空預(yù)器變頻器制動(dòng)單元的應(yīng)用與解析

朱旦亮+++鐘天翔

摘 要：通過對(duì)空預(yù)器變頻器及其負(fù)載特性的功率計(jì)算，合理選擇制動(dòng)單元接入變頻器直流回路并設(shè)置恰當(dāng)?shù)目刂茀?shù)以消除制動(dòng)過程中產(chǎn)生的再生過電壓，最終提高了變頻器應(yīng)對(duì)不同負(fù)載波動(dòng)的安全穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：變頻器；制動(dòng)單元；應(yīng)用

引言

空氣預(yù)熱器是火力發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)中的重要組成部分，實(shí)際運(yùn)行中如果其轉(zhuǎn)子摩擦卡澀會(huì)引起驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器故障跳閘進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組RB或停機(jī)。針對(duì)此類故障一方面應(yīng)盡量避免轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的發(fā)生變形摩擦，另一方面可以考慮在驅(qū)動(dòng)變頻器直流回路接入制動(dòng)單元以實(shí)現(xiàn)空預(yù)器卡澀波動(dòng)狀態(tài)下的再生制動(dòng)。即以制動(dòng)單元把電動(dòng)機(jī)回饋的再生過電壓以熱能的方式消耗掉，維持直流母線電壓在正常水平，保證變頻器在負(fù)載波動(dòng)時(shí)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)不發(fā)生故障停機(jī)。接入制動(dòng)單元的選擇和接線方法及變頻器相關(guān)控制參數(shù)的設(shè)置都必須根據(jù)不同的現(xiàn)場設(shè)備具體分析計(jì)算，并結(jié)合實(shí)際使用效果進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化，可以達(dá)到提高變頻器驅(qū)動(dòng)設(shè)備安全穩(wěn)定性能的效果。

1 空預(yù)器變頻器運(yùn)行現(xiàn)狀

玉環(huán)發(fā)電廠四臺(tái)1000MW發(fā)電機(jī)組配套鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司引進(jìn)三菱重工業(yè)株式會(huì)社（Mitsuibishi Heavy Industries Co. Ltd）技術(shù)設(shè)計(jì)制造的HG-2953/27.46-YM1型一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐。其中每臺(tái)鍋爐安裝2臺(tái)空氣預(yù)熱器，選用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的哈鍋34-VI（T）-1850（2000）-SMR型三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器并配裝變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

每臺(tái)預(yù)熱器轉(zhuǎn)子配備主輔兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（兩電機(jī)參數(shù)相同，額定功率30kW，額定電壓380V，額定轉(zhuǎn)速1450r/m），主電機(jī)與減速機(jī)直接連接，輔電機(jī)通過超越離合器與減速機(jī)連接，兩臺(tái)電機(jī)一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，并且設(shè)置有空預(yù)器氣動(dòng)盤車裝置。轉(zhuǎn)子運(yùn)行轉(zhuǎn)速分為正常轉(zhuǎn)速模式和低速模式，低速模式為預(yù)熱器清洗時(shí)采用，正常轉(zhuǎn)速為1r/min。設(shè)計(jì)考慮減少空預(yù)器轉(zhuǎn)子啟動(dòng)過程中的機(jī)械沖擊，延長設(shè)備使用壽命，故轉(zhuǎn)子啟動(dòng)采用變頻斜坡軟啟動(dòng)方式。轉(zhuǎn)子啟動(dòng)后，變頻器以50HZ的固定頻率運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)空預(yù)器主、輔電機(jī)的變頻控制柜采用A-B Power FleX 70變頻器，一旦主變頻故障跳閘，由DCS聯(lián)鎖信號(hào)運(yùn)方啟動(dòng)輔變頻繼續(xù)運(yùn)行。

空預(yù)器本體技術(shù)參數(shù)見表1。

#2機(jī)組2B空預(yù)器在正常運(yùn)行中變頻器電流穩(wěn)定在21A左右輕微波動(dòng)，范圍在20A到21.8A。變頻器母線電壓在586V，沒有加裝外接制動(dòng)單元。某次空預(yù)器中落入因震動(dòng)松脫的沖洗水管雜物導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生周期性劇烈磨擦，變頻柜運(yùn)行電流急劇變化，并聽到空預(yù)器內(nèi)部有斷續(xù)摩擦卡澀聲音。此時(shí)變頻器運(yùn)行電流上升到32～97A左右，變頻器母線電壓在580～700V之間跳變，空預(yù)器主電機(jī)75秒后跳閘且變頻器發(fā)“Over Voltage”即內(nèi)部直流過電壓故障報(bào)警；系統(tǒng)自動(dòng)切換到空預(yù)器輔電機(jī)變頻運(yùn)轉(zhuǎn)后仍有轉(zhuǎn)子摩擦，電流持續(xù)波動(dòng)。主電機(jī)變頻經(jīng)復(fù)位過電壓故障后恢復(fù)正常待機(jī)狀態(tài)，空預(yù)器轉(zhuǎn)子經(jīng)過一段時(shí)間把雜物磨擦削平后，電流逐漸平穩(wěn)并回到正常范圍。

2 故障分析

空預(yù)器變頻器正常運(yùn)行時(shí)變頻器按固定頻率50Hz驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電機(jī)經(jīng)減速機(jī)直接連接轉(zhuǎn)子并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)受阻卡澀，電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，這時(shí)的電機(jī)相當(dāng)于再生制動(dòng)狀態(tài)（即發(fā)電機(jī)狀態(tài)），隨著轉(zhuǎn)速的下降，電機(jī)產(chǎn)生的回饋電壓疊加在變頻器的母線電壓上，導(dǎo)致母線電壓升高，當(dāng)電壓升高超過700V，由于外部沒有接制動(dòng)單元，這部分能量無處消化，引發(fā)變頻器發(fā)出“Over Voltage”即內(nèi)部直流過電壓故障并跳閘。所以從提高驅(qū)動(dòng)變頻器抗負(fù)載波動(dòng)能力方面考慮可以采用外接制動(dòng)單元的方式把由于再生制動(dòng)升高的變頻器母線電壓以熱能的方式消耗掉，同時(shí)為使系統(tǒng)平穩(wěn)調(diào)速需設(shè)置適當(dāng)?shù)募訙p速時(shí)間等控制參數(shù)。

3 制動(dòng)單元的選擇

目前計(jì)算制動(dòng)單元的方法很多，從工程角度通常是估算出制動(dòng)單元的電阻阻值和功率容量兩個(gè)重要參數(shù)。制動(dòng)單元是按照短時(shí)間歇性工作設(shè)計(jì)的電子設(shè)備，其在大電流下長時(shí)間工作的能力有限，因此應(yīng)用時(shí)必須合理選型，保證制動(dòng)單元工作不會(huì)因通過過大的電流和過熱而損壞。制動(dòng)單元的選型是以其額定電流和峰值電流為依據(jù)的。額定電流的大小與制動(dòng)單元能夠長時(shí)間連續(xù)工作的電流成正比，而峰值電流則代表了制動(dòng)單元所能通過的最大電流。要保證制動(dòng)單元正常工作，必須保證流過制動(dòng)單元的最大電流小于其峰值電流，且最大電流與制動(dòng)頻率Kc 的乘積小于其額定電流。

制動(dòng)單元在工程上通常選用的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：波紋電阻采用表面立式波紋有利于散熱和減低寄生電感量，并選用高阻燃無機(jī)涂層，有效保護(hù)電阻絲不被老化；鋁合金電阻易緊密安裝、易附加散熱器，外形美觀具有較強(qiáng)的耐振性，更適于應(yīng)用在高度惡劣工業(yè)環(huán)境中。考慮到穩(wěn)定性及安全因素，空預(yù)器變頻器選擇外接波紋電阻。

3.1 制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷簻?zhǔn)位

當(dāng)直流母線電壓大于或等于制動(dòng)電壓準(zhǔn)位時(shí)，制動(dòng)單元才投入工作進(jìn)行能量消耗，經(jīng)查A-B Power FleX 70變頻器400V制動(dòng)電壓準(zhǔn)位是母線電壓大于或等于690V。制動(dòng)電壓準(zhǔn)位對(duì)照如表2。

表2 制動(dòng)電壓準(zhǔn)位對(duì)照 （單位：V）

注：容許輸入電源有±10%的變動(dòng)。

3.2 制動(dòng)頻率

首先需確定系統(tǒng)的制動(dòng)頻率Kc，通過降低制動(dòng)頻率可以讓制動(dòng)單元和波紋電阻有充分的時(shí)間來解除因制動(dòng)而產(chǎn)生的熱量。當(dāng)波紋電阻發(fā)熱時(shí)，電阻值將會(huì)隨溫度的上升而變高，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩亦隨之減少。Kc定義為系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)間占總制動(dòng)周期的時(shí)間比例。

制動(dòng)頻率Kc=制動(dòng)持續(xù)時(shí)間T1/制動(dòng)周期T2×100%，如圖1所示。

圖1

不同的負(fù)載類型，其實(shí)際制動(dòng)頻率Kc也會(huì)有所不同，因此盡可能根據(jù)實(shí)際調(diào)速設(shè)備的運(yùn)行狀況來確定Kc的值。在無法確定實(shí)際負(fù)載運(yùn)行情況時(shí)，可以參考以下的經(jīng)驗(yàn)取值。常見負(fù)載類型的制動(dòng)頻率如下：endprint

電梯Kc=10-15%

油田磕頭機(jī)Kc=10-20%

開卷和卷取Kc=50-60%

離心機(jī)Kc=5-20%

下放高度超過100 米的吊車Kc=20-40%

偶然制動(dòng)的負(fù)載Kc=5%

其他Kc=10%

經(jīng)查空預(yù)器轉(zhuǎn)速為1r/min，經(jīng)觀察空預(yù)器轉(zhuǎn)子與密封之間的摩擦是斷續(xù)的，從DCS調(diào)出該電機(jī)電流，查看60S內(nèi)電流的峰值，累加電流峰值持續(xù)的時(shí)間，經(jīng)反復(fù)觀察電機(jī)電流升到70A左右時(shí)，母線電壓大約650V左右，認(rèn)為母線電壓超過650V時(shí)其峰值電壓超過700V的可能性較大，即達(dá)到制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷簻?zhǔn)位，制動(dòng)單元起作用。累計(jì)70A以上峰值持續(xù)時(shí)間為5S，制動(dòng)頻率=5/60約為8%，估算為10%。

3.3 制動(dòng)單元的計(jì)算

3.3.1 阻值計(jì)算

在制動(dòng)或負(fù)載卡澀過程中，電動(dòng)機(jī)將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓使電路中制動(dòng)開始瞬間的電壓接近額定電壓的2倍。在實(shí)際制動(dòng)中，當(dāng)放電電流接近電動(dòng)機(jī)額定電流一半時(shí)，就可以得到與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩相同的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩了，參考設(shè)備廠家提供計(jì)算制動(dòng)單元電阻值的經(jīng)驗(yàn)公式粗略計(jì)算為：

RB=

式中UD為允許最大制動(dòng)電壓，IMN為電動(dòng)機(jī)額定電流。為了保證變頻器不受損害，必須限定當(dāng)流經(jīng)制動(dòng)單元的電流為額定電流時(shí)電阻數(shù)值為制動(dòng)電阻的最小數(shù)值。選擇制動(dòng)電阻時(shí)，不能小于該阻值。

RBmin=

綜上所述，實(shí)際制動(dòng)電阻數(shù)值的選擇范圍是

3.3.2 功率的選擇

當(dāng)制動(dòng)電阻在直流電壓為制動(dòng)電壓狀態(tài)中工作時(shí)，其消耗的功率為：

P0=

耗用功率的含義是：如果電阻的功率按此數(shù)值選擇，該電阻可以長時(shí)間地接入在電路中工作。現(xiàn)場中制動(dòng)電阻的功率主要取決于制動(dòng)頻率Kc。因?yàn)橄到y(tǒng)的進(jìn)行制動(dòng)時(shí)間比較短，在短時(shí)間內(nèi)，制動(dòng)電阻的溫升不足以達(dá)到穩(wěn)定溫升。所以，決定制動(dòng)電阻容量的原則應(yīng)在制動(dòng)電阻的溫升不超過其允許數(shù)值即額定溫升的前提下，盡可能減少容量。粗略計(jì)算為

PB=λP·Kc

其中，λ為制動(dòng)電阻的降額系數(shù)；PB為制動(dòng)電阻的功率。

綜上所述，根據(jù)空預(yù)器變頻器實(shí)際設(shè)備參數(shù)，即電動(dòng)機(jī)30KW額定電流57A，變頻器額定功率37KW，輸入電壓400V可以計(jì)算出得制動(dòng)電阻的取值范圍是

13.2Ω

再根據(jù)成型配套產(chǎn)品實(shí)際選擇阻值為25Ω的波紋電阻箱（BRU 8KW/25R），每臺(tái)變頻器加裝一臺(tái)波紋電阻箱且通過16mm2軟銅電纜接至變頻器正負(fù)制動(dòng)端子上。通電調(diào)試時(shí)再根據(jù)產(chǎn)品手冊(cè)修改變頻器程序控制參數(shù)：D163項(xiàng)設(shè)置為“1”即選用外部制動(dòng)電阻，D161，D162項(xiàng)設(shè)置為“2”即母線調(diào)節(jié)模式設(shè)為動(dòng)態(tài)制動(dòng)。

4 制動(dòng)單元的應(yīng)用效果

經(jīng)過上述制動(dòng)單元的計(jì)算選型及控制程序調(diào)整，波紋電阻接入變頻器直流母線參與再生制動(dòng)經(jīng)過一周時(shí)間的試運(yùn)行，在負(fù)荷平穩(wěn)及波動(dòng)兩種狀態(tài)下變頻器的母線電壓和運(yùn)行電流都較穩(wěn)定，并且沒有超溫故障發(fā)生。在空預(yù)器轉(zhuǎn)子有輕微周期性摩擦工況下，母線電壓最高瞬時(shí)波動(dòng)到685V左右變頻器仍保持持續(xù)運(yùn)行。判斷制動(dòng)單元選型是否正確的最終依據(jù)，是確保任何情況下，流過制動(dòng)單元的電流都不超過制動(dòng)單元的最大電流，避免制動(dòng)單元因過流而損壞。同時(shí)任何情況下制動(dòng)單元自身的溫度都不會(huì)超過70℃，避免制動(dòng)單元因過熱而損壞。現(xiàn)場測量制動(dòng)電阻的溫度在環(huán)境溫度26℃下最高不大于39℃，符合相關(guān)要求。如果制動(dòng)單元在調(diào)試或運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)以下故障現(xiàn)象，可參見變頻器制動(dòng)單元故障原因分析表，見表3查找相處理方法。

變頻器制動(dòng)單元故障原因分析表見表3。

表3

5 結(jié)束語

變頻器制動(dòng)單元的選擇與安裝關(guān)系到變頻器運(yùn)行的可靠性，其中制動(dòng)電阻阻值和功率的計(jì)算都是從工程角度來考慮，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要結(jié)合現(xiàn)場具體設(shè)備運(yùn)行工況來調(diào)試優(yōu)化，以便形成一個(gè)兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性的制動(dòng)單元應(yīng)用方案。通過以上應(yīng)用實(shí)踐說明只要合理選擇制動(dòng)單元接入變頻器并設(shè)置恰當(dāng)?shù)目刂茀?shù)就可以消耗運(yùn)行中的再生過電壓，提高變頻器應(yīng)對(duì)不同負(fù)載波動(dòng)下的安全穩(wěn)定性，值得在類似設(shè)備應(yīng)用中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]戴廣平.電動(dòng)機(jī)變頻器與電力拖動(dòng)[M].北京：中國石化出版社，1999.

[2]姚錫祿.變頻器控制技術(shù)與應(yīng)用[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[3]Allen-Bradley PowerFlex70變頻器應(yīng)用手冊(cè)[Z].

電梯Kc=10-15%

油田磕頭機(jī)Kc=10-20%

開卷和卷取Kc=50-60%

離心機(jī)Kc=5-20%

下放高度超過100 米的吊車Kc=20-40%

偶然制動(dòng)的負(fù)載Kc=5%

其他Kc=10%

經(jīng)查空預(yù)器轉(zhuǎn)速為1r/min，經(jīng)觀察空預(yù)器轉(zhuǎn)子與密封之間的摩擦是斷續(xù)的，從DCS調(diào)出該電機(jī)電流，查看60S內(nèi)電流的峰值，累加電流峰值持續(xù)的時(shí)間，經(jīng)反復(fù)觀察電機(jī)電流升到70A左右時(shí)，母線電壓大約650V左右，認(rèn)為母線電壓超過650V時(shí)其峰值電壓超過700V的可能性較大，即達(dá)到制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷簻?zhǔn)位，制動(dòng)單元起作用。累計(jì)70A以上峰值持續(xù)時(shí)間為5S，制動(dòng)頻率=5/60約為8%，估算為10%。

3.3 制動(dòng)單元的計(jì)算

3.3.1 阻值計(jì)算

在制動(dòng)或負(fù)載卡澀過程中，電動(dòng)機(jī)將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓使電路中制動(dòng)開始瞬間的電壓接近額定電壓的2倍。在實(shí)際制動(dòng)中，當(dāng)放電電流接近電動(dòng)機(jī)額定電流一半時(shí)，就可以得到與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩相同的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩了，參考設(shè)備廠家提供計(jì)算制動(dòng)單元電阻值的經(jīng)驗(yàn)公式粗略計(jì)算為：

RB=

式中UD為允許最大制動(dòng)電壓，IMN為電動(dòng)機(jī)額定電流。為了保證變頻器不受損害，必須限定當(dāng)流經(jīng)制動(dòng)單元的電流為額定電流時(shí)電阻數(shù)值為制動(dòng)電阻的最小數(shù)值。選擇制動(dòng)電阻時(shí)，不能小于該阻值。

RBmin=

綜上所述，實(shí)際制動(dòng)電阻數(shù)值的選擇范圍是

3.3.2 功率的選擇

當(dāng)制動(dòng)電阻在直流電壓為制動(dòng)電壓狀態(tài)中工作時(shí)，其消耗的功率為：

P0=

耗用功率的含義是：如果電阻的功率按此數(shù)值選擇，該電阻可以長時(shí)間地接入在電路中工作。現(xiàn)場中制動(dòng)電阻的功率主要取決于制動(dòng)頻率Kc。因?yàn)橄到y(tǒng)的進(jìn)行制動(dòng)時(shí)間比較短，在短時(shí)間內(nèi)，制動(dòng)電阻的溫升不足以達(dá)到穩(wěn)定溫升。所以，決定制動(dòng)電阻容量的原則應(yīng)在制動(dòng)電阻的溫升不超過其允許數(shù)值即額定溫升的前提下，盡可能減少容量。粗略計(jì)算為

PB=λP·Kc

其中，λ為制動(dòng)電阻的降額系數(shù)；PB為制動(dòng)電阻的功率。

綜上所述，根據(jù)空預(yù)器變頻器實(shí)際設(shè)備參數(shù)，即電動(dòng)機(jī)30KW額定電流57A，變頻器額定功率37KW，輸入電壓400V可以計(jì)算出得制動(dòng)電阻的取值范圍是

13.2Ω

再根據(jù)成型配套產(chǎn)品實(shí)際選擇阻值為25Ω的波紋電阻箱（BRU 8KW/25R），每臺(tái)變頻器加裝一臺(tái)波紋電阻箱且通過16mm2軟銅電纜接至變頻器正負(fù)制動(dòng)端子上。通電調(diào)試時(shí)再根據(jù)產(chǎn)品手冊(cè)修改變頻器程序控制參數(shù)：D163項(xiàng)設(shè)置為“1”即選用外部制動(dòng)電阻，D161，D162項(xiàng)設(shè)置為“2”即母線調(diào)節(jié)模式設(shè)為動(dòng)態(tài)制動(dòng)。

4 制動(dòng)單元的應(yīng)用效果

經(jīng)過上述制動(dòng)單元的計(jì)算選型及控制程序調(diào)整，波紋電阻接入變頻器直流母線參與再生制動(dòng)經(jīng)過一周時(shí)間的試運(yùn)行，在負(fù)荷平穩(wěn)及波動(dòng)兩種狀態(tài)下變頻器的母線電壓和運(yùn)行電流都較穩(wěn)定，并且沒有超溫故障發(fā)生。在空預(yù)器轉(zhuǎn)子有輕微周期性摩擦工況下，母線電壓最高瞬時(shí)波動(dòng)到685V左右變頻器仍保持持續(xù)運(yùn)行。判斷制動(dòng)單元選型是否正確的最終依據(jù)，是確保任何情況下，流過制動(dòng)單元的電流都不超過制動(dòng)單元的最大電流，避免制動(dòng)單元因過流而損壞。同時(shí)任何情況下制動(dòng)單元自身的溫度都不會(huì)超過70℃，避免制動(dòng)單元因過熱而損壞。現(xiàn)場測量制動(dòng)電阻的溫度在環(huán)境溫度26℃下最高不大于39℃，符合相關(guān)要求。如果制動(dòng)單元在調(diào)試或運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)以下故障現(xiàn)象，可參見變頻器制動(dòng)單元故障原因分析表，見表3查找相處理方法。

變頻器制動(dòng)單元故障原因分析表見表3。

表3

5 結(jié)束語

變頻器制動(dòng)單元的選擇與安裝關(guān)系到變頻器運(yùn)行的可靠性，其中制動(dòng)電阻阻值和功率的計(jì)算都是從工程角度來考慮，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要結(jié)合現(xiàn)場具體設(shè)備運(yùn)行工況來調(diào)試優(yōu)化，以便形成一個(gè)兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性的制動(dòng)單元應(yīng)用方案。通過以上應(yīng)用實(shí)踐說明只要合理選擇制動(dòng)單元接入變頻器并設(shè)置恰當(dāng)?shù)目刂茀?shù)就可以消耗運(yùn)行中的再生過電壓，提高變頻器應(yīng)對(duì)不同負(fù)載波動(dòng)下的安全穩(wěn)定性，值得在類似設(shè)備應(yīng)用中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]戴廣平.電動(dòng)機(jī)變頻器與電力拖動(dòng)[M].北京：中國石化出版社，1999.

[2]姚錫祿.變頻器控制技術(shù)與應(yīng)用[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[3]Allen-Bradley PowerFlex70變頻器應(yīng)用手冊(cè)[Z].

電梯Kc=10-15%

油田磕頭機(jī)Kc=10-20%

開卷和卷取Kc=50-60%

離心機(jī)Kc=5-20%

下放高度超過100 米的吊車Kc=20-40%

偶然制動(dòng)的負(fù)載Kc=5%

其他Kc=10%

經(jīng)查空預(yù)器轉(zhuǎn)速為1r/min，經(jīng)觀察空預(yù)器轉(zhuǎn)子與密封之間的摩擦是斷續(xù)的，從DCS調(diào)出該電機(jī)電流，查看60S內(nèi)電流的峰值，累加電流峰值持續(xù)的時(shí)間，經(jīng)反復(fù)觀察電機(jī)電流升到70A左右時(shí)，母線電壓大約650V左右，認(rèn)為母線電壓超過650V時(shí)其峰值電壓超過700V的可能性較大，即達(dá)到制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷簻?zhǔn)位，制動(dòng)單元起作用。累計(jì)70A以上峰值持續(xù)時(shí)間為5S，制動(dòng)頻率=5/60約為8%，估算為10%。

3.3 制動(dòng)單元的計(jì)算

3.3.1 阻值計(jì)算

在制動(dòng)或負(fù)載卡澀過程中，電動(dòng)機(jī)將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓使電路中制動(dòng)開始瞬間的電壓接近額定電壓的2倍。在實(shí)際制動(dòng)中，當(dāng)放電電流接近電動(dòng)機(jī)額定電流一半時(shí)，就可以得到與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩相同的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩了，參考設(shè)備廠家提供計(jì)算制動(dòng)單元電阻值的經(jīng)驗(yàn)公式粗略計(jì)算為：

RB=

式中UD為允許最大制動(dòng)電壓，IMN為電動(dòng)機(jī)額定電流。為了保證變頻器不受損害，必須限定當(dāng)流經(jīng)制動(dòng)單元的電流為額定電流時(shí)電阻數(shù)值為制動(dòng)電阻的最小數(shù)值。選擇制動(dòng)電阻時(shí)，不能小于該阻值。

RBmin=

綜上所述，實(shí)際制動(dòng)電阻數(shù)值的選擇范圍是

3.3.2 功率的選擇

當(dāng)制動(dòng)電阻在直流電壓為制動(dòng)電壓狀態(tài)中工作時(shí)，其消耗的功率為：

P0=

耗用功率的含義是：如果電阻的功率按此數(shù)值選擇，該電阻可以長時(shí)間地接入在電路中工作。現(xiàn)場中制動(dòng)電阻的功率主要取決于制動(dòng)頻率Kc。因?yàn)橄到y(tǒng)的進(jìn)行制動(dòng)時(shí)間比較短，在短時(shí)間內(nèi)，制動(dòng)電阻的溫升不足以達(dá)到穩(wěn)定溫升。所以，決定制動(dòng)電阻容量的原則應(yīng)在制動(dòng)電阻的溫升不超過其允許數(shù)值即額定溫升的前提下，盡可能減少容量。粗略計(jì)算為

PB=λP·Kc

其中，λ為制動(dòng)電阻的降額系數(shù)；PB為制動(dòng)電阻的功率。

綜上所述，根據(jù)空預(yù)器變頻器實(shí)際設(shè)備參數(shù)，即電動(dòng)機(jī)30KW額定電流57A，變頻器額定功率37KW，輸入電壓400V可以計(jì)算出得制動(dòng)電阻的取值范圍是

13.2Ω

再根據(jù)成型配套產(chǎn)品實(shí)際選擇阻值為25Ω的波紋電阻箱（BRU 8KW/25R），每臺(tái)變頻器加裝一臺(tái)波紋電阻箱且通過16mm2軟銅電纜接至變頻器正負(fù)制動(dòng)端子上。通電調(diào)試時(shí)再根據(jù)產(chǎn)品手冊(cè)修改變頻器程序控制參數(shù)：D163項(xiàng)設(shè)置為“1”即選用外部制動(dòng)電阻，D161，D162項(xiàng)設(shè)置為“2”即母線調(diào)節(jié)模式設(shè)為動(dòng)態(tài)制動(dòng)。

4 制動(dòng)單元的應(yīng)用效果

經(jīng)過上述制動(dòng)單元的計(jì)算選型及控制程序調(diào)整，波紋電阻接入變頻器直流母線參與再生制動(dòng)經(jīng)過一周時(shí)間的試運(yùn)行，在負(fù)荷平穩(wěn)及波動(dòng)兩種狀態(tài)下變頻器的母線電壓和運(yùn)行電流都較穩(wěn)定，并且沒有超溫故障發(fā)生。在空預(yù)器轉(zhuǎn)子有輕微周期性摩擦工況下，母線電壓最高瞬時(shí)波動(dòng)到685V左右變頻器仍保持持續(xù)運(yùn)行。判斷制動(dòng)單元選型是否正確的最終依據(jù)，是確保任何情況下，流過制動(dòng)單元的電流都不超過制動(dòng)單元的最大電流，避免制動(dòng)單元因過流而損壞。同時(shí)任何情況下制動(dòng)單元自身的溫度都不會(huì)超過70℃，避免制動(dòng)單元因過熱而損壞。現(xiàn)場測量制動(dòng)電阻的溫度在環(huán)境溫度26℃下最高不大于39℃，符合相關(guān)要求。如果制動(dòng)單元在調(diào)試或運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)以下故障現(xiàn)象，可參見變頻器制動(dòng)單元故障原因分析表，見表3查找相處理方法。

變頻器制動(dòng)單元故障原因分析表見表3。

表3

5 結(jié)束語

變頻器制動(dòng)單元的選擇與安裝關(guān)系到變頻器運(yùn)行的可靠性，其中制動(dòng)電阻阻值和功率的計(jì)算都是從工程角度來考慮，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要結(jié)合現(xiàn)場具體設(shè)備運(yùn)行工況來調(diào)試優(yōu)化，以便形成一個(gè)兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性的制動(dòng)單元應(yīng)用方案。通過以上應(yīng)用實(shí)踐說明只要合理選擇制動(dòng)單元接入變頻器并設(shè)置恰當(dāng)?shù)目刂茀?shù)就可以消耗運(yùn)行中的再生過電壓，提高變頻器應(yīng)對(duì)不同負(fù)載波動(dòng)下的安全穩(wěn)定性，值得在類似設(shè)備應(yīng)用中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

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