变频器供电的异步电动机电气制动方法与原理

变频器供电的异步电动机电气制动方法与原理TheElectricBrakeMethodandPrincipleofACMotorBased作者：马鞍山钢铁集团

自动化部

陆文龙摘要：本文简要介绍了交流异步电动机的运行原理，着重阐述了采用变频器供电的异步电动机电气制动的几种方法与制动原理，指出了各种制动方法的优缺点及其适应场合。英文摘要：herunningprincipleofACmotorisintroducedbrieflyinthispaper,especiallysomeelectricbrakemethodsandprincipleofACmotorbasedoninvertercontrolareexpounded,alsothemeritsanddefectsofthosebrakemethodsandtheiracclimationarepointedout.关键词：变频器

异步电机运行原理

制动方法

1

引言

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传动系统中，当电动机减速或者拖动位能负载下放时，电动机的实际速度将高于旋转磁场的旋转速度。为了使电动机的实际速度与给定速度相符，就必须采取制动措施。异步电动机的制动方法有再生发电制动、直流制动和机械抱闸制动。而机械抱闸制动直观，这里不做介绍，只介绍前面两种电气制动方法。为了便于介绍电气制动的原理与方法，首先回顾一下，异步电动机的运行原理。2

异步电机运行原理

众所周知，异步电动机的定子上装有一套在空间上对称分布的三相绕组AX、BY、CZ如图1所示。当给这三相绕组通以交流电时,则在定转子气隙中产生磁场。此磁场在任何瞬间都是三相绕组各磁场的总和。通过右手定则对图1中不同瞬间电流与磁场方向的关系可知，合成磁场FΣ的方向与电流为最大值那一相绕组的轴线方向一致。因此随着电流最大值依次由A相→B相→C相→A相等顺序变化，合成磁场的方向也依次指向A相→B相→C相→A相等各相绕组的轴线方向。这就是说，这个合成磁场是一个“旋转磁场”。其旋转速度n0(同步转速)与交流电源频率成正比，而与磁场极对数成反比。图1

旋转磁场形成

由于旋转磁场的作用，转子导体切割磁场磁力线而产生感应电势，这个感应电势使闭合的转子导体产生电流，通电导体在磁场中又受到一个力的作用，这个作用在导体上的力，将使异步电动机旋转，其某一瞬间情况如图2所示。根据右手定则可知转子闭合导体电流的方向。再根据左手定则可知转子导体受力方向。此作用力产生的转矩XTD将克服阻力矩Mfz，使电机加速到电动力矩等于阻力矩为止。图2

旋转力矩形成

3

电气制动的方法与原理

采用通用变频器供电的异步电动机电气制动有直流制动与再生发电制动(能耗制动)两种。现就这两种制动方法与制动原理分述如下。3.1直流制动

直流制动是使变频器向异步电动机的定子任意两相通以直流电，异步电动机便处于能耗制动状态。这种情况下变频器的输出频率为零，异步电动机的定子磁场不再旋转。直流制动主要用于准确停车与防止起动前电动机由于外因引起的不规则自由旋转(如风机类负载)。当直流制动用于准确停车时，一般都应先进行再生发电制动，在电动机减速到较低时，进行直流制动。这是因为高速时进行直流制动，异步电动机转子电流的频率与幅值都很高，转子铁损很大，导致电动机发热严重，但得到的制动转矩却并不太大，另一方面准确停车也较难保证，而采用先再生发电制动,等降频到fDB再进行直流制动，只要合理调整fDB、制动时间tDB、制动直流电压UDB就可确保准确停车。转动着的转子切割这个静止磁场而产生制动转矩，如图3所示。旋转系统存储的动能转换成电能消耗于异步电动机转子回路中。图3的(a)与(b)还说明这种制动与通入直流电的极性无关。图3

直流制动原理3.2再生发电制动

当给定频率降低时，定子旋转磁场的旋转速度降低或位能负载下放倒拉。此时异步电动机转子旋转速度将超过旋转磁场的旋转速度，因此转子导体中的感应电势反向，电流反向，电动转矩反向，如图4，电动转矩(与阻力矩同向)起制动作用，使电动机减速。此时的异步电动机相当于一台异步发电机，将旋转系统存储的动能或重物下放的位能转换成电能。这部分电能如果不进行处理，将引起直流侧过压，而引起故障跳闸或损坏变频器，因此必须处理好这部分电能。其处理方法一般有如下三种:图4

发电状态

(1)动力制动

这种方法就是通过与直流回路滤波电容并联的放电电阻，将这部分电能消耗掉，因此也称再生能耗制动，如图5所示，图5中虚线框内为制动单元(PW)，它包括内部制动电阻RB，制动用的晶体管VB等，VB的通断是通过检测直流电压大、小来控制。实际上电阻中的电流是间歇的，所以西门子公司资料称“脉冲电阻”(PulsedResistor)。此单元实际上只起消耗电能防止直流侧过电压的作用。它并不起制动作用，但人们习惯称此单元为制动单元。要提高制动的快速性，就要快速消耗掉这部分电能，可以在图5中H，G两点间外接制动电阻REB，REB阻值与功率应符合产品样本要求。图5

动力制动

(2)再生制动

这种方法就是通过与整流器反并联的回馈单元，将这部分电能回馈给电网如图6所示，这种情况整流单元也必须采用晶闸管整流元件，一般采用逻辑无环流工作方式。回馈单元与电网之间应串接一台自耦变压器，此种制动方法虽然可以把旋转系统存储的能量回馈给电网，但对供电电网的要求比较高;一是电网电压波动要小，且必须可靠;二是电网短路容量要大，否则在回馈期间，电源电压偏低或电源被切断，有源逆变器就会迅速直通，引起换流失败，烧坏快速熔断器及晶闸管元件。因此，对电网电压波动较大(如带有电炉负载的电网)，或采用接触式供电(如行车、机车车辆)的场合以采用动力制动为好，虽然浪费了一点电能，但可靠性大大提高。图6

回馈单元

(3)直流公共母线

所谓直流公共母线是用一台整流器给多台逆变器供电如图7所示，它利用工作在电动状态的电动机吸收工作在发电状态电动机的电能,但当发电状态多于电动状态时,吸收能力不足仍将引起直流过电压，因此还需要有前面两种方法之一(如图7中虚线框所示)做后备吸收才较完美。图7

直流公共母线4

结束语

通用型变频器在异步电动机的调速系统中已得到了越来越广泛的应用。为了满足生产机械快速制动与准确停车等方面的要求，必须对异步电动机进行制动，而机械抱闸闸皮容易磨损，维护工作量大，而且浪费电能，因此一般是先进行电气制动，最后才进行机械抱闸以达到准确停车的目的。因此本文以交流异步电动机的运行原理为基础，着重介绍了采用变频器供电的异步电动机的几种方法与原理，指出了各种制动方法的优缺点及适应场合，以供从事这方面工作的人员参考。参考文献

(略)

附录资料：不需要的可以自行删除工程竣工资料资料查验表卷内目录工程名称江安学府花园2#楼工程工程内容工程地点开工日期竣工日期监理单位江安县建安监理公司设计单位泸州市轻工勘察设计有限公司施工单位泸州市第九建筑工程公司序号名称文件日期起止页号备注一、建设资料1、单位工程竣工资料2、卷内目录3、单位工程竣工资料目录4、建设工程规划许可证、附件及附图5、工程地质勘察报告6、施工图设计及说明7、消防设计审核意见8、设计文件审查意见9、设计文件审查批准书10、勘察合同11、设计合同12、施工合同13、监理合同14、施工中标通知书序号名称文件日期起止页号备注15、见证取样送检见证人签字16、施工组织设计企业审批表17、监理规划、监理实施细则18、工程质量保证体系审查表19、建设工程质量监督报监登记书20、建设工程质量监督工作方案21、建设工程施工许可证二、监理资料1、监理规划、监理实施细则2、监理备忘录3、监理工作总结（专题、阶段和竣工报告）4、监理工作记录5、工程开工报审表6、施工组织设计（方案）报审表7、施工测量放线报审表8、建筑材料报审表9、主要工程设备选型报审表10、工程构配件报审表11、技术核定报审表12、旁站监理记录表序号名称文件日期起止页号备注13、单位工程质量评估报告三、施工管理、技术资料1、企业资质及项目人员岗位证书审核表2、施工组织设计及施工方案3、施工现场质量管理审查记录表4、单位工程开工报告5、图纸会审记录6、技术核定单7、项目对班组技术交底8、工程定位测量记录9、基槽验线记录10、规划放线、验线单11、建筑材料报审表12、检验批、分项、分部报验表13、主要工程设备选型报审表14、工程构配件报审表15、建筑物垂直度、标高测量记录16、沉降观测记录17、施工总结四、验收与备案资料序号名称文件日期起止页号备注1、地基验槽记录2、基础分部工程验收备案表3、地基与基础工程质量文件汇总表4、桩基础工程质量验收报告5、桩基础工程质量文件汇总表6、主体分部工程验收备案表7、主体结构工程质量文件汇总表8、单位工程质量竣工验收记录9、单位（子单位）工程质量控制资料核查记录10、单位（子单位）工程安全和功能检验资料核查及主要功能抽查记录11、单位（子单位）工程观感质量检查记录12、竣工工程申请验收报告13、消防验收意见14、规划、环保认可意见15、《房屋建筑工程质量保修证书》16、房屋建筑工程和市政基础设施工程勘察文件质量检查报告17、房屋建筑工程和市政基础设施工程设计文件质量检查报告18、房屋建筑工程和市政基础设施工程单位工程质量评估报告（监理）19、工程竣工验收告知单20、四川省房屋建筑工程和市政基础设施工程竣工验收报告序号名称文件日期起止页号备注21、建设工程竣工验收备案书五、质量控制资料（一）、各种物资出厂合格证、质量保证书和商检证等及检测报告1、钢材出厂质量证明单、试验报告汇总表2、钢筋出厂质量证明单3、钢筋抄件证明4、钢筋试验报告5、钢材焊接实验报告汇总表6、焊接试验报告、焊条（剂）合格证7、水泥出产合格证、实验报告汇总表8、水泥出厂合格证、实验报告9、砖出厂合格证、试验报告汇总表10、预制构件出厂合格证、检测报告汇总表11、砌筑砂浆强度评定12、砂浆试块试验报告汇总表13、砂检测报告14、单位工程混凝土试快强度汇总表15、混凝土强度合格评定16、混凝土试验报告汇总表17、混凝土立方体抗压强度检测报告序号名称文件日期起止页号备注18、防水材料合格证、试验报告汇总表19、材料设备合格证、试验单汇总表20、桩检测报告21、隐蔽工程检查记录22、结构吊装距离23、沉降观测记录24、地基验槽记录25、地基与基础分部工程质量验收报告（二）、安装工程各种物资出厂合格证、质量保证书、商检证及检测报告1、雨水管道灌水试验记录2、污水管道立管通球检查记录3、污水管道渗水量试验记录4、通水试验记录5、排水管道灌水试验6、电气材料合格证、试验单汇总表7、避雷接地电阻测试记录8、绝缘电阻测试记录9、接地电阻测试记录（三）、室内环境检测报告六、施工质量验收记录资料序号名称文件日期起止页号备注（一）、单位竣工质量竣工验收记录1、单位工程质量竣工验收记录2、单位（子单位）工程质量控制资料核查记录3、单位（子单位）工程安全和功能检验资料核查及主要功能抽查记录4、单位（子单位）工程观感质量检查记录5、单位工程竣工质量检查报告（二）、地基与基础分部工程质量验收记录1、混凝土结构子分部工程质量验收记录2、混凝土灌桩检查批质量验收记录（一）3、混凝土灌桩钢筋笼检验批质量验收记录4、土方开挖工程检验批质量验收记录5、土方回填工程烟碱批质量验收记录6、钢筋加工检验批质量验收记录7、钢筋安装工程检验批质量验收记录8、模板工程检验批质量验收记录9、混凝土工程施工检验批质量验收记录10、现浇结构混凝土工程检验批质量验收记录11、结构吊装验收记录12、砖砌体工程检验批质量验收记录（三）、主体分部工程质量验收记录序号名称文件日期起止页号备注1、钢筋加工检测批质量验收2、钢筋安装工程检验批质量验收记录3、模板工程检验批质量验收记录4、混凝土工程施工检验批质量验收记录5、现浇结构混凝土工程检验批质量验收记录6、结构吊装验收记录7、砖砌体工程检验批质量验收记录（四）、装饰分部工程质量验收记录1、分项工程验收记录（所发生分项应有记录）2、一般抹灰工程检验批质量验收记录3、金属门窗安装检验批质量验收记录4、塑料门窗安装检验批质量验收记录5、饰面砖粘接工程检验批质量验收记录6、楼地面找平层检验批质量验收记录（五）、层面分部工程质量验收记录1、屋面找平层、保温层检验批质量验收记录2、屋面卷材、涂膜防水层工程检验批质量验收记录3、密封材料嵌缝、细石混凝土屋面工程检验批质量验收记录4、工程施工检验批质量验收记录（通用表）5、防水工程抗渗漏试验记录序号名称文件日期起止页号备注（六）、给排水、暖卫安装分部工程质量验收记录1、室外排水管道安装工程检验批质量验收记录2、给水管沟及井室安装工程检验批质量验收记录3、消防水泵接合器及室外消火栓安装工程检验批质量验收记录4、卫生器具排水配件安装工程检验批质量验收