0 引言

交流變頻調速技術用于平移機構時，它的起、制動平滑性非常好，平穩(wěn)無沖擊不打滑，調速范圍寬，可靠性高，現已廣泛應用于水電站起重設備上。為防止制動過程中變頻器出現直流過壓故障,習慣做法是在變頻器的直流側加裝制動斬波器和制動電阻器。根據筆者的設計和調試經驗，認為：對于不同類型的起重設備和運行工況，仔細計算后在有些情況下可以省略制動單元。合理設計選用制動斬波器和電阻器，可以降低成本以及安裝調試的工作量。因此，從以下幾個方面來描述平移機構變頻調速系統(tǒng)制動單元的設計。

1 平移機構的制動功率

機構在運行過程中，電機速度始終跟隨變頻器的輸出頻率。制動時，在輸出頻率下降的瞬間，旋轉磁場的轉速(同步轉速)會立即下降，但由于拖動系統(tǒng)慣性緣故，電機轉子的轉速不可能立即下降。于是，轉子的轉速超過了同步轉速，電動機處于短暫的發(fā)電狀態(tài)，并產生制動作用。這個制動過程是一種能量轉換過程，平移機構作水平運動，只有動能無勢能，當動能減為零時運行的物體停下來。物體在制動過程中將產生的動能轉換為功。

根據物理學的動能原理。

可以看出制動功率只占總功率的5%左右，也就是說平移機構制動時實際所消耗的功率是很小的。

2 制動單元的選用

制動單元包括制動斬波器和制動電阻器，是保護變頻器的主要器件。電機處于發(fā)電運行狀態(tài)時，產生的再生能量將導致變頻器的直流母線電壓上升，當變頻器的中間回路電壓超過特定的閾值時，制動單元就開始工作，接通制動電阻消耗制動功率，變頻器的直流母線電壓就會被限定在一定范圍內。既然制動功率很小，那么制動單元是否可以取消?下面分兩種情況說明。

2.1 用于設備安裝的橋式起重機

如水電站廠房橋機，這類設備主要用于水輪發(fā)電機的安裝。它的特點是：橋機高度低，穩(wěn)定性好，慣性力小。但是，它定位精度要求高，起、制動頻繁，制動時間短，要求能夠快速起、制動，平移機構的運行速度在20~28 m/min。以例1 為例平移速度取25 /60 =0.416 7 m/s，制動時間取5 s。

這個比值大大上升了。據有關資料介紹，變頻器的再生制動力為額定轉矩的10%~20%。所以安全起見，這類設備上的變頻器就必須配置制動斬波器。

有的變頻器在一定功率范圍內，廠商已經將制動斬波器集成在變頻器內，不需要單獨選型。另有一些公司變頻器的制動單元是可選件，需要單獨選型配置。選型時，制動功率一般≥20%變頻器額定功率都可以滿足制動過程的要求。

2.2 用于啟閉閘門的門式起重機

這類起重設備主要用于水電站各種閘門的開啟和關閉。它的特點是門架高(我廠制作的門座機中最高可達39.61 m)，雖然慣性力大，但平移機構運行速度慢，一般不超過20 m/min，為了減小制動過程中的慣性力對門架的沖擊，設計的制動時間比較長，一般都不會低于10 s，而且起制動不頻繁,它定位精度低。由前面計算可見，制動功率與制動時間成反比，制動時間越長所需的制動功率就越小，產生的再生能量不會導致變頻器的直流母線電壓上升至跳閘極限。所以，在這類設備中就可以不配置制動斬波器。

例2 2004 年我廠為廣西兩個電站設計制造了兩臺門機，這兩臺門機平移機構的變頻器上都未設置制動單元。四年來，這兩臺門機運行狀況良好，從未出現過直流過壓故障。

一臺是2×280t/60 t雙向門機，門架高33.5m，平移速度為19.9 m/min，由8臺變頻電機驅動，總功率為7.5×8 = 60 kW，由一臺Siemens 公司的6SE6440 變頻器集中驅動，功率為75 kW，變頻器的制動時間設置為10 s。

另一臺100 t/30 t雙向門機，門架高20.8 m，平移速度為18.33 m/min，2 臺變頻電機驅動，總功率為7.5×2 = 15 kW，由一臺功率為18.5 kW 的ABB 公司ACS800 變頻器集中驅動，變頻器的制動時間設置為8 s。如果減速時間過短，ACS800 變頻器會自動延長減速時間，以防止直流過壓。

3 制動電阻器的選用

首先計算制動電阻阻值。前面計算出的平移機構電機的制動功率，就是電阻器消耗的功率。由制動功率得出制動電阻阻值為

在實際工作中，平移機構制動電阻投入工作的時間很短，電阻器的溫升遠遠小于其額定溫升。

因此，根據制動電阻值Rb 和制動電流IC，按25%的暫載率來選擇電阻器即可滿足制動要求。

最后選擇電阻器。電阻器的種類較多，不同型號由不同種材料制成，根據應用的環(huán)境和工況來選用。

ZX2 系列電阻器是由康銅絲繞在帶絕緣瓷槽的鐵板上制成。它的特點是：電阻值大，溫度系數小，電流容量小，價格較貴。

ZX10、ZX12系列電阻器是由鐵鉻鋁材料制成的，它電流容量大，但是電阻值小，功率小(4.6 kW)，價格較低。將鐵鉻鋁帶在絕緣瓷槽繞成螺旋形電阻元件，其阻值穩(wěn)定，抗震性好，可靠性高。鐵鉻鋁帶制成的帶形電阻元件的電感要小一些。

ZX16、ZX18 系列電阻器是由合金鋼板加工成形的，功率為5.6 kW，其阻值穩(wěn)定，無電感，采用高頻瓷件絕緣，可靠性高，抗震性能好，不氧化防腐蝕壽命長。正因為這種電阻器有諸多優(yōu)點，雖然價格略高一些，但它容量大，所用數量少，所以總的價格并未提高多少。

4 變頻器參數的設置

變頻器的幾個關鍵參數設置與控制系統(tǒng)是否選用制動單元有關，下面以ABB 公司ACS800變頻器參數設置為例做以對照，如表1 所列。

5 注意事項

1)在進行變頻器參數設置和編程時，應使機械抱閘的上閘時間大于變頻器的制動時間，在變頻器停止輸出后再使制動器動作。如果這二者之間配合不當仍會出現直流過壓現象。

2)斬波器和電阻器之間的接線一定要可靠，絕不可有斷開或接地現象，否則會造成變頻器的損壞。

6 結語

由于變頻器的優(yōu)異性能，變頻調速裝置驅動的平移機構的起、制動平滑性能優(yōu)良，調速范圍寬，可靠性高。由于變頻器的特點，這一系統(tǒng)一般要配置制動單元。本文的分析及設計實例表明，對于不同類型的起重設備及運行工況，經過仔細的設計和計算，某些情況下可以省略制動單元，從而降低設備成本及安裝調試的工作量。