摘 要：萬能制動電阻是通過對公司目前所有的交流變頻電動鉆機制動單元型號和制動電阻參數(shù)歸納總結(jié)，通過分析研究一種經(jīng)組合可以滿足目前所有制動電阻的不同參數(shù)值，制作在移動式房體內(nèi)，以作緊急替換使用，縮短故障間斷時間。

關(guān)鍵詞：交流變頻；制動電阻；制動單元；斬波器；逆變模塊

1 制動電阻的作用及選型

交流變頻電動鉆機在起下鉆作業(yè)時，絞車電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時，電機軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電機的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機處于再生制動狀態(tài)。電機再生的電流經(jīng)變頻器續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路。由于直流電路的電能無法通過整流橋回饋到電網(wǎng)，僅靠變頻器本身的電容吸收，雖然其他部分可以消耗電能，但電容仍有短時間的電荷堆積，形成“泵升電壓”，使直流電壓升高。過高的直流電壓會使各部分器件受到損害，變頻器也會報故障并停機。因此，對于負載處于發(fā)電制動狀態(tài)中必須采取必需的措施處理這部分再生能量。

變頻器的制動單元作為接通制動電阻的“開關(guān)”，由大功率晶體管及其驅(qū)動電路構(gòu)成，其功能是為放電電流環(huán)節(jié)電容器在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)儲存不了或者內(nèi)接的制動電阻來不及消耗掉而使直流部分“過壓”時，接通外部制動組件即制動電阻，以加快消耗再生電能的速度。

制動電阻作為電機的再生能量以熱能方式消耗的載體，它包括電阻阻值和功率容量兩個重要的參數(shù)。通過對制動電阻阻值和功率的確定，保證制動過程使變頻器直流母線電壓恒定，且電阻不因發(fā)熱而快速老化。電阻阻值主要根據(jù)所需制動轉(zhuǎn)矩的大小選擇，功率則根據(jù)阻值和使用率確定，其計算過程復雜煩瑣且與變頻器本身參數(shù)關(guān)系密切。因此，通常變頻器廠家會給出制動電阻阻值和功率的建議參數(shù)值，方便用戶選擇合適的外接制動電阻安裝使用。

2 萬能制動電阻的目的及其重要性

起下鉆作業(yè)時絞車頻繁降速和停機的工作特點決定了制動電阻的必要性，而制動電阻阻值和功率的保證決定了變頻器能否正常工作。2014年先后有兩支井隊在下鉆作業(yè)時制動電阻損壞無法消耗再生電能，導致變頻器的直流母線電壓過高，引起變頻器報故障并停機無法使用，當時因沒有電阻阻值和功率參數(shù)相匹配的備用制動電阻，而只好緊急加工改造，使下鉆作業(yè)等停近5小時。所以，能否研發(fā)制作一套電阻阻值和功率參數(shù)可變可選、安裝替換靈活方便的通用型制動電阻成為一項具有現(xiàn)實意義的科技研究課題。

2.1 萬能制動電阻的理論分析

針對鉆井一公司現(xiàn)有的23部交流變頻電動鉆機，根據(jù)不同變頻器生產(chǎn)廠家、不同變頻器型號和不同制動方案歸納出所有的制動單元數(shù)量及制動電阻參數(shù)。如果可以制作一套滿足所有制動單元數(shù)量和制動電阻參數(shù)的通用型制動電阻，那么該制動電阻即可為目前公司所有的交流變頻電動鉆機所使用。

2.2 萬能制動電阻的分析方法與計算過程

為滿足現(xiàn)有鉆機的制動電阻通用性，至少需要搭接出5種不同阻值（4.45Ω、1.1Ω、0.647Ω、2.72Ω、2.2Ω）的電阻，其中單元數(shù)量最多、阻值為4.45Ω的電阻需要21組。根據(jù)所有情況的阻值最大值選擇4.45Ω作為搭接其他阻值電阻的基礎單元阻值，再根據(jù)電阻并聯(lián)、串聯(lián)計算公式找出其他四種阻值的合理搭接方式。

2.3 萬能制動電阻房

制動電阻房用于安裝萬能制動電阻，此房具有防雨、防火、防震、防潮等措施，符合安全操作要求。制動電阻位于房體中間部位，有足夠的散熱空間，接線位置位于制動電阻正前方，并裝有端子防護罩，接線端下面預留電纜穿線位置。從正前方看，制動電阻的進風口在右側(cè)、出風口在左側(cè)，即風向為從右往左吹。制動電阻房四面開門，門上裝有散熱片，出風口對應的門帶有不銹鋼材質(zhì)的散熱片。房內(nèi)保證足夠的維修空間，電纜出線直接連到電控房。

3 功能配置

制動電阻裝置由48組電阻單元、8臺2.2kW交流軸流通風機、骨架等組成，強迫風冷。冷卻風機從裝置側(cè)面進入，流經(jīng)軸流通風機、電阻單元，最后由另一側(cè)排出。每種電阻單元主要由電阻帶、引出銅排、絕緣瓷件及各鈑金外框組成。

制動電阻房頂安裝有自動聲光報警燈，對因制動電阻風機故障等原因的失風進行報警，避免制動電阻因失風無法冷卻造成電阻燒毀?？紤]到該制動電阻的主要目的是緊急替換原有電阻、保證生產(chǎn)不間斷進行，特將冷卻風機的24VDC控制信號取消，改為380VAC上電即工作，提高時效。

制動電阻保留溫度測試傳感器及溫度顯示單元，溫度顯示單元具有485通訊接口，配備Modbus-RTU協(xié)議的溫度表。制動電阻的風壓和溫度信號可靠的以Modbus協(xié)議輸出至PROFIBUS總線橋。

4 結(jié)論

該萬能制動電阻解決了不同年代變頻器產(chǎn)品、不同制動電阻參數(shù)值而無法一一備用的尷尬問題，其時效性等特點對公司生產(chǎn)保障的經(jīng)濟效益是不可估量的，其移動性、易用性和通用性等特點對公司設備管理是一項具有現(xiàn)實意義且影響深遠的科技創(chuàng)新。

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作者簡介：

許文言（1988—），女，供職于渤海裝備遼河重工有限公司，助理工程師，技術(shù)員。