大型直流和交流电机驱动器通常提供用于安装制动电阻器的端子。这些电阻器是什么，它们如何减慢机器的速度？必须考虑哪些危险和注意事项？

机械能

任何运动中的机器都具有动能。这种能量是一些储存的势能被“倾倒”到电机或执行器中的结果，导致能量转化为已完成的功。当机器在运动时，有两个因素有助于确定必须耗散多少能量才能使其停止：质量和速度。

高动能可以来自大质量系统或高速，或两者兼而有之。当系统具有较大的质量（大飞轮，重型滚筒）时，我们将其称为高惯性系统，这意味着除非受到显着的外力（牛顿第二运动定律）的作用，否则运动将要继续。

当动能和惯性都很高时，就像许多工业设备一样，减慢或停止系统的过程可能是一项艰巨的任务。

图 1.制动电阻的内部视图。图片由EAK Resistors提供

停止自由运动的方法

要定格，您只有几个选项。从技术意义上讲，“停止”意味着将系统的动能转化为其他副产物，这些副产物将导致逐渐减少，直到动能为零。

如果设备继续旋转，有一些事情可以阻止它：

轴承和接触点的摩擦（如果轴承良好，这可能需要很长时间才能减速）

如果运动物体的几何形状与其周围的空气相互作用，空气阻力可能会出乎意料地显着

如果设备由电气或流体系统驱动，机器可能会发现自己试图反向驱动流体或电流。这充当了摩擦阻力的一种形式

在所有三种情况下，我们必须提出一个关于动能的关键问题。你不能简单地从旋转的物体中删除能量，那么这些能量实际上去了哪里？

在所有三种情况下，能量转换点都会产生热量。如果轴承或物体周围的空气是摩擦源，那就是热量的来源。摩擦力越大（例如轴承磨损）会产生更多的热量。正因如此，预测性维护会检查机械中是否有问题热点，以指示过度磨损和摩擦。

在流体和电流反向驱动的情况下，这也会产生大量热量。液压油非常粘稠，可以更快地停止运动并更快地散热，因此问题往往不大。然而，在电力的情况下，将电流驱动回驱动电路可能会立即对控制系统造成灾难性的影响。

图2.大型落地式制动电阻器。图片由EAKResistors提供

EAK电阻制动

电阻器是最常见的无源电子元件之一。该装置的简单功能是将电能（电流）转换为热量。这可以完成各种任务，例如在串联电路中分压、限制固态电路中的电流，或者只是在踢脚线加热器中产生热量。

在大负荷旋转的情况下，动能尽快安全消散至关重要，因为长时间的减速可能意味着停产数分钟甚至数小时。电阻器是完成此任务的明显选择，只要为任务正确选择电阻器即可。

要失去的能量是巨大的。没有小型原型电路板电阻器适合这项工作.这些电阻器的额定功率在 1/8 瓦之间，最大时只有 5-10 瓦。

要了解该电阻器可能需要什么样的额定功率来执行制动任务，请想象一个直径为 3.3 英尺（1 米）、质量为 330 磅（150 千克）的钢制飞轮，以 250 rpm 的速度旋转。我们希望在 3 秒内将其减慢到停止。

对于旋转运动，动能方程如下：

$$Energy = \frac{1}{2} \times Moment~of~inertia \times 角~速度^2$$

气缸的转动惯量：

$$Moment~of~惯性 = \frac{1}{2} \times 质量 \times 半径^2$$

$$Moment~of~惯性 = 18.75~kg \cdot m^2$$

这个轮子的角速度：

$$Angular~速度 = \frac{2 \times \pi \times RPM}{60}$$

$$Angular~速度 \approx 26 \frac{弧度}{秒}$$

因此，代入第一个能量公式，该系统具有 6337 焦耳的能量。

这个单位，焦耳，不是一个特别常见的单位，但是当能量除以时间（三秒停止时间目标）时，我们将看到以瓦特为单位的最大功率耗散。

$$Power = \frac{6337}{3}=2112~瓦$$

因此，在检查功率制动电阻器规格表时，我们应该期望看到数百到数千瓦的额定功率。

制动电阻连接

您不能简单地在电机引线上安装一个制动电阻器，因为这会将来自驱动单元的电力通过电阻器传递。取而代之的是，驱动单元配备了专门用于此目的的制动电阻端子。

图3.一些制动电阻不需要那么大 - 较小的质量、速度和倾倒率会有所不同。这个是陶瓷的。

许多 VFD 和直流电机驱动单元都有明确标记的电阻端子。

当需要受控停止时，驱动单元会自动将内部触点从驱动源切换到输出电阻。突然间，电机功率不是从电源接收电力，而是通过电阻器重新路由。电机现在是发电机，发电机驱动电阻器以更快地耗散能量。

“动态”是什么意思？

电阻器耗散的功率不是恒定的。当机器全速行驶并施加停止时，动能达到最大，因此电阻器耗散的功率也将最大。随着负载的减慢，能量也会消散。

在我们的示例中，如果说电阻器在整个减速周期中始终消耗 2112 瓦，那将是错误的，但它会在一段时间内处于这个值，因此电阻器的尺寸必须正确。

最终，当负载接近停止时，能量耗散将非常小。这个总能量消耗是通过微积分（当情况发生变化时随时间推移的总和）进行积分来预测的。

从物理意义上讲，这在观众看来是速度的巨大变化，以及电阻器开始时的大量热量输出，但会随着时间的推移而逐渐减少。

在现代驱动装置中，释放到制动电阻器中的电流量经过仔细调整，以控制功率耗散，从而控制制动效果，因此动态控制在各种情况下更加有用。

总结

EAK制动电阻器适用于大负载。驱动单元可以利用这些设备实现更快的减速循环。在某些情况下，能量可能不会转化为热量，但可能会转化为电池懊恼电路。在这些情况下，我们称之为“再生”制动，用于电动汽车、火车机车等。