變頻器供電的異步電動機電氣制動方法與原理

1、變頻器供電的異步電動機電氣制動方法與原理 The Electric Brake Method and Principle of AC Motor Based作 者 ：馬#鋼鐵集團(tuán)自動化部陸文龍摘 要 ：本文簡要介紹了溝通異步電動機的運行原理,著重闡述了采納變頻器供電 的異步電動機電氣制動的幾種方法與制動原理,指出了各種制動方法的優(yōu)缺點與其 適應(yīng)場合；英文摘 要 ：he running principle of AC motor is introduced briefly in th is paper, especially some electric brake methods and pri

2、nciple of AC mot or based on inverter control are expounded, also the merits and defects of those brake methods and their acclimation are pointed out. 關(guān)鍵詞：變頻器異步電機運行原理制動方法1 引言 在通用變頻器、 異步電動機和機械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)中,當(dāng)電 動機減速或者拖動位能負(fù)載下放時,電動機的實際速度將高于旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速 度；為了使電動機的實際速度與給定速度相符,就必需實行制動措施；異步電動 機的制動方法有再生發(fā)電制動、 直流制

3、動和機械抱閘制動； 而機械抱閘制動直觀,DOC. 這里不做介紹,只介紹前面兩種電氣制動方法；為了便于介紹電氣制動的原理與 方法,第一回憶一下,異步電動機的運行原理；2 異步電機運行原理 眾所周知,異步電動機的定子上裝有一套在空間上對稱分布的三相繞組 AX、BY、CZ如圖 1 所示；當(dāng)給這三相繞組通以溝通電時, 那么在定轉(zhuǎn)子氣隙中產(chǎn)生磁場；此磁場在任何瞬時都是三相繞組各磁場的總和；通過右手定那么對圖 1 中不同瞬時電流與磁場方向的關(guān)系可知,合成磁場 F 的方向與電流為最大值那一相繞組的軸線方向一樣； 因此隨著電流最大值依次由A相B 相C 相A 相等次序變化,合成磁場的方向也依次指向 A相B 相C

4、 相A 相等各相繞組的軸線方向；這就是說,這個合成磁場是一個“ 旋轉(zhuǎn)磁場；其旋轉(zhuǎn)速度 n0 同步轉(zhuǎn)速 與溝通電源頻率成正比,而與磁場極對數(shù)成反比；圖 1 旋轉(zhuǎn)磁場形成DOC. 由于旋轉(zhuǎn)磁場的作用, 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢,這個感應(yīng) 電勢使閉合的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生電流,通電導(dǎo)體在磁場中又受到一個力的作用,這個 作用在導(dǎo)體上的力,將使異步電動機旋轉(zhuǎn),其某一瞬時情形如圖 2 所示；依據(jù)右 手定那么可知轉(zhuǎn)子閉合導(dǎo)體電流的方向；再依據(jù)左手定那么可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受力方 向；此作用力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 XTD將克制阻力矩 Mfz,使電機加速到電動力矩等于阻 力矩為止；圖 2 旋轉(zhuǎn)力矩形成3 電氣制動的方法與原理

5、 采納通用變頻器供電的異步電動機電氣制動有直流制動與再生發(fā)電制動 能 耗制動 兩種；現(xiàn)就這兩種制動方法與制動原理分述如下；3.1 直流制動 直流制動是使變頻器向異步電動機的定子任意兩相通以直流電,異步電動機 便處于能耗制動狀態(tài)；這種情形下變頻器的輸出頻率為零,異步電動機的定子磁 場不再旋轉(zhuǎn)；直流制動主要用于精確停車與防止起動前電動機由于外因引起的不 規(guī)那么自由旋轉(zhuǎn) 如風(fēng)機類負(fù)載 ；當(dāng)直流制動用于精確停車時,一般都應(yīng)先進(jìn)展DOC. 再生發(fā)電制動,在電動機減速到較低時,進(jìn)展直流制動；這是由于高速時進(jìn)展直 流制動,異步電動機轉(zhuǎn)子電流的頻率與幅值都很高,轉(zhuǎn)子鐵損很大,導(dǎo)致電動機 發(fā)熱嚴(yán)峻,但得到的制動

6、轉(zhuǎn)矩卻并不太大,另一方面精確停車也較難保證,而采 用先再生發(fā)電制動 , 等降頻到 fDB 再進(jìn)展直流制動,只要合理調(diào)整 fDB、制動時間 tDB、制動直流電壓 UDB就可確保精確停車； 轉(zhuǎn)動著的轉(zhuǎn)子切割這個靜止磁場而產(chǎn) 生制動轉(zhuǎn)矩,如圖 3 所示；旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)儲備的動能轉(zhuǎn)換成電能消耗于異步電動機轉(zhuǎn) 子回路中；圖 3 的a 與b 仍說明這種制動與通入直流電的極性無關(guān)；圖 3 直流制動原理3.2 再生發(fā)電制動 當(dāng)給定頻率降低時, 定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度降低或位能負(fù)載下放倒拉；此 時異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度將超過旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度,因此轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢反向,電流反向,電動轉(zhuǎn)矩反向,如圖4,電動轉(zhuǎn)矩 與

7、阻力矩同向 起制動作用,使電動機減速；此時的異步電動機相當(dāng)于一臺異步發(fā)電機,將旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)存 儲的動能或重物下放的位能轉(zhuǎn)換成電能；這局部電能假如不進(jìn)展處理,將引起直 流側(cè)過壓,而引起故障跳閘或損壞變頻器,因此必需處理好這局部電能；其處理 方法一般有如下三種 : DOC. 圖 4 發(fā)電狀態(tài)1 動力制動這種方法就是通過與直流回路濾波電容并聯(lián)的放電電阻,將這局部電能消耗掉,因此也稱再生能耗制動,如圖5 所示,圖 5 中虛線框內(nèi)為制動單元 PW,它包括內(nèi)部制動電阻 RB,制動用的晶體管 VB等,VB的通斷是通過檢測直流電壓大、小來掌握；實際上電阻中的電流是間歇的,所以西門子公司資料稱“ 脈沖電阻Pulse

8、d Resistor；此單元實際上只起消耗電能防止直流側(cè)過電壓的作用；它并不起制動作用,但人們習(xí)慣稱此單元為制動單元；要提高制動的快速性,就要快速消耗掉這局部電能,可以在圖5 中 H,G兩點間外接制動電阻REB,REB阻值與功率應(yīng)符合產(chǎn)品樣本要求；DOC. 圖 5 動力制動2 再生制動這種方法就是通過與整流器反并聯(lián)的回饋單元,將這局部電能回饋給電網(wǎng)如圖 6 所示,這種情形整流單元也必需采納晶閘管整流元件,一般采納規(guī)律無環(huán)流 工作方式；回饋單元與電網(wǎng)之間應(yīng)串接一臺自耦變壓器,此種制動方法雖然可以 把旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)儲備的能量回饋給電網(wǎng),但對供電電網(wǎng)的要求比擬高 ; 一是電網(wǎng)電壓 波動要小,且必需牢靠 ;

9、 二是電網(wǎng)短路容量要大,否那么在回饋期間,電源電壓 偏低或電源被切斷,有源逆變器就會快速直通,引起換流失敗,燒壞快速熔斷器與晶閘管元件；因此,對電網(wǎng)電壓波動較大 如帶有電爐負(fù)載的電網(wǎng) ,或采納接觸式供電 如行車、機車車輛 的場合以采納動力制動為好, 雖然鋪張了一點電能,但牢靠性大大提高；DOC. 圖 6 回饋單元3 直流公共母線所謂直流公共母線是用一臺整流器給多臺逆變器供電如圖 7 所示,它利用工作在電動狀態(tài)的電動機吸取工作在發(fā)電狀態(tài)電動機的電能, 但當(dāng)發(fā)電狀態(tài)多于電動狀態(tài)時 , 吸取才能不足仍將引起直流過電壓,因此仍需要有前面兩種方法之一 如圖 7 中虛線框所示 做后備吸取才較完善；圖 7 直流公共母線4 完畢語DOC. 通用型變頻器在異步電動機的調(diào)速系統(tǒng)中已得到了越來越廣泛的應(yīng)用；為了 滿意生產(chǎn)機械快速制動與精確停車等方面的要求,必需對異步電動機進(jìn)展制動,而機械抱閘閘皮簡