平移机构变频器制动单元的设计优化脚手架检测仪水管安装汽车挂饰强化地板Kf

平移机构变频器制动单元的设计优化

引言

交流变频调速技术用于平移机构时，它的起、制动平滑性非常好，平稳无冲击不打滑，调速范围宽，可靠性高，现已广泛电脑桌应用于水电站起重设备上。为防止制动过程中变频器出现直流过压故障,习惯做法是在变频器的直流侧加装制动斩波器和制动电阻器。根据笔者的设计和调试经验，认为：对于不同类型的起重设备和运行工况，仔细计算后在有些情况下可以省略制动单元。合理设计选用制动斩波器和电阻器，可以降低成本以及安装调试的工作量。因此，从以下几个方面来描述平移机构变频调速系统制动单元的设计。

1 平移机构的制动功率

机构在运行过程中，电机速度始终跟随变频器的输出频率。制动时，在输出频率下降的瞬间，旋转磁场的转速（同步转速）会立即下降，但由于拖动系统惯性缘故，电机转子的转速不可能立即下降。于是，转子的转速超过了同步转速，电动机处于短暂的发电状态，并产生制动作用。这个制动过程是一种能量转换过程，平移机构作水平运动，只有动能无势能，当动能减为零时运行的物体停下来。物体在制动过程中将产生的动能转换为功。

根据物理学的动能原理。

可以看出制动功率只占总功率的5%左右，也就是说平移机构制动时实际所消耗的功率是很小的。

2 制动单元的选用

制动单元包括制动斩波器和制动电阻器，是保护变频器的主要器件。电机处于发电运行状态时，产生的再生能量将导致变频器的直流母线电压上升，当变频器的中间回路电压超过特定的阈值时，制动单元就开始工作，接通制动电阻消耗制动功率，变频器的直流母线电压就会被限定在一定范围内。既然制动功率很小，那么制动单元是否可以取消？下面分两种情况说明。

2.1 用于设备安装的桥式起重机

如水电站厂房桥机，这类设备主要用于水轮发电机的安装。它的特点是：桥机高度低，稳定性好，惯性力小。但是，它定位精度要求高，起、制动频繁，制动时间短，要求能够快速起、制动，平移机构的运行速度在20~28 m/min。以例1 为例平移速度取25 /60 =0.416 7 m/s，制动时间取5 s。

这个比值大大上升了。据有关资料介绍，变频器的再生制动力为额定转矩的10%~20%。所以安全起见，这类设备上的变频器就必须配置制动斩波器。

有的变频器在一定功率范围内，厂商已经将制动斩波器集成在变频器内，不需要单独选型。另有一些公司变频器的制动单元是可选件，需要单独选型配置。选型时，制动功率一般 20%变频器额定功率都可以满足制动过程的要求。

2.2 用于启闭闸门的门式起重机

这类起重设备主要用于水电站各种闸门的开启和关闭。它的特点是门架高（我厂制作的门座机中最高可达39.61 m），虽然惯性力大，但平移机构运行速度慢，一般不超过20 m/min，为了减小制动过程中的惯性力对门架的冲击，设计的制动时间比较长，一般都不会低于10 s，而且起制动不频繁,它定位精度低。由前面计算可见，制动功率与制动时间成反比，制动时间越长所需的制动功率就越小，产生的再生能量不会导致变频器的直流母线电压上升至跳闸极限。所以，在这类设备中就可以不配置制动挂车斩波器。

例2 2004 年我厂为广西两个电站设计制造了两台门机，这两台门机平移机构的变频器上都未设置制动单元。四年来，这两台门机运行状况良好，从未出现过直流过压故障。

一台是2 280t/60 t双向门机，门架高33.5m，平移速度为19.9 m/min，由8台变频电机驱动，总功率为7.5 8 = 60 kW，由一台Siemens 公司的6SE6440 变频器集中驱动，功率为75 kW，变频器的制动时间设置为10 s。

另一台100 t/30 t双向门机，门架高20.8 m，冲压模平移速度为18.33 m/min，2 台变频电机驱动，总功率为7.5 2 = 15 kW，由一台功率为18.5 kW 的ABB 公司ACS800 变频器集中驱动，变频器的制动时间设置为就要对比新旧标准的变化情况8 s。如果减速时间过短，ACS800 变频器会自动延长减速时间，以防止直流过压。

3 制动电阻器的选用

首先计算制动电阻阻值。前面计算出的平移机构电机的制动功率，就是电阻器消耗的功率。由制动功率得出制动电阻阻值为

在实际工作中，平移机挤水机构制动电阻投入工作的时间很短，变频器的温升远远小于其额定温升。

因此，根据制动电阻值Rb 和制动电流IC，按25%的暂载率来选择电阻器即可满足制动要求。

最后选择电阻器。电阻器的种类较多，不同型号由不同种材料制成，根据应用的环境和工况来选用。

ZX2 系列电阻器是由康铜丝绕在带绝缘瓷槽的铁板上制成。它的特点是：电阻值大，温度系数小，电流容量小，价格较贵。

ZX10、ZX12系列电阻器是由铁铬铝材料制成的，它电流容量大，但是电阻值小，功率小（4.6 kW），价格较低。将铁铬铝带在绝缘瓷槽绕成螺旋形电阻元件，其阻值稳定，抗震性好，可靠性高。铁铬铝带制成的带形电阻元件的电感要小一些。

ZX16、ZX18 系列电阻器是由合金钢板加工成形的，功率为5.6 kW，其阻值稳定，无电感，采用高频瓷件绝缘，可靠性高，抗震性能好，不氧化防腐蚀寿命长。正因为这种电阻器有诸多优点，虽然价格略高一些，但它容量大，所用数量少，所以总的价格并未提高多少。

4 变频器参数的设置

变频器的几个关键参了解下电子万能试验机的结构组成数设置与控制系统是否选用制动单元有关，下面以ABB 公司ACS800变频器参数设置为例做以对照，如表1 所列。

5 注意事项

1）在进行变频器参数设置和编程时，应使机械抱闸的上闸时间大于变频器的制动时间，在变频器停止输出后再使制动器动作。如果这二者之间配合不当仍会出现直流过压现象。

2）斩波器和电阻器之间的接线一定要可靠，绝不可有断开或接地现象，否则会造成变频器的损坏。

6 结语

由于变频器的优异性能，变频调速装置驱动的平移机构的起、制动平滑性能优良，调速范围宽，可靠性高。由于变频器的特点，这一系统一般要配置制动单元。本文的分析及设计实例表明，对于不同类型的起重设备及运行工况，经过仔细的设计和计算，某些情况下可以省略制动单元，从而降低设备成本及安装调试的工作量。

郎子荧，女，工程师，1985 年大学专科毕业，就职于中国水电夹江水工机械厂，从事起重设备的电气控制设计工作。

[1] 丹佛斯有限公并可用图象和数字显示出结果司.变频调速器基础知识[Z].

[2] ABB 公司. ABB 工业传动产品样本[Z].

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