变频器制动电阻分析

变频器制动电阻分析（共3篇）

1.变频器制动电阻分析 篇一

东风4B型内燃机车电阻制动故障原因分析及处理

摘 要：文章从东风4B型内燃机车电阻制动装置的结构和原理入手，针对呼铁局东风4B机车使用电阻制动时无制动电流、430r/min主手柄置保位，励磁电流自动增加到740A左右、电阻制动时一、二级不转换、使用电阻制动时励磁电流波动很大等故障，对其产生的原因及处理方法进行分析和总结。 关键词：内燃机车；电阻制动；故障；分析处理 1 概述

电阻制动是机车电气制动方式的一种，它是利用直流电机的可逆原理，在制动工况时将直流牵引电动机改为直流发电机。通过轮对将列车的动能转变为电能，消耗在制动电阻上，再以热能的形式逸散到大气中。在这个过程中，牵引电动机轴上所产生的反力矩作用于机车动轮上而产生制动力。

采用电阻制动具有很多优点，可以提高机车在长大下坡道上的运行速度，大大降低闸瓦和轮箍的磨损。最小限度地使用空气制动，使闸瓦和轮箍的发热减少，确保列车有足够的缓解充风时间，提高使用空气制动时的制动效果。尤其是采用了两级电阻制动以后，大大提高了机车在低速运行区的电气制动力。能够满足铁路自动闭塞区、施工区段慢行以及进站侧线停车的需要。这样不但增加了行车的安全性，而且可以加大行车密度，提高运输能力。如果电阻制动装置出现故障不能使用，上述优点将不能体现。本人从东风4B型内燃机车电阻制动装置的基本原理入手，结合工作中遇到的实际问题，对东风4B型内燃机车电阻制动装置出现的常见故障原因进行分析，并总结出一些比较有效的查找和处理方法。 2 电阻制动控制原理简介

分析电阻制动出现的故障原因，必须从电阻制动控制原理入手进行分析。下面我将电阻制动控制原理简单介绍如下：

当机车从牵引工况转入电阻制动工况时，首先是将牵引电动机的电枢回路与主整流柜断开，并与各自的制动电阻接成闭合回路，其次是将各台牵引电动机的励磁绕组全部串联后接到主整流柜的输出端，由主发电机提供励磁电流(见图1)。

制动力的大小既可以通过调节牵引电机的励磁电流IL来实现，也可以通过调节制动电流Iz来实现。在东风4内燃机车中为了扩大机车在不同速度下制动力的调节范围，这两种方法都采用，对牵引电动机的励磁电流ILd的调节，既可以通过调节主发电机的励磁电流ILf，也可以通过调节励磁机的励磁电流ILL或者调节柴油机测速发电机CF的励磁电流Icf来实现，为了既能调节功率又不使串联的调节环节过多而增加系统动态校正困难，我们采用调节励磁电流ILL来调节牵引电动机的励磁电流IL的方法，对于制动电流Iz的调节是通过调节制动电阻的阻值来实现的。即当机车速度降低到某一指定速度时，自动短接一部分制动电阻，从而增大制动电流Iz的数值。

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电阻制动工况时，根据柴油机转速信号，确定制动电流和制动励磁电流的基准值，并将实际的制动电流和制动励磁电流与基准值进行比较，通过PID计算，同样通过输出一信号去控制励磁系统的励磁电流，将制动电流和制动励磁电流限制在规定的范围内，此外，系统还根据机车速度信号去控制机车电阻制动的I、II级转换以及机车在高速时对制动电流进行电流限制(见图2)。 3 电阻制动工况下的故障原因分析及处理

通过对电阻制动控制装置原理的了解，和多年来工作经验的积累，对配属于我局东风4B型内燃机车使用电阻制动过程中出现的各种故障原因和处理方法进行了认真的分析和总结。具体如下：

3.1 故障现象：电阻制动控制箱运转位，柴油机转速430r/min，主手柄置“保位”，制动电流自动升到800A左右。

故障原因：制动电流霍尔传感器坏了或断线，此时电阻制动控制箱无制动电流反馈信号，造成控制箱工作不正常。

处理办法：遇此故障，检修人员检查各线有无断路或短路现象，用万用表检查控制箱面板上的制动电流反馈测试孔K11～K16是否有信号(为负信号)、测量各传感器有无±15V电源。



3.2 故障现象：电阻制动控制箱运转位，柴油机转速430r/min，主手柄置“保位”，励磁电流自动升到740A左右。

故障原因：①柴油机转速传感器2CF输出电压过高。②监控装置TAX箱故障及监控装置所用速度传感器线路有短路处所。③励磁机励磁绕组负端与CF电机电枢绕组负端形成回路。④无Idl反馈信号，3LH励磁电流传感器坏了或断线。⑤调节板坏了。

处理办法：①柴油机转速430r/min时，用万用表测量2CF的1～3端子输出电压应为1.0V左右。②更换TAX箱或检查测量监控装置所用速度传感器线路各通道无短路处所。③电阻制动正常位工况下，励磁机励磁绕组负端与CF电机电枢绕组负端之间应该是断路状态。④可由调节板的K0～K3测试孔测量是否有负电压反馈信号。检查3LH励磁电流传感器插头接口之间1～3为+15V，4～3之间为-15V，3为地线0V。⑤检查各线是否有断的，必要时更换调节板。

3.3 故障现象：电阻制动控制箱运转位，使用电阻制动时，随着速度的增加或减少，I级II级制动不转换。

故障原因：①机车速度传感器故障；②转换板上转换点的电压整定不对。

处理办法：遇此故障应检查速度传感器通往控制箱的相关线路是否良好，用发码器发码试验。用过渡插件将转换板引出来，测W2电位器中点电压应达到2.8V左右。检查TAX箱接线排上的接线，将接线排上废弃不用的与速度传感器无关的接线甩掉，并包扎处理。 3.4 故障现象：励磁电流波动很大，在运行时制动电流也有波动。 故障原因：各传感器的电源或反馈信号线有虚接或励磁机输出电压反馈回路故障，导致系统动态特性变坏。

处理办法：遇此故障应检查各传感器连线，测试斩波板测试孔K0～K2之间应有电压反馈信号(当有励磁电流时)。在检查电路过程中，特别注意控制箱20芯的两个插座不能调换错插，一旦插错，110V电压便接到15V电源上，会将运算放大器烧损。 3.5 故障现象：使用电阻制动时，无制动电流。

故障原因：电控接触器主触头1～6C或转换开关常开主触头1～2Hkg未闭合。

处理办法：遇此故障应检查1～6C和1～2Hkg制动位电控伐是否失电或其驱动风缸是否犯卡，造成触头未闭合或接触不良。

3.6 故障现象：使用电阻制动时，励磁电流不随柴油机转速及机车速度变化而变化。

故障原因：调节板或斩波板故障。

处理办法：遇此故障应更换调节板和斩波板。

3.7 故障现象：控制箱故障开关GK置运行位和故障位时均无励磁电流。

故障原因：①控制箱插头1未插好；②控制箱内J1继电器损坏；③外电路接错或断线等。

处理办法：遇此故障应将插头插牢，检查外部电路各接线是否正确。将控制箱断电，拔掉插头，应测得CT1的接口1～3和1～13相通，接口1～4和1～8相通。 3.8 故障现象：电阻制动柜接地、烧损、主电路接地。

故障原因：①电阻柜的E线破损；②风机电动机引出线破损；③乘务员操纵主手柄时“飞升飞降”，特别是降转速时1位停留时间太短，励磁电流没有降至零，造成励磁电流大，ZC触头拉弧严重烧损；④雨天、雪天频繁使用电阻制动，使雨水、雪水吸入电阻制动柜，造成制动电阻带短路烧损；⑤自负荷试验频繁、试验时间长，电阻带长时间通过大电流，造成电阻带过热变形，磁瓶爆裂，绝缘下降，造成接地烧损。

处理办法：①更换破损的E线或风机电动机引出线。②要求乘务员合理操纵主手柄，1位停留时间稍长一些，待制动电流和励磁电流降为零，主手柄再回零位。③雨天、雪天禁止使用电阻制动，防止雨水、雪水进入电阻制动柜，烧损制动电阻带。④规范自负荷试验程序，每次满载试验不超过30min。要求主手柄回1位后停留3min以上，确保电阻带散热良好。 4 结束语

通过以上的分析和总结，我们了解了东风4B型内燃机车电阻制动控制装置的工作原理和一些故障原因及处理方法。通过大量实践，以上办法极大的提高了机车运用和检修人员对电阻制动装置出现故障的准确判断和处理水平。为确保机车电阻制动装置的正常使用提供了可靠保障。

2.变频器制动电阻分析 篇二

由于变频调速具有调速平滑性、调速范围大、起动电流小等诸多优势, 变频调速在生产中得到了广泛应用。然而, 在变频器在使用过程中, 当系统的惯性较大, 电机转速的迅速下降跟不上电机同步转速的下降, 此时的电动机实际为发电机, 将产生再生电能回馈到变频器的直流母线上, 使直流电压上升, 导致变频器保护动作。在生产中, 诸如引风机这类惯性负载较大的设备, 由于来料的不稳定, 为满足工艺的需要, 变频器经常需要迅速降频, 导致变频器保护动作, 造成设备频繁停机, 本文将从三相异步电动机和变频器的工作原理出发, 简述制动单元在此类工业环境中的应用。

1 三相异步电动机的调速原理

三相异步电动机的定子绕组相差120度电角度, 通入三相对称交流电, 产生旋转磁场, 旋转磁场切割转子闭合导体产生感应电流, 转子电流与定子磁场相互作用产生电磁力, 带动转子旋转。转子旋转的速度低于磁场旋转的速度。我们定义同步转速是指旋转磁场的速度, 用n0表示;电动机实际转速为n;同步转速与电机转速之差与磁场同步转速之比, 称为转差率s。

n0=60f/p (n0:同步转速;f:电源频率;p:电机极对数)

s= (n0-n) /n0 (n:电机转速)

n=60f/p (1-s) , 根据电机转速公式, 改变电源频率f、电机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。在实际中, 普通的三相异步电动机一经出厂, 极对数及转差率即固定不变, 实现无级调速, 只能改变电源的频率。近年来, 变频器技术的不断发展, 变频器除了具有先天的优势以外还集成了多种测量、保护、通讯、PID控制等功能模块, 易于实现工业自动化, 使其在生产实践中得到了更为广泛应用。

2 变频器结构原理

2.1 变频器由主电路和控制电路两部分组成

主电路是电源频率变换部分, 主要由三部分组成, 将工频变换为直流的“整流器”, 吸收电压脉动的“滤波回路”, 以及将直流变换为交流的“逆变器”。控制电路是给主电路提供控制信号的回路, 包括运算、检测、驱动、保护等电路组成。

2.2 重点介绍变频器主回路工作原理

2.2.1 整流电路

VD1-VD6组成三相桥式全波整流电路。

2.2.2 滤波电路

整流后的电压为脉动电压, 滤波电容Cl起滤波作用。由于储能电容较大, 接入电源时电容两端电压为零, 因而在上电瞬间滤波电容Cl的充电电流很大, 过大的电流会损坏整流管, 为限制充电电流我们在整流桥上电瞬间串入充电电阻Rs, 当Cl充电到一定程度时由旁路开关Ks将Rs短路。

2.2.3 逆变电路

V1-V6组成的管逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电。续流二极管D1-D6为无功电流返回到直流电源提供通道;当电机处于制动状态时, 再生电能通过D1-D6返回直流回路;V1-V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管交替导通和截止, 在换相过程中也需要D1-D6提供通路。

2.2.4 储能、制动电路

由于V1-V6每次由导通切换到截止状态的瞬间, C极和E极间的电压将由近乎0V上升到直流电压值UD, 过高的电压可能会损坏逆变管, 储能电容C1、C2的作用便是降低V1-V6关断时的电压增长率;电机在减速时转子转速将超过此时的同步转速而处于发电状态, 系统的动能将反馈到直流电路中使母线电压上升, 甚至可能损坏变频器, 制动电阻Rb就是用来消耗这部分能量的。

3 电机回馈能量的产生及变频器制动单元的作用

在变频调速系统中, 电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的, 在频率减小的瞬间, 电机的同步转速随之下降, 由于机械惯性, 电机的转子转速并未发生突化。当同步转速小于转子转速时, 转子电流的相位发生变化, 输出到电机轴的转矩变成了制动转矩, 使电机的转速下降, 处于再生制动状态, 从电动状态变为发电状态, 再生电能反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法回馈到电网, 仅靠变频器本身的电容和功率有限的制动电阻吸收是不够的。电荷的堆积使直流电压不断上升, 过高的电压将使变频器元件受到损害。因此, 对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理这部分再生能量。

通过在变频器直流母线上加装电阻单元, 将再生电能以热能形式消耗来实现转速快速降低或制动。它包括制动单元和制动电阻。制动单元的功能是当直流电压超过限值时接通制动电阻, 使电能通过电阻以热能方式消耗。

制动单元可分内置式和外置式二种, 前者是适用于小功率的通用变频器, 也就是图1中虚线框中的电路部分;由于变频器内部空间狭小, 散热条件有限等原因, 后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。

当工况变化, 电机处于发电状态运行, 能量反馈回直流回路, 使母线电压升高, 当电压到达制动单元导通条件, 电流流过制动电阻以热能形式消耗, 电机的转速降低, 母线电压也降低;当电压降至制动单元关断的值, 功率管截止, 制动电阻无电流流过。制动单元通过不断重复导通和关断过程来平衡母线电压, 保证系统正常运行。

4 制动电阻在生产中的实践应用

某煤化工厂, 在进行闪蒸汽回收过程中, 使用到两台引风机, 配置两台18.5kW变频电机, 通过两台变频器控制转速。在使用中, 由于入口压力不稳定, 为保证生产稳定, 变频器输出频率处于一个较宽的变化范围, 经常需要快速降频工作, 由于变频器容量较大, 且属于惯性负载, 迅速降频导致变频器直流母线极短时间内形成泵升电压超允许值, 保护动作, 变频器频繁停机, 无法保证稳定运行, 给生产带来严重影响。通过加装制动单元和制动电阻后, 解决了这一生产难题。下面对该生产实践的做简单介绍。

4.1 单套设备型号参数表

4.2 制动单元接线原理图

通过加装制动单元, 使回馈电能以热能形式消耗在制动电阻上, 从而解决了变频器在驱动较大惯性负载, 迅速降频或电机快速停车导致的回馈能量加到内部直流母线, 引起母线电压升高, 保护动作给生产带来的不稳定。使变频器在调速能够更为广泛的应用到工业生产各种工况。

参考文献

[1]顾绳谷.电机及拖动基础 (第3版) [M].北京:机械工业出版社, 2004-4-1.

[2]王兆安.电力电子技术 (第4版) [M].北京:机械工业出版社, 2011-6-1.

3.变频器制动电阻分析 篇三

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。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 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”(Pulsed Resistor)。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 结束语