动力制动的应用与带补偿的动力制动控制系统

孙先国

（新疆普阳矿业开发公司，新疆 和田848000）

对于系统惯量大并带有位势负载的生产机械，为实现快速减速停车，需采用电气制动措施。对于需要进行减速停车的生产机械，如矿井提升机，采取电气制动，制动力的调节平稳、易于控制，方便运行维护。

1 动力制动的应用

1.1 动力制动减速停车

1.1.1 动力制动电源

采用动力制动时给电动机定子绕组励磁的直流电源，其电压大小必须可调。可调电压的直流电源用直流发电机组，也可以用可控整流器，目前一般采用后者。电源的容量必须根据制动转矩的要求确定。在一般情况下，直流电源的容量不超过拖动电动机容量的5%多数情况3%左右。

1.1.2 控制方法

拖动系统的负载变动，在要求减速距离或减速度为恒定值时，制动转矩必须根据负载大小的不同而自动调节。改变定子绕组的励磁电流即可改变电动机的制动转矩。从动力制动的机械特性可知，电动机的制动转矩与转速相关。在减速中，在转速逐渐降低时，在定子励磁电流和转子回路电阻均为定值时，转矩会出现较大的变化，如图1 所示为提升机采用动力制动时的减速过程。减速开始时，切断电动机定子的三相交流电源，并投入直流励磁。由于拖动系统有机械惯性，从电动到制动的转换瞬间，电动机的转速不会改变，拖动系统会沿箭头指示的方向由电动过渡到制动特性工作。从图中可看出，在恒定励磁电流下制动转矩不是恒定的。在转子回路电阻较大时，如图1a 中曲线①所示，开始制动转矩大，转速降低，制动转矩逐渐减小。当转子回路电阻较小时，如曲线②所示，减速开始时的制动转矩较小，髓着转速降低，制动转矩增加，直到某一最大值，转速继续降低，转矩减小。如转子回路电阻再减小，则减速过程的制动转矩变化情况如曲线③所示。在不同转子电阻的情况下，其制动效果是不一样的。我们常用平均制动转矩。显然，适当选择转子附加电阻可以得到较大的平均制动转矩，如曲线②。

图1 减速过程

在制动过程中，可选择某一固定的转子回路电阻，靠改变定子励磁电流获得不同的平均制动转矩，这种控制方法简单，容易实现自动控制。但在整个减速过程中制动转矩变化较大，不是一个恒减速过程。在低速下制动转矩大为减小，此时即使增大励磁电流，增加的转矩也有限。

为解决以上问题，可采用随转速降低，逐渐减小转子回路电阻的方法提高制动过程中的平均制动转矩，其减速过程如图1b所示。在某些合适的转速下实现转子回路电阻的切换，使电机始终工作在特性的较大转矩区段内，以提高平均制动转矩。采用这种控制方法，制动转矩的调整仍然需要靠改变定子励磁电流。

1.2 动力控制下放重物

下放重物过程的控制只靠改变转子电阻实现，而不需控制定子励磁电流的情况。此时必须注意的问题是；根据下放重物的最大重量进行制动转矩的验算，并且必须留有较大的余量，不然，容易在减速过程出现失去限速作用的危险。在减速时，减少转子回路电阻，结果造成电动机的制动转矩小于负载转矩，系统不仅不减速，反而在重物的作用下加速，而且转速越高，制动转矩越小，系统加速越快。当下放的重物很重时，需要的定子励磁电流会很大，如下放工作时间很长，定子绕组就可能有过热问题。为解决这个问题，可采用带补偿的动力制动控制线路，或采用反馈控制系统。

2 带补偿的动力制动控制系统

发生失速的原因是在减少转子回路电阻后，电动机的工作点落在制动特性的不稳定段。制动特性的非稳定段是因转子电流的去磁作用导致的，若设法在转子电流增大的同时，把定子励磁电流也在增加，补偿转子电流的去磁作用，使动力制动机械特性在一定的工作范围内不出现非稳定段，便可解决以上的失速问题。

常见的补偿形式有两种；按转子电流补偿和按转速补偿。

2.1 根据转子电流进行补偿的控制线路

图2 中G 为定子励磁直流电源，M为主电动机，K 为定子直流励磁开关，T 为转子电流测量装置，TG 为速度测量装置，U 为信号变换装置，A 为函数变换器。

图2 带补偿的动力控制系统原理图

2.2 带速度补偿的动力制动线路

用转速进行补偿是一种间接的补偿方法。在某一固定励磁电流和某一转子电阻下，在转速高于临界转速时出现不稳定区。如果随着转速的增高，励磁电流相应加大，可以起到补偿作用，使电动机在设计的工作区段内不出现不稳定工作区。这种补偿方法易于实现，转速信号可方便地从测速发电机引出，不需另外增加设备。