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變頻調(diào)速器供電的異步電動機(jī)電氣制動方法與原理

時間:2017-03-06 11:13 來源:未知 作者:admin

文章摘要：在通用變頻器、異步電動機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)中，當(dāng)電動機(jī)減速或者拖動位能負(fù)載下放時，電動機(jī)的實(shí)際速度將高于旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度。為了使電動機(jī)的實(shí)際速度與給定速度相符，就必須采取制動措施。異步電動機(jī)的制動方法有再生發(fā)電制動、直流制

　　在通用變頻器、異步電動機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)中，當(dāng)電動機(jī)減速或者拖動位能負(fù)載下放時，電動機(jī)的實(shí)際速度將高于旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度。為了使電動機(jī)的實(shí)際速度與給定速度相符，就必須采取制動措施。異步電動機(jī)的制動方法有再生發(fā)電制動、直流制動和機(jī)械抱閘制動。而機(jī)械抱閘制動直觀，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，首先回顧一下，異步電動機(jī)的運(yùn)行原理。
 
　　眾所周知，異步電動機(jī)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)給這三相繞組通以交流電時， 則在定轉(zhuǎn)子氣隙中產(chǎn)生磁場。此磁場在任何瞬間都是三相繞組各磁場的總和。通過右手定則對圖1中不同瞬間電流與磁場方向的關(guān)系可知，合成磁場fσ的方向與電流為最大值那一相繞組的軸線方向一致。因此隨著電流最大值依次由a相→b相→c相→a相等順序變化，合成磁場的方向也依次指向a相→b相→c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）與交流電源頻率成正比，而與磁場極對數(shù)成反比。
 
　　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(jī)旋轉(zhuǎn)，其某一瞬間情況如圖2所示。根據(jù)右手定則可知轉(zhuǎn)子閉合導(dǎo)體電流的方向。再根據(jù)左手定則可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受力方向。此作用力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩xtd將克服阻力矩mfz,使電機(jī)加速到電動力矩等于阻力矩為止。
 
　　采用通用變頻器供電的異步電動機(jī)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。
 
　　直流制動是使變頻器向異步電動機(jī)的定子任意兩相通以直流電，異步電動機(jī)便處于能耗制動狀態(tài)。這種情況下變頻器的輸出頻率為零，異步電動機(jī)的定子磁場不再旋轉(zhuǎn)。直流制動主要用于準(zhǔn)確停車與防止起動前電動機(jī)由于外因引起的不規(guī)則自由旋轉(zhuǎn)（如風(fēng)機(jī)類負(fù)載）。當(dāng)直流制動用于準(zhǔn)確停車時，一般都應(yīng)先進(jìn)行再生發(fā)電制動，在電動機(jī)減速到較低時，進(jìn)行直流制動。這是因?yàn)楦咚贂r進(jìn)行直流制動，異步電動機(jī)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(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，但得到的制動轉(zhuǎn)矩卻并不太大，另一方面準(zhǔn)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)行直流制動，只要合理調(diào)整fdb、制動時間tdb、制動直流電壓udb就可確保準(zhǔn)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)存儲的動能轉(zhuǎn)換成電能消耗于異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中。
 
　　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(jī)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（與阻力矩同向）起制動作用，使電動機(jī)減速。此時的異步電動機(jī)相當(dāng)于一臺異步發(fā)電機(jī)，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。這部分電能如果不進(jìn)行處理，將引起直流側(cè)過壓，而引起故障跳閘或損壞變頻器，因此必須處理好這部分電能。其處理方法一般有如下三種：
 
　　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，將這部分電能消耗掉，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、小來控制。實(shí)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"（pulsed resistor）。此單元實(shí)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，就要快速消耗掉這部分電能。
　　這種方法就是通過與整流器反并聯(lián)的回饋單元，將這部分電能回饋給電網(wǎng)如圖6所示，這種情況整流單元也必須采用晶閘管整流元件，一般采用邏輯無環(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)存儲的能量回饋給電網(wǎng)，但對供電電網(wǎng)的要求比較高； 一是電網(wǎng)電壓波動要小，且必須可靠； 二是電網(wǎng)短路容量要大，否則在回饋期間，電源電壓偏低或電源被切斷，有源逆變器就會迅速直通，引起換流失敗，燒壞快速熔斷器及晶閘管元件。因此，對電網(wǎng)電壓波動較大（如帶有電爐負(fù)載的電網(wǎng)），或采用接觸式供電（如行車、機(jī)車車輛）的場合以采用動力制動為好，雖然浪費(fèi)了一點(diǎn)電能，但可靠性大大提高。
 
　　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(jī)吸收工作在發(fā)電狀態(tài)電動機(jī)的電能， 但當(dāng)發(fā)電狀態(tài)多于電動狀態(tài)時， 吸收能力不足仍將引起直流過電壓。
　　
 
　　通用型變頻器在異步電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。為了滿足生產(chǎn)機(jī)械快速制動與準(zhǔn)確停車等方面的要求，必須對異步電動機(jī)進(jìn)行制動，而機(jī)械抱閘閘皮容易磨損，維護(hù)工作量大，而且浪費(fèi)電能，因此一般是先進(jìn)行電氣制動，最后才進(jìn)行機(jī)械抱閘以達(dá)到準(zhǔn)確停車的目的。因此本文以交流異步電動機(jī)的運(yùn)行原理為基礎(chǔ)，著重介紹了采用變頻器供電的異步電動機(jī)的幾種方法與原理，指出了各種制動方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)場合，以供從事這方面工作的人員參考
 
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變頻調(diào)速節(jié)能裝置的節(jié)能原理:由流體力學(xué)可知，P（功率）=Q（流量）╳ H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗

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