田明義

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第二工程有限公司 遼寧大連 116000

1 反接制動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)電源后，為了使電動(dòng)機(jī)能夠迅速停轉(zhuǎn)，在切斷三相電源的同時(shí)再給電動(dòng)機(jī)加上與正常運(yùn)行電源反相的電源。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相反，電動(dòng)機(jī)軸上產(chǎn)生的電磁力矩與轉(zhuǎn)軸的慣性力矩方向相反，成為制動(dòng)力矩，從而加快了電動(dòng)機(jī)的減速。為了保證反接制動(dòng)安全可靠，采用這種方式時(shí)通常在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)速度繼電器，將速度繼電器的轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸連接，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)，借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸牽引速度繼電器的觸點(diǎn)變化來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的主電路，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)停車(chē)過(guò)程。這樣能防止當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，如果不及時(shí)切斷所加的反相電源，電機(jī)就會(huì)持續(xù)反轉(zhuǎn)的情況發(fā)生。車(chē)床、砂輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)、液壓泵、自動(dòng)化生產(chǎn)單元等不允許電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)機(jī)械，就不能采用這種反接制動(dòng)的方式來(lái)停止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行[1]。很顯然，反接制動(dòng)方式只能使用在允許電機(jī)反轉(zhuǎn)的設(shè)備上，如普通車(chē)床、攪拌機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備。

2 能耗制動(dòng)

三相交流異步電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源的同時(shí)，給電動(dòng)機(jī)的定子繞組通上直流電流，電動(dòng)機(jī)在慣性運(yùn)動(dòng)下切割定子繞組的恒定磁場(chǎng)，使得轉(zhuǎn)軸繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流與靜止磁場(chǎng)相互作用，進(jìn)而達(dá)到三相交流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的目的。整個(gè)工作過(guò)程：定子繞組通過(guò)直流電流產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在慣性力矩下轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子繞組獲得感應(yīng)電流，在電磁感應(yīng)作用下，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速相反的電磁制動(dòng)力矩Tem，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變?yōu)榱?。通常三相異步電機(jī)拖動(dòng)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，采用能耗制動(dòng)可以準(zhǔn)確制動(dòng)停車(chē)。從能量角度講，能耗制動(dòng)是將電機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能消耗在制動(dòng)電阻上。改變直流勵(lì)磁電流If 的大小或改變轉(zhuǎn)子回路串接電阻的RC 值，就可調(diào)整能耗制動(dòng)狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到準(zhǔn)確制動(dòng)的目的[2]。能耗制動(dòng)的特點(diǎn)是制動(dòng)平穩(wěn)、沖擊小，制動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。其它場(chǎng)合也可以類(lèi)比應(yīng)用。

3 回饋制動(dòng)

3.1 正向回饋制動(dòng)

正向回饋制動(dòng)一般發(fā)生在電力機(jī)車(chē)下坡、電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)降低了定子電流的頻率或增加了定子繞組的磁極對(duì)數(shù)等場(chǎng)所。如圖1所示為異步電機(jī)頻率降低時(shí)的正向回饋制動(dòng)機(jī)械特性曲線(xiàn)。在圖1中曲線(xiàn)1 為正常電源頻率時(shí)的機(jī)械特性，曲線(xiàn)2 為電源頻率降低后的機(jī)械特性。圖中的n1 是電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，n1/ 是在降低電源頻率后電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速。從圖1 可見(jiàn)：機(jī)械曲線(xiàn)由1 變?yōu)榍€(xiàn)2，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 運(yùn)動(dòng)點(diǎn)從曲線(xiàn)1 的A 點(diǎn)變?yōu)榍€(xiàn)2 的B 點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩變負(fù)。在電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下，電動(dòng)機(jī)很快減速，運(yùn)行點(diǎn)沿B- n1-C，最終穩(wěn)定運(yùn)行在C 點(diǎn)。在B- n1 段，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，轉(zhuǎn)速為正，電機(jī)轉(zhuǎn)速大于電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，這就是正回饋制動(dòng)特點(diǎn)。根據(jù)電磁功率的變換原理來(lái)分析，在回饋制動(dòng)的過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)減速運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速?gòu)母咚僮兊降退伲儞Q過(guò)程中釋放的機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這些電能一部分消耗在電樞回路的電阻上，一部分返回電源，這時(shí)的電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是臺(tái)發(fā)電機(jī)，將電力拖動(dòng)系統(tǒng)減小的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)[3]。通常在交流拖動(dòng)系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行在正向回饋制動(dòng)的第二象限內(nèi)，只有在拖動(dòng)設(shè)備下坡運(yùn)行或下放重物時(shí)才能穩(wěn)定運(yùn)行在第二象限。比如，電力機(jī)車(chē)牽引車(chē)輛在下坡道運(yùn)行。

圖1 電動(dòng)機(jī)頻率降低時(shí)的正向回饋制動(dòng)

3.2 反向回饋制動(dòng)

采用反向回饋制動(dòng)方式的電動(dòng)機(jī)，大多數(shù)是繞線(xiàn)型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)。這種結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)一般可以通過(guò)轉(zhuǎn)子回路串接電阻來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速絕對(duì)值。反向回饋制動(dòng)運(yùn)行的過(guò)程與正向回饋制動(dòng)的過(guò)程一樣，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，將負(fù)載位能減少而輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β?，再反饋給電網(wǎng)。反向回饋制動(dòng)運(yùn)行的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速n ＜-n0（式中n 為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速，n0 為電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速），制動(dòng)段位于第Ⅳ象限，不能停車(chē)，只能高速下放重物。

回饋制動(dòng)是電動(dòng)機(jī)電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的一種狀態(tài)，在某種條件下會(huì)出現(xiàn)由負(fù)載拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的情況，此時(shí)出現(xiàn)n ＞n1（式中n 為電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，n1 為電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速）、Ea ＞U、Ia 反向（Ea為電樞電動(dòng)勢(shì)，U 為電源電壓，Ia 為電樞電流），電機(jī)由驅(qū)動(dòng)變?yōu)橹苿?dòng)。從能量方向看，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)- 回饋制動(dòng)狀態(tài)。整個(gè)回饋制動(dòng)過(guò)程中，電能消耗較低，經(jīng)濟(jì)性好，回饋制動(dòng)的主要缺點(diǎn)是控制系統(tǒng)復(fù)雜。

總之，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)已經(jīng)成為軌道交通行業(yè)的電力機(jī)車(chē)控制、礦山提升設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備的變頻調(diào)速等技術(shù)熱點(diǎn)。尤其是SPWM 技術(shù)的成熟應(yīng)用，已經(jīng)解決了回饋制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的能量損耗、快速制動(dòng)時(shí)引起的變頻器泵升電壓等問(wèn)題，使得回饋制動(dòng)的制動(dòng)力矩增大、調(diào)速范圍變寬、動(dòng)態(tài)性能更好。