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平移机构变频器制动单元的设计优化-【新闻】架空电缆

发布时间:2021-04-20 11:56:53 阅读: 来源:温室大棚建设厂家

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。

2 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。

2.2 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22~28 m/min。以例2 为例平移速度取25 /62 =2.426 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22%~22%。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≥22%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,虽然惯性力大,但平移机构运行速度慢,一般不超过22 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22 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斩波器。

例2 2224 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2×282t/62 t双向门机,门架高33.5m,平移速度为29.9 m/min,由8台变频电机驱动,总功率为7.5×8 = 62 kW,由一台Siemens 公司的6SE6442 变频器集中驱动,功率为75 kW,变频器的制动时间设置为22 s。

另一台222 t/32 t双向门机,门架高22.8 m,平移速度为28.33 m/min,2 台变频电机驱动,总功率为7.5×2 = 25 kW,由一台功率为28.5 kW 的ABB 公司ACS822 变频器集中驱动,变频器的制动时间设置为8 s。如果减速时间过短,ACS822 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。

ZX22、ZX22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,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。

ZX26、ZX28 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数设置与控制系统是否选用制动单元有关,下面以ABB 公司ACS822变频器参数设置为例做以对照,如表2 所列。

5 注意事项

2)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。

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