動力制動的應用與帶補償的動力制動控制系統

孫先國

（新疆普陽礦業開發公司，新疆 和田848000）

對于系統慣量大并帶有位勢負載的生產機械，為實現快速減速停車，需采用電氣制動措施。對于需要進行減速停車的生產機械，如礦井提升機，采取電氣制動，制動力的調節平穩、易于控制，方便運行維護。

1 動力制動的應用

1.1 動力制動減速停車

1.1.1 動力制動電源

采用動力制動時給電動機定子繞組勵磁的直流電源，其電壓大小必須可調。可調電壓的直流電源用直流發電機組，也可以用可控整流器，目前一般采用后者。電源的容量必須根據制動轉矩的要求確定。在一般情況下，直流電源的容量不超過拖動電動機容量的5%多數情況3%左右。

1.1.2 控制方法

拖動系統的負載變動，在要求減速距離或減速度為恒定值時，制動轉矩必須根據負載大小的不同而自動調節。改變定子繞組的勵磁電流即可改變電動機的制動轉矩。從動力制動的機械特性可知，電動機的制動轉矩與轉速相關。在減速中，在轉速逐漸降低時，在定子勵磁電流和轉子回路電阻均為定值時，轉矩會出現較大的變化，如圖1 所示為提升機采用動力制動時的減速過程。減速開始時，切斷電動機定子的三相交流電源，并投入直流勵磁。由于拖動系統有機械慣性，從電動到制動的轉換瞬間，電動機的轉速不會改變，拖動系統會沿箭頭指示的方向由電動過渡到制動特性工作。從圖中可看出，在恒定勵磁電流下制動轉矩不是恒定的。在轉子回路電阻較大時，如圖1a 中曲線①所示，開始制動轉矩大，轉速降低，制動轉矩逐漸減小。當轉子回路電阻較小時，如曲線②所示，減速開始時的制動轉矩較小，髓著轉速降低，制動轉矩增加，直到某一最大值，轉速繼續降低，轉矩減小。如轉子回路電阻再減小，則減速過程的制動轉矩變化情況如曲線③所示。在不同轉子電阻的情況下，其制動效果是不一樣的。我們常用平均制動轉矩。顯然，適當選擇轉子附加電阻可以得到較大的平均制動轉矩，如曲線②。

圖1 減速過程

在制動過程中，可選擇某一固定的轉子回路電阻，靠改變定子勵磁電流獲得不同的平均制動轉矩，這種控制方法簡單，容易實現自動控制。但在整個減速過程中制動轉矩變化較大，不是一個恒減速過程。在低速下制動轉矩大為減小，此時即使增大勵磁電流，增加的轉矩也有限。

為解決以上問題，可采用隨轉速降低，逐漸減小轉子回路電阻的方法提高制動過程中的平均制動轉矩，其減速過程如圖1b所示。在某些合適的轉速下實現轉子回路電阻的切換，使電機始終工作在特性的較大轉矩區段內，以提高平均制動轉矩。采用這種控制方法，制動轉矩的調整仍然需要靠改變定子勵磁電流。

1.2 動力控制下放重物

下放重物過程的控制只靠改變轉子電阻實現，而不需控制定子勵磁電流的情況。此時必須注意的問題是；根據下放重物的最大重量進行制動轉矩的驗算，并且必須留有較大的余量，不然，容易在減速過程出現失去限速作用的危險。在減速時，減少轉子回路電阻，結果造成電動機的制動轉矩小于負載轉矩，系統不僅不減速，反而在重物的作用下加速，而且轉速越高，制動轉矩越小，系統加速越快。當下放的重物很重時，需要的定子勵磁電流會很大，如下放工作時間很長，定子繞組就可能有過熱問題。為解決這個問題，可采用帶補償的動力制動控制線路，或采用反饋控制系統。

2 帶補償的動力制動控制系統

發生失速的原因是在減少轉子回路電阻后，電動機的工作點落在制動特性的不穩定段。制動特性的非穩定段是因轉子電流的去磁作用導致的，若設法在轉子電流增大的同時，把定子勵磁電流也在增加，補償轉子電流的去磁作用，使動力制動機械特性在一定的工作范圍內不出現非穩定段，便可解決以上的失速問題。

常見的補償形式有兩種；按轉子電流補償和按轉速補償。

2.1 根據轉子電流進行補償的控制線路

圖2 中G 為定子勵磁直流電源，M為主電動機，K 為定子直流勵磁開關，T 為轉子電流測量裝置，TG 為速度測量裝置，U 為信號變換裝置，A 為函數變換器。

圖2 帶補償的動力控制系統原理圖

2.2 帶速度補償的動力制動線路

用轉速進行補償是一種間接的補償方法。在某一固定勵磁電流和某一轉子電阻下，在轉速高于臨界轉速時出現不穩定區。如果隨著轉速的增高，勵磁電流相應加大，可以起到補償作用，使電動機在設計的工作區段內不出現不穩定工作區。這種補償方法易于實現，轉速信號可方便地從測速發電機引出，不需另外增加設備。