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大型直流和交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通常提供用于安裝制動(dòng)電阻器的端子。這些電阻器是什么，它們?nèi)绾螠p慢機(jī)器的速度？必須考慮哪些危險(xiǎn)和注意事項(xiàng)？
機(jī)械能
任何運(yùn)動(dòng)中的機(jī)器都具有動(dòng)能。這種能量是一些儲(chǔ)存的勢(shì)能被“傾倒”到電機(jī)或執(zhí)行器中的結(jié)果，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化為已完成的功。當(dāng)機(jī)器在運(yùn)動(dòng)時(shí)，有兩個(gè)因素有助于確定必須耗散多少能量才能使其停止：質(zhì)量和速度。
高動(dòng)能可以來自大質(zhì)量系統(tǒng)或高速，或兩者兼而有之。當(dāng)系統(tǒng)具有較大的質(zhì)量（大飛輪，重型滾筒）時(shí)，我們將其稱為高慣性系統(tǒng)，這意味著除非受到顯著的外力（牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律）的作用，否則運(yùn)動(dòng)將要繼續(xù)。
當(dāng)動(dòng)能和慣性都很高時(shí)，就像許多工業(yè)設(shè)備一樣，減慢或停止系統(tǒng)的過程可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。
圖 1.制動(dòng)電阻的內(nèi)部視圖。圖片由EAK Resistors提供
停止自由運(yùn)動(dòng)的方法
要定格，您只有幾個(gè)選項(xiàng)。從技術(shù)意義上講，“停止”意味著將系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物將導(dǎo)致逐漸減少，直到動(dòng)能為零。
如果設(shè)備繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，有一些事情可以阻止它：
軸承和接觸點(diǎn)的摩擦（如果軸承良好，這可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能減速）
如果運(yùn)動(dòng)物體的幾何形狀與其周圍的空氣相互作用，空氣阻力可能會(huì)出乎意料地顯著
如果設(shè)備由電氣或流體系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，機(jī)器可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己試圖反向驅(qū)動(dòng)流體或電流。這充當(dāng)了摩擦阻力的一種形式
在所有三種情況下，我們必須提出一個(gè)關(guān)于動(dòng)能的關(guān)鍵問題。你不能簡(jiǎn)單地從旋轉(zhuǎn)的物體中刪除能量，那么這些能量實(shí)際上去了哪里？
在所有三種情況下，能量轉(zhuǎn)換點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生熱量。如果軸承或物體周圍的空氣是摩擦源，那就是熱量的來源。摩擦力越大（例如軸承磨損）會(huì)產(chǎn)生更多的熱量。正因如此，預(yù)測(cè)性維護(hù)會(huì)檢查機(jī)械中是否有問題熱點(diǎn)，以指示過度磨損和摩擦。
在流體和電流反向驅(qū)動(dòng)的情況下，這也會(huì)產(chǎn)生大量熱量。液壓油非常粘稠，可以更快地停止運(yùn)動(dòng)并更快地散熱，因此問題往往不大。然而，在電力的情況下，將電流驅(qū)動(dòng)回驅(qū)動(dòng)電路可能會(huì)立即對(duì)控制系統(tǒng)造成災(zāi)難性的影響。
圖2.大型落地式制動(dòng)電阻器。圖片由EAKResistors提供
EAK電阻制動(dòng)
電阻器是最常見的無源電子元件之一。該裝置的簡(jiǎn)單功能是將電能（電流）轉(zhuǎn)換為熱量。這可以完成各種任務(wù)，例如在串聯(lián)電路中分壓、限制固態(tài)電路中的電流，或者只是在踢腳線加熱器中產(chǎn)生熱量。
在大負(fù)荷旋轉(zhuǎn)的情況下，動(dòng)能盡快安全消散至關(guān)重要，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的減速可能意味著停產(chǎn)數(shù)分鐘甚至數(shù)小時(shí)。電阻器是完成此任務(wù)的明顯選擇，只要為任務(wù)正確選擇電阻器即可。
要失去的能量是巨大的。沒有小型原型電路板電阻器適合這項(xiàng)工作.這些電阻器的額定功率在 1/8 瓦之間，最大時(shí)只有 5-10 瓦。
要了解該電阻器可能需要什么樣的額定功率來執(zhí)行制動(dòng)任務(wù)，請(qǐng)想象一個(gè)直徑為 3.3 英尺（1 米）、質(zhì)量為 330 磅（150 千克）的鋼制飛輪，以 250 rpm 的速度旋轉(zhuǎn)。我們希望在 3 秒內(nèi)將其減慢到停止。
對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能方程如下：
$$Energy = \frac{1}{2} \times Moment~of~inertia \times 角~速度^2$$
氣缸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
$$Moment~of~慣性 = \frac{1}{2} \times 質(zhì)量 \times 半徑^2$$
$$Moment~of~慣性 = 18.75~kg \cdot m^2$$
這個(gè)輪子的角速度：
$$Angular~速度 = \frac{2 \times \pi \times RPM}{60}$$
$$Angular~速度 \approx 26 \frac{弧度}{秒}$$
因此，代入第一個(gè)能量公式，該系統(tǒng)具有 6337 焦耳的能量。
這個(gè)單位，焦耳，不是一個(gè)特別常見的單位，但是當(dāng)能量除以時(shí)間（三秒停止時(shí)間目標(biāo)）時(shí)，我們將看到以瓦特為單位的最大功率耗散。
$$Power = \frac{6337}{3}=2112~瓦$$
因此，在檢查功率制動(dòng)電阻器規(guī)格表時(shí)，我們應(yīng)該期望看到數(shù)百到數(shù)千瓦的額定功率。
制動(dòng)電阻連接
您不能簡(jiǎn)單地在電機(jī)引線上安裝一個(gè)制動(dòng)電阻器，因?yàn)檫@會(huì)將來自驅(qū)動(dòng)單元的電力通過電阻器傳遞。取而代之的是，驅(qū)動(dòng)單元配備了專門用于此目的的制動(dòng)電阻端子。
圖3.一些制動(dòng)電阻不需要那么大 – 較小的質(zhì)量、速度和傾倒率會(huì)有所不同。這個(gè)是陶瓷的。
許多 VFD 和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元都有明確標(biāo)記的電阻端子。
當(dāng)需要受控停止時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元會(huì)自動(dòng)將內(nèi)部觸點(diǎn)從驅(qū)動(dòng)源切換到輸出電阻。突然間，電機(jī)功率不是從電源接收電力，而是通過電阻器重新路由。電機(jī)現(xiàn)在是發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電阻器以更快地耗散能量。
“動(dòng)態(tài)”是什么意思？
電阻器耗散的功率不是恒定的。當(dāng)機(jī)器全速行駛并施加停止時(shí)，動(dòng)能達(dá)到最大，因此電阻器耗散的功率也將最大。隨著負(fù)載的減慢，能量也會(huì)消散。
在我們的示例中，如果說電阻器在整個(gè)減速周期中始終消耗 2112 瓦，那將是錯(cuò)誤的，但它會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)處于這個(gè)值，因此電阻器的尺寸必須正確。
最終，當(dāng)負(fù)載接近停止時(shí)，能量耗散將非常小。這個(gè)總能量消耗是通過微積分（當(dāng)情況發(fā)生變化時(shí)隨時(shí)間推移的總和）進(jìn)行積分來預(yù)測(cè)的。
從物理意義上講，這在觀眾看來是速度的巨大變化，以及電阻器開始時(shí)的大量熱量輸出，但會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸減少。
在現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)裝置中，釋放到制動(dòng)電阻器中的電流量經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整，以控制功率耗散，從而控制制動(dòng)效果，因此動(dòng)態(tài)控制在各種情況下更加有用。
總結(jié)
EAK制動(dòng)電阻器適用于大負(fù)載。驅(qū)動(dòng)單元可以利用這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)更快的減速循環(huán)。在某些情況下，能量可能不會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量，但可能會(huì)轉(zhuǎn)化為電池懊惱電路。在這些情況下，我們稱之為“再生”制動(dòng)，用于電動(dòng)汽車、火車機(jī)車等。