变频直流制动功能在卸料系统中的应用:变频制动电阻接法

　　摘要：本文讨论的是将现有系统的制动方式由机械制动改为直流制动。机械制动是依靠电磁来实现的。有时由于机械原因或电的原因，抱闸不动作或失灵，从而导致卸料小车定位不准，会产生“溜车”现象，料偏离料仓口而漏出。作者使用变频器来实现直流制动。通过参数的设置，实现直流制动功能。改为变频器控制后，小车定位精确度将大为提高，很大程度上降低料的浪费。在一钢厂，直流制动主要运用于副原料上料系统和合金上料系统。
　　
　　关键词：直流制动；MM440变频器；定位；参数
　　Abstract: this paper discussed the existing system of brake is by mechanical braking to dc braking. Mechanical braking depend on electromagnetic to fulfill. Sometimes due to mechanical reason or electricity reasons, the brake do not move or failure, leading to unloading the small car positioning no, it will have a "sneak car" phenomenon, material from mouth and silo leaks out. The authors use frequency converter to realize dc braking. Through the parameter setting, realize dc brake function. Instead of frequency converter, the small car positioning accuracy will be greatly improved, greatly reducing the waste of material. In a steel mill, dc brake mainly applicable for vice feeding system and alloy material system.
　　
　　Keywords: dc braking; MM440 inverter; Positioning; parameters
　　
　　
　　中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号
　　
　　0 引言
　　新钢公司第一炼钢厂主要承担着将铁水冶炼成钢水，再将钢水铸成钢坯的任务。要想炼出好钢，在冶炼过程中副原料、合金的投入非常关键。一钢厂有三座100t转炉，副原料上料系统、合金上料系统均为公用部分，依靠卸料小车在三座转炉之间往返运转来卸料。为了合理、有效地利用辅料（副原料、合金），减少浪费，卸料小车必须精确地停在每个料仓(料斗)口，这就涉及到小车定位问题。小车定位问题是本文论述的重点问题。
　　1 系统简介
　　1.1 副原料上料过程简介
　　一钢厂转炉炼钢生产所需的副原料由低位料仓通过皮带运到高位料仓。当然，料并不是直接进高位料仓的，而是通过卸料小车（我们称118卸料小车）按照需要进入到指定的仓位。现有的控制方式是通过接触器的吸合、断开使电机得电、失电，同时控制抱闸的抱紧、松开（电磁制动或机械制动）。
　　1.2 合金上料过程简介
　　人工将合金装入料仓后，假如2#转炉要用某种合金时，合金工首先在画面上将卸料小车（3#卸料小车）开往2#转炉，定好位后点击该合金所对应的仓进行磅料操作。合金从料仓振到运转的皮带后，通过皮带运转，下到2#转炉料斗（中位料斗），最后进入到2#转炉炉体中。小车行走的控制方式与1.1类似。
　　 2 关键技术问题
　　小车的定位是通过接触器的吸合、断开使电机得电、失电，同时控制抱闸的抱紧、松开（电磁制动或机械制动）。机械制动是依靠电磁来实现的，有时由于机械原因或电的原因，抱闸不动作或失灵，从而导致卸料小车定位不准，会产生“溜车”现象，料偏离料仓口而漏出。
　　针对这个问题，我们决定采用一种更有效的制动方式，使小车定位准确、稳定。为此查找了一些相关资料。
　　2.1 变频器制动方式介绍
　　变频器制动的基本方法常用的有：能耗制动、回馈（再生）制动、直流制动。它们各有优缺点[1]。
　　（1）对于能耗制动方式，电路比较简单，对电网无污染，费用投入较低，普遍用于较小功率频繁起制动的系统中。但这种方式的不足是，在制动过程中随着电动机转速的下降，拖动系统动能也在减少，于是电动机的再生能力和制动转矩也在减少。所以在惯性较大的拖动系统中，常会出现在低速时停不住，而产生“爬行”的现象，从而使停车时间延长或定位的准确性降低。而且运行效率低，能量消耗在电阻上，从节能及经济角度来说不好，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量，而且制动电阻的容量将增大，故仅适用于一般负载的停车。
　　（2）对于回馈（再生）制动方式，其优点是能四象限运行，电能回馈提高了系统的效率。
　　其缺点是：只有在不易发生故障的稳定电网电压下(电网电压波动不大于10％)，才可以采用这种回馈制动方式；在回馈时，对电网有谐波污染；控制复杂，成本较高。
　　（3）对于直流制动方式，其原理是[2]：当变频器处于停止减速状态时，变频器的输出虽然已被切断，但由于负载的惯性转动仍然带着电机在转。此时如果向电机定子绕组中的任意两相通入直流电流，就会产生固定的磁场，只要转子在旋转，这个磁场就会在鼠笼转子的导条中产生感应电动势。由于转子的电阻非常小，即使是很小的感应电动势也可以产生很大的转子电流，从而在导条及转子上产生很强的制动效果，使电机快速停转。
　　随着速度的下降，感应电动势的频率也降低，因而转子阻抗也随着频率的降低而变化。转子欧姆电阻逐渐占主要地位，从而随着速度的降低，制动效果增强了。发电状态所产生的制动转矩在即将停转的时候急剧下降，最终在停转后完全中止。这种开始平缓而后逐渐增强的制动效果，使得它在实际中适用于几乎所有的减速制动过程[1]。
　　但这种制动方式的制动能量以热损耗的形式消耗在转子绕组中，如果频繁地长期使用直流制动易引起电动机过热。
　　直流制动方式主要应用场合：a．需要准确停车的场合；b．用于阻止起动电动机由于外因引起的不规则自动旋转，例：风机。
　　3 小车控制方式改进
　　通过2.1的介绍，结合一钢厂的实际情况，我们决定利用MM440变频器的直流制动功能来控制小车的定位。
　　MM440系列变频器是西门子最新一代变频器。它由微处理器控制，采用IGBT作为功率输出器件，具有很高的运行可靠性和功能的多样性[3]。
　　要实现MM440变频器的直流制动功能，在配置MM440变频器参数时要用到以下参数:
　　
　　P1230--使能直流(注入)制动; P1232--直流制动电流;
　　P1236--复合制动电流; P0347--祛磁时间;
　　
　　 以下图1、图2是停车直流制动过程示意图：
　　
　　图 1 停车直流制动过程示意图I
　　
　　
　　
　　图 2 停车直流制动过程示意图II
　　
　　图中,P1233--直流制动的持续时间;P1234--直流制动的起始频率;P0347--祛磁时间
　　直流注入制动是向电动机注入直流制动电流，使电动机快速制动到静止停车（施加的电流还使电动机轴保持不变）。发出直流制动信号时，变频器的输出脉冲被封锁,并且在电动机充分祛磁后(祛磁时间是根据电动机的数据自动计算出来的)向电动机注入直流制动电流。
　　在持续时间内即使发出ON命令,变频器也不能再起动。
　　如果需要在停车时使用直流制动，需要设置以下几个参数：
　　1、需要快速调试完成。这样就可以计算出参数P0347（祛磁时间，根据电机而不同）。
　　2、要将参数P1234设到最大工作频率P1082以下的开始直流制动的频率（例如 10Hz）。
　　3、需要根据负载的情况，设置直流制动电流P1232的百分比（相对电机额定电流）。默认100%电机额定电流。
　　4、设定参数P1233（直流制动作用的时间）。
　　有了以上设定，当频率下降到10Hz时，有一个短暂的封锁脉冲OFF2，时长P0347(s)充分祛磁。然后开始对电机投入直流，电流值由参数P1232定义。时间长度由P1233定义。如果在此期间重新ON，则按图1，直流制动立即结束，频率重新上升。如果直流制动时间已到，则按图2，不管电机是否停止，直流制动电流消失，电机轴自由转动（如果OFF2存在的话）。
　　特别要注意的是：这里说的仅仅是对停车过程的直流制动。此外，还有一个直流制动的功能，这就是参数P1230（直流制动使能），可以通过BICO把它连接到端子或Bo。它可以在任何频率状态下，经过祛磁（P0347）投入以P1232定义的直流电流值，使电机轴保持不动。只要这个信号不去掉，电机就不动。最大可以达到电机的额定力矩的2.5倍。这个功能有时在工艺中很有必要。
　　不过如2.1 (3)所述,在实际使用中要注意防止电机过热，这点非常重要。
　　4 意义
　　利用变频器的直流制动功能实现制动后，118卸料小车的定位情况大为改善。原来利用机械抱闸的方式实现制动，暴露出较多的缺陷。这种方式的改变得到了实践的验证和领导的肯定。在以后的工作当中，这种方式多次被运用，均收到了很好的效果。
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]杨明秦，齐国政.变频器的制动应用分析[J].机床电器，2007，34（3）：57-58.
　　[2]蒋守松，李俊历.变频器的几个重要功能（三）[J].能源工程，2000（4）：67.
　　[3]倪建国.S7-226PLC 与MM440 变频器在光缆护套机中的应用[J].微计算机信息，2003,10（19）：67.
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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