动能量的电阻参数搞定？

频繁的制动电阻按电机功率的50、60？指的是什么？是电机功率的％吗？
如果是，那可就有问题了。在电机突减的动态过程中，电机能按照额定转矩制动吗？直流母线电压不报过压故障吗？
实验证明，如果制动电阻按照电机功率的50％或60％计算，制动功率达不到电机额定功率（达不到电机的额定转矩）是肯定的，带来的问题就是，当电机按照额定转矩制动停车的时候，将立刻出现“直流母线电压高”的故障。OFF2停车。这是现场调试工程师都不愿看到的一个讨厌的故障。^_^
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我的选择方式：
要真是频繁制动，就别考虑制动电阻了。还是选带能量回馈单元吧。
1、针对不同电压等级、不同容量的变频器（尤其是已经内置制动单元的），制动电阻的总阻值不应小于制动单元的允许值，就按MM4制动电阻查表所得。
2、根据常用的变频器容量范围，选购一两种阻值，功率的制动电组。例如：56Ω，650W 瞬时功率13kW。
3、根据系统的转动惯量、机械系统的承受能力和为达到制动停止的斜率要求考虑能耗功率（也是制动电组瞬间的最大功率）。
3.1系统的转动惯量：如果不是被拖动，含有传动比i的各级转动惯量可以使用SolidWorks大致做出来（因为机械系统也是自己设计，设计完后已经知道电机轴上的总转动惯量）。则电机轴总惯量=电机转子惯量（电机手册上有）+(（负载处惯量/i2）+传动惯量）/i1。
3.2各级传动效率可以查表得到结果。例如：齿轮 0.98，涡轮蜗杆（根据i）0.8-0.95，带传动 0.98 。总效率 K=k1*k2*k3.....（传动效率的损耗本质上也是摩擦发热。）
4、根据 制动功率=K*能耗功率。可以通过串、并联的方法同时满足阻值和耗散功率的要求。例如：380V，22kW变频器，制动电组要求27Ω 那么可用并联两个56Ω=28欧 达到瞬时26KW的要求。
5、制动电阻安装时，要充分考虑散热空间。串并联的好处是热量不集中，每个制动电阻均平均散热。最好单独放置（制动电阻柜、箱）。制动电阻冷却决定于ΔT（温度梯度）越大越好。
必要时可以考虑风机（要吹，不是抽）
6、串并联的接头使用压接端子，并且要求同一材质（包括螺栓）。
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西门子有一个计算的手册 但是里面的转动惯量不好确定 像多台电机对一个设备的制动的计算 不知该如何计算

Y侠讲的很好。看出其深厚的专业基本功了。第六条就连连接点的材质都考虑到了。太厉害了。
第一条，就按照制动单元提供的电阻值选电阻。这个非常的赞同。也是最直接、最简单、最安全的工程选型和计算方法。

不错，对于每一个特定的传动系统，它传动轴系的转动惯性当然是不好确定了。有的需要确定就必须要通过现场试验的办法来搞定。比如电机的辨识步骤中，就有系统转动惯性的检测、计算。
把转动惯性考虑到制动能量计算中去当然是一个复杂的问题了。不过，我们还是可以按照1楼的引子来分析，A：首先计算制动转矩。这个应该是制动能量计算的“纲”，抓住它，问题可迎刃而解。
为什么？因为对于每一个特定的传动系统，计算它的制动能量，其实就是计算电机的发电能力，以电机的额定转矩甚至允许的过载转矩来制动，达到这个能力，也就OK了。（大马拉小车除外。其实大马拉小车也是有已知的比例关系的）
举例，对于一个以30kW电机组成的传动系统（可以是单机驱动，也可以是多机并联驱动），那么这个系统在考虑制动能量的时候，首先要依据这个电机自身的额定功率来考虑，也就是，这个系统最大的制动能量就是30kW。不论他的转动惯性如何大、它的制动时间如何快，电机就这个能力，不能超过，所以要限制超载制动不是制动电阻能解决的，而是变频器参数设置要解决的。制动电阻只管能不能发出这个30kW的制动能力来（实际上是制动状态，能不能发出30kW电机的额定制动电流来）
这里首先要确定你所选择的制动单元制动电压阈值，MM440为例，他的制动电压阈值是670V左右。那么：
制动电阻＝（670×670）/（30×1000）
这里边没有什么转动惯量，有的就是直流母线的制动电压阈值和电机的极限制动功率。他的根据是牛顿第三定律：能量守恒定律。在机械轴上产生的制动能量约等于制动电阻的电功率（忽略了线路的损耗和机械能变电能转换中的效率）。
上述计算完全符合工程计算原则，不需要精确。而且在实测中完全满足系统的满载制动要求。上述计算基本完成了1楼所述的A-C步骤。其实就是一个公式搞定的。
制动能量的计算，我认为首先是确定100％制动转矩能力的电阻值计算，这里需要知道制动单元的开启电压参数，还要知道驱动电机总功率（单机或多机并联）。其次再根据制动周期长短选择制动电阻的功率。其实比较“活”的计算选择，不是制动电阻值，而是制动电阻的功率值。选大了浪费，选小了发热严重。
在选择制动电阻功率计算和应用上，Y侠的帖子很值得推荐。
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补充：对于上述的一些观点，包括电阻值的计算，完全是因为受到西门子网站下载中心的那篇相关文章启发。并经过实际测试、试验所获得的数据，才有感而发的。
其实一开始，我也是走了些弯路，把能量守恒的计算点放在了MM440的最高允许直流母线电压来计算的。即：
制动电阻＝840×840/电机额定功率（840是MM440直流母线电压的报警值）
结果是，只要操作突减制动，制动单元还来不及开启，立马就报错OFF2了。把电阻值减小，既解决问题了。由此，试着将直流母线电压计算值前移，就发现制动能力显著提高。直至发出电机额定转矩连续制动。所以，把制动电阻值计算的直流母线开通电压定在可能的刚刚开启的那个点上比较好。如果开启电压设置成DC630V，为最佳。
由此才搞明白，制动电阻值的确定，只与电机额定功率和直流母线制动电压阈值有关，和其他无关。
而制动电阻的功率值与制动周期有关、与电阻环境温度有关、与电阻散热条件有关。
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完全同意K侠的观点。
要注意的是：
1、采用制动电阻（单元）的应用场合。它不是用于“急停”刹车的功能（对于安全目的的设备急停，必须使用抱闸之类机械装置）。它是用于那些需要受控减速的场合。
2、有可能工艺要求受控减速的过程很短，在大惯量负载驱动下完全可能超过电机额定功率。制动单元的最大允许电流决定了只能选取的最小阻值，该制动能力也就只能这样了。
3、不可以用线绕磁盘电阻代替制动电组。制动单元实际上是斩波器，线绕电阻在这种情况下相当于电感元件。
4、关于变频器的参数-制动周期。不管你选择什么制动周期，它一开始动作总是按100%频率“释放”制动能量（迅速降低直流母线电压），如果电压没有降低到规定值，它会一直到达到内部计算的最大功率“发热量”，然后再按你设定的周期释放制动能量。
最后，我觉得那个公式适合对单独选配制动单元进行选型用的。对于内置制动单元的装置，已经没得可选。
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鼓掌！楼上讲的很好。

是的，这也正是我要继续说明的一个问题，那就是MM440的内置制动单元现在存在的问题和使用中要特别注意的使用方法。

MM440的内置制动单元，如上图示，他是按照A/B/C/D/E/F的封装形式设置的固定参数。
以D封装形式为例，它是5.5－11kW的，允许的最小电阻是56欧姆，那么按照欧姆定律和前述的计算方法：
制动电流＝630/56＝11.25（安培），这个参数对于7.5kW的电机，实现额定转矩下的制动是没问题的，对于11kW电机而言，显然不能满足额定转矩的突减、连续制动。那么如果使用了D型的11kW的MM440，怎么来处理这个问题呢？有两种办法：
第一种，要实现突减连续的额定转矩制动，可附加外置的制动单元，与内置的制动单元在直流母线并联制动。使其在630V时，制动电流可达到电机的额定制动电流为目的，即可满足要求；
第二种，对变频器的减速过程，设置“S”曲线，开始和结束过程慢，中间过程快。以保证直流母线电压不会因充电太快而报错。这个就比较麻烦了。要针对具体的系统反复试验获取S曲线的参数。这个主要是利用直流母线电压升高来提高制动转矩的，也就是说让制动电压慢慢升高到800V制动，提高其制动功率，来发出电机的额定制定电流。所以设置S曲线，就是能保证制动过程直流母线电压不会过冲。
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呵呵，真是感觉自己还有好多要学习的。以前选制动电阻都是按照变频器手册里面选的。

K侠所说的西门子网站下载中心的那篇相关文章是《标准驱动FAQ及Drivemonitor使用说明》中的吗？如果不是的话，能否把链接贴过来，让我们也学习下，谢谢啦。

我想请问一下对于位能型负载，比如说电梯或绞车，应该如何计算制动能量和选择制动单元

[url=http://www2.ad.siemens.com.cn/download/Upload/MC/faq/F0096.pdf]
题目：《变频器动力制动能量的计算》[/url]
强调：我们应该充分的挖掘、利用现有的、西门子网站发布的FAQ文档。这也是西门子官方推荐的技术文档，内容丰富，涉及面宽。对我们在工程中遇到问题如何解决很有帮助的。
也建议大家对本栏目置顶的帖子，给予关注，它的许多链接，都是帮助大家丰富技术知识的引子。注意自己关注的内容及时收藏。

位能负载的制动能量计算，也要分情况来说。^_^，也就是说，具体工程具体计算。打个比方，
第一，位能负载的系统有没有配重呢？有配重和没有配重，选择电机的功率是不同的。
第二，一旦电机选定，那计算制动能量就是电机功率＝制动功率即可。简单。

1)K斑,你在6SE70论坛中曾写到"制动电阻的阻值（R）＝750平方/（1.5×电机额定功率）",怎么和MM440的公式不太一样呀,6SE70的多了个1.5系数?
2)制动电阻阻值大家都讨论出了个公式,那制动电阻的功率怎么计算,斑竹能否举个例子?
3)谁有6SE70制动电阻的选型资料,给小弟发个16763542@qq.com