起重變頻調速系統中制動(dòng)電阻功率的計算

1、 引言
起重機調速技術(shù)已有了較長(cháng)的發(fā)展歷史，從直流調速到交流調速，從AC定子調速技術(shù)到DC晶閘管調速裝置，再發(fā)展到今天廣泛應用的轉子串電阻調速技術(shù)。但這些技術(shù)都存在著(zhù)元件易損、維修不便、設備沖擊大、調速范圍小等許多缺點(diǎn)。進(jìn)入20世紀90年代以來(lái)，變頻調速技術(shù)的日臻成熟，以其調速范圍大、結構簡(jiǎn)單、 維修方便、減小噪音、節約電力等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)始在起重領(lǐng)域得到廣泛應用。
在起重變頻調速系統運行中，當停車(chē)或下降時(shí)，重物產(chǎn)生的位勢負載使電機處于發(fā)電狀態(tài)，能量向電源側回饋，由于大多數變頻器沒(méi)有電能回饋裝置，此時(shí)必須通過(guò)制動(dòng)單元將這部分能量由制動(dòng)電阻以熱能的形式釋放掉，所以制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻在起重變頻調速系統中起著(zhù)非常重要的作用。本文重點(diǎn)介紹如何正確選型制動(dòng)單元 和制動(dòng)電阻。
2、變頻器能耗制動(dòng)工作原理
在同一個(gè)電力拖動(dòng)系統中,當電機轉速高于變頻器輸出頻率所對應的同步轉速時(shí),處于發(fā)電狀態(tài)的電動(dòng)機及負載的慣性能量將反饋到變頻器中(這種情況一般發(fā)生在電機被拖著(zhù)走的時(shí)候,如起重機重物下降)。但通用變頻器大多沒(méi)有設計使再生能量反饋到三相電源的功能，因此所有變頻器從電機吸收的能量都會(huì )保存在電解電容中，最終導致變頻器中的直流母線(xiàn)電壓因電容充電升高。如處理不當，變頻器就會(huì )報警停機。（見(jiàn)圖1）

對于通用變頻器通常采用的方法是為變頻器配備制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，制動(dòng)單元通過(guò)電平檢測確定直流母線(xiàn)電壓Ud是否超過(guò)規定的限值時(shí)（如660V或 710V），如過(guò)壓就可以通過(guò)短時(shí)間接通電阻，使電能以熱能方式消耗掉。所以準確地計算制動(dòng)功率、制動(dòng)電阻阻值和功率容量等參數，對于變頻器的正常工作是至關(guān)重要的。
3、起重變頻器制動(dòng)功率的簡(jiǎn)便計算
對于制動(dòng)功率的計算通常是采用計算制動(dòng)轉矩的方法，但針對于起重變頻器的制動(dòng)功率的計算此方法不太適用且計算太復雜。國內外的變頻器廠(chǎng)家也沒(méi)有針對起重變頻器制動(dòng)功率給出方便的計算方法，如果僅依據其選型手冊按一般停車(chē)工況進(jìn)行選型，通常不能正常使用。對于起重變頻器停車(chē)工況所需的制動(dòng)功率容量較小，而重物下降時(shí)所需的制動(dòng)功率容量較大，故選型時(shí)應滿(mǎn)足最大下降重量、最大下降行程、最快下降速度的要求。
在起重機重荷下降時(shí)電動(dòng)機作為發(fā)電機產(chǎn)生電能，而電動(dòng)機的驅動(dòng)是來(lái)自于重物的勢能，根據能量守恒定律，產(chǎn)生的電能應等于重物勢能的釋放，又等于電阻的熱能耗（在不考慮功率損耗）。所以只需計算重物勢能產(chǎn)生的功率就是所需的制動(dòng)功率。對于下降物體勢能產(chǎn)生的功率很容易計算。
PE = NM ╳ VM
PW = PE ╳ （1-η）
PE 下降勢能產(chǎn)生的功率 單位：瓦
PW 制動(dòng)功率 單位：瓦
NM 最大下降重量 單位：牛
VM 最快下降速度 單位：米/秒
η 電機和變頻器的內耗功率系數，一般為20% 計算出制動(dòng)功率PW后再依據廠(chǎng)家提供的手冊配置相應的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，一定要嚴格按照手冊數據配置制動(dòng)單元，否則可能會(huì )因配置不當導致制動(dòng)單元電流過(guò)大而燒壞。
4、實(shí)際應用舉例
a、 洛陽(yáng)某電廠(chǎng)主廠(chǎng)房75/20噸天車(chē) （僅以主起升為例） 主起升電機功率37KW，運行速度0.2-2米/分鐘，最大提升重量100噸。變頻器采用普傳PI8100系列 45KW變頻器。計算制動(dòng)功率：
NM = 100噸╳1000╳9.8
VM = 2 /60米/秒
PW = PE ╳（1-η）=NM ╳ VM╳（1-η）

= 100╳1000╳9.8╳2╳（1-0.2）/60
= 26.13千瓦
故主起升機構制動(dòng)功率應不小于26.13千瓦，參照普傳制動(dòng)單元選型手冊，每臺可提供9.6KW的制動(dòng)功率，可選用3臺并聯(lián)使用。在設備調試中我們曾使用2臺，但終因電阻過(guò)熱無(wú)法完成驗收測試。
5 結束語(yǔ)
對于起重變頻調速系統，制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的選型非常重要，選型不當會(huì )造成電阻過(guò)熱無(wú)法工作，甚至變頻器炸機。大、小車(chē)行走機構的制動(dòng)電阻按廠(chǎng)家提供的選型樣本即可進(jìn)行，但對于起升機構的制動(dòng)電阻，必須經(jīng)過(guò)計算后選型，本文提供的計算方法較為簡(jiǎn)便，且適用長(cháng)時(shí)間下降工況。實(shí)踐證明，根據上述公式計算出的制 動(dòng)功率完全滿(mǎn)足實(shí)際需要。