变频器制动单元与制动电阻在架空乘人装置的应用

邓金煌

摘  要：随着我国现代化建设的不断发展，各类电器想要有效提高调速手段，并且节约更多电力资源，优化操控系统就需要重视变频调速技术的应用以及变频调速系统制动单元与制动电阻之间的选配。从而在相应功率因数的基础之上提高协作效率，提高运行安全性和稳定性。本文阐述了变频调速器的优缺点，并针对变频调速系统的制动力矩以及电阻选配、安装事项进行了细致分析。

关键词：架空乘人装置  变频调速系统  制动  选配

引  言：变频调速系统在近年来电子科技领域和电子生产领域取得了技术上的长足突破，对于变频调速系统，从理论基础到实际应用。目前矿井新安装的架空乘人装置基本使用变频调速，能更好的保护设备并能增强乘人的舒适感。而选用变频器若未使用合适的制动方式很容易发生电气损坏甚至安全事故。因此对于制动方式的选择和计算有非常重要的关系。

1.变频调速系统的制动力矩

变频调速系统想要根据实际需求调整频率速度，就需要获得相应的制动力矩，否则变频调速系统无法获得相应的制动效果，变频器甚至还会过压跳闸。根据实验分析，变频调速系统的制动力矩越大，其制动能力就越强，制动速率和制动性能更好。但是相应地想要获得更大的制动力矩就需要变频调速器在设备投资、软件投资环节成比例的增加。

而在计算制动力矩的过程中，不需要完成精确计算，只需要按照变频调速系统需要满足的工程要求以100%的制动力距为设计模板，按比例进行计算即可。

举例说明：对于大型工程设备如塔吊、电梯、起重机，变频调速系统需要按100%设计，而针对离心机可以按照90%设计，普通惯性负载想满足制动力距达到80%即可。但是如果是需要满足即停即起的大惯性负载，例如开卷和卷起设备，那么制动力矩的计算需要达到120%甚至150%。另外需要注意的是制动力矩设计的比例越大，对于调速器本身的荷载也就越大，如果力矩设计超过了制动单元和制动电阻的荷载极限，还极有可能会产生安全事故，为此设计人员需要参考实际情况，选配自动电阻和自动单元之后，对其实际荷载进行测量和计算。

2.制动电阻和制动单元的选配

2.1变频器能耗制动原理

当电动机处于发电状态时，电动机向整流单元回馈能量，而母线电压UCD升高，从而影响元器件的使用，甚至会发生电气烧毁或更严重的安全事故。而能耗制动的原理则如下图，当母线电压UCD升高到一定值时，制动单元BU导通，多余的能量通过RBR释放，待母线电压降回至正常值时制动单元截止。

2.2  RJY45-30/1700A型架空乘人装置制动电阻与制动单元的选配

2.2.1  RJY45-30/1700A型架空乘人装置制动制动力矩分析

该型号架空乘人装置应用于斜井，坡度25°，电机功率45kW，钢丝绳总长1700米，双边乘坐101人，驱动轮直径为1.2米，运行速度为0.75米/秒。

式中：Smin--最小张力点的张力，N;

C---钢绳的挠度系数， C=C0（λ2/8）=1000

C0---钢绳的基本挠度系数， 取C0 = 1000

q0---预选牵引钢绳的每米质量 1.78 Kg/m

g---重力加速度 g= 9.81 m/s

Smin=C×q0×g =17462N

Q1--每人人体重量 取Q1= 95 Kg

Q2--每把吊椅重量 取Q2= 15 Kg

ω--牵引钢丝绳运行阻力系数，动力运行时.取ω= 0.03

制动运行时. 取ω= 0.03

L――井筒斜长

Kb=1.1

当下放侧满员而上升侧无人时：（制动运行状态）

线路运行阻力：

W4-1 =（q0 +Q2/λ1）×（ωcosα+sinα）L g = 9986 N

W2-3 =[q0+（Q1+Q2）/λ1]×（ωcosα-sinα）Lg = -27205N

各点张力：

S3=Smin= 17462 N

S4=1.01Smin= 17636 N

S1=S4+W4-1= 27622 N

S2=S3-W2-3= 44666 N

P=（S2-S1）υ/（1000η）=17.85kW

架空乘人装置制动负载产生的最大峰值功率为17.85kW。

2.2.2 制动单元和制动电阻的选择

根据架空乘人装置电机的额定功率及制动负载产生的最大峰值功率选取制动单元。

因电机的额定功率为45kW，制动时产生的最大峰值功率为17.85kW。固选择匹配的制动单元和制动电阻。要求：①制动单元型号与电机功率相匹配;②推荐的制动电阻阻值是制动单元允许的最小电阻值;③电阻额定功率要大于负载制动最大峰值功率。

以深圳合兴加能科技有限公司的PDA制動单元为例，应选择PDA-06-045H型制动单元;选配的电阻为9.7欧，18kW。

3.制动单元安装的注意事项

首先，为使电阻具有更好的散热功能，有效降低寄生电感量，同时结合高阻燃无机涂层可以延长电阻丝的使用寿命，有效避免其快速老化。而铝合金电阻则更加紧密安装，适合附加散热器。和波纹电阻相比，铝合金电阻呈现出了全密封结构能够长期稳定的适用于各种环境，耐腐蚀性，耐气候性，耐震性都更高。

其次，制动单元在变频调速器当中工作时，制动电阻做工会散发大量热能，因此在安装和使用过程中还需要强调整个制动单元的散热以及使用安全。尤其是对于制动单元的通风空间需要进行严格把关，其上下10厘米，左右三厘米的最小通风空间是避免制动电阻在使用过程当中发生爆炸的有效措施。

最后，变频调速系统以及各类制动元件在安装过程中都需要使用截面足号的绝缘电缆，其中软电缆的灵活性更好。可以说由于变频调速系统在不断完成制动的过程中，电阻泄放的电流较大，因此导线的截面必须要能够满足电阻需求，才能使整个变频调速系统更加流畅的运行。另外连接制动电阻的导线还需要具备良好的耐高温抗热属性，避免由于制动单元温度过高导致的导线软化。根据以往的经验，制动单元变频器之间的距离不能超过一米，同时直流测电缆应该采用绞合连接，减少辐射和电感。制动单元到制动电阻之间的距离虽然没有限制，但是距离越长，电缆事故发生概率就越大，这也是安装和使用过程当中需要着重强调和注意的事项。

结束语：综上所述，变频调速器具有调速功率高，规模宽，供电模式自由，同时可以最快速度全速运转等优点。但同时也具备耐压水平较低，高次谐波对电源影响不良，以及可能会发生共振现象等问题。针对上述优缺点，需要技术人员能够合理的计算变频调速系统的制动力矩，从而选择合适的制动电阻和制动单元配比，最后在安装、配线过程中也要加强操作规范，明确操作流程，提高安装质量和安装效率，有效延长变频调速器和变频调速系统的使用寿命。

参考文献：

[1]周志敏. 变频调速系统制动单元与制动电阻的选配[J]. 变频器世界，2018（11）：116-117.

[2]闫瑜. 变频调速系统中的制动问题分析[J]. 纺织机械，1999（03）：3-5.