变频器实现交流电动机的制动及变频器的一种新应用

　　1 运用"台达"VFD022M43A型变频器，实现对小功率电机的制动在卷烟行业中，6000型包装机的条透明机的主电机，是一个0.75 kW的特种进口电机，它是一个带电磁抱闸制动的交流三相电机。当机器包装运转时，三相制动线圈通入380V 交流电，线圈吸合力克服弹簧压力，制动盘脱离摩擦片，电动机自由运转；当机器出现故障或者正常停机时，制动线圈失电，制动盘在弹簧力的作用下，与摩擦片相摩擦使电动机迅速制动。由于此电机价格昂贵，三相制动线圈经常烧毁，且需经常调整摩擦片的间隙。所以，决定对此电机进行技术改造，思路如下：拆除原电动机的制动线圈、摩擦片、制动盘，只保留电动机的动力部分，运用交流变频器对此电机进行制动。经过比较，选用价格便宜、功能齐全的" 台达"VFD022M43A 型变频器，输出功率

　　2.2 kW，市场价格一千多元。线路连接很容易，关键是变频器的参数调整。

　　包装工艺要求，当机器包装完一条烟而后一条烟没有跟上时,电机制动务必迅速稳定，否则，将出现挤坏烟条的现象。另外，此机器的机械传动机构有三个大的凸轮，不属于恒转矩传动。最初，只对变频器的下列参数进行了调整：P03———最大频率（50Hz），P05———最大输出电压（380V），P10———加速时间（2s），P11———减速时间（0.1s或0.2s）。通电试机，经过很多次的实际观察发现，并不能保证每一次停机都迅速可靠，当机械沿着大凸轮由顶端向下运动时，此时若按下停车按钮，机器会出现制动后，再慢慢滑行的现象，这不能满足工艺要求。通过对变频器大量参数的仔细研究发现，P30———停止时直流制动时间（调整时间0.0~25.0 s），这是一个极有用的参数，它可以调整"刹车时送入电机直流制动电流的时间"，如果制动时不牢靠，可将此时间调整得长一些（有的变频器没有这个参数）。此参数需配合P02———"电机停止方式设定"的调整。经实验，将P30的值设定为0.2s，P02设定为00，制动效果特别理想,能够满足电机频繁启停的制动要求。另外，变频器的B1、B2端子，是供外接刹车电阻用的，而对于此0.75kW 的电机，毋须外接刹车电阻也可保证安全制动。

　　2 用GPD2402（或3402）型变频器实现对大惯性机械负载的制动

　　GPD2402型变频器，是ABB 公司的产品，功能强大，采用宏0~ 宏7 的控制模式，可根据不同的应用场合进行宏的选择。其中，宏0是普通模式，宏7是专门用于需起重机方式制动的模式，参数0.11———0.30在不同的宏下有不同的含义。6000型包装机的主电机也是一个集制动功能于一体的特种电机，有制动线圈、摩擦片、制动盘，功率4 kW，转速1440 r/min，它拖动的负

　　载惯性很大，该电机制动部分的故障率也很高，由一个老的" 三肯SVF-223" 型变频器调速，但变频器不参与制动。经过实验，采用GPD2402型变频器实现了对该电机的调速与制动，拆除原电机与制动有关的部件，只保留动力部分。需要注意的是，对于大功率电机制动，变频器必须外接制动电阻，用于吸收电机快速制动所产生的再生能量，否则，将导致制动时间延长或者制动功能失败。对变频器的参数作仔细调整后，可使电机在0.3 s内迅速制动，优于原机设计指标。

　　在宏0模式下，下列三个参数对电动机的制动效果至关重要：

　　(1)0.04———Deceleration rate (减速时间)：0.4s

　　(2)0.15———Ramp mode selector (减速方式选择)：提供了三种可供选择的方式；

　　0———Standard ramp with ramp hold (带保护功能的常规减速：如果在电机减速过程中，再生能量使DC总线电压超过750V，变频器保护，制动中断，直至DC总线电压正常);

　　1———Fast ramp (快速减速：变频器以最快的速度使电机减速，直至电机降至0速);

　　2———Standard ramp with proportional control (变频器内的电流控制器使电机以平稳的方式减速，以求DC 总线不过压)。

　　如要快速制动电机，显然，0.15应选择Fast ramp方式。

　　(3)0.16———Stop mode selector（制动方式选择）：有四种可供选择的方式;

　　1———Coast (允许电机惯性滑行直至停转);

　　2———Ramp to stop (直线减速至停转);

　　3———Ramp followed by 1second DC injection (先直线减速，然后持续注入1s的直流电制动) ;

　　4———AC injection braking followed by 1 second DC injection braking (变频器先使电机以低速运转，然后再持续注入1s的直流电进行制动)。

　　如要快速制动电机，0.16 应选择为Ramp to stop方式。制动电阻应根据电机的功率大小以及所拖动的负载惯性大小确定，在对4 kW的包装机电机进行制动时，应选择一个24·/1500 W 的电阻直接接入变频器的"+"和"ù"端子上；对卷烟机的15 kW的电动机进行制动时，选择了GPD3402 型变频器（18.5 kW）外配两个24·/1500W的制动电阻。

　　3 变频器的新使用一例

　　一般说来，变频器是用来对三相交流电动机进行调速驱动的，而一次偶然的奇思妙想，将变频器用在震动圆盘上来驱动交流电磁铁产生强烈震动，也获得了成功。

　　车间有5台残烟机，用来对残次卷烟进行处理。在这个机器上，有一个大的震动圆盘，震动盘置于三个互成120°的电磁铁上，电磁铁通电震动，带动震动盘作圆周方向震动使烟支沿螺旋面上升进入下道工序。每个电磁铁都装有一组弹簧片和衔铁，将三个电磁铁同时通入50Hz，0~220V的交流电，而产生所需强度的震动。电磁铁是MZJI-20 型，吸力200N，电压220V，频率50Hz，行程2.5mm。原机上三个电磁铁并联，由一个交流调压器调节电磁铁线圈电压，来调节衔铁的振幅。一次，这个调压器坏了，而机器的生产厂家索价5000元，而有的变频器售价才1500元左右。这个震动器的结构如图1所示。

　　由于交流电磁铁吸力的最大值Fm=Φ2m /2 μ0 S ，其中Φm———磁通的最大值，μ0———真空磁导率，S———铁芯截面积。可见，电磁铁做成后，电磁铁的最大吸力与磁通最大值的平方成正比。

　　而电磁线圈电阻较小，电阻压降忽略不计时，有关系式U=E=4.44fNΦm,(U———线圈的端电压，f———通入电源的频率,N———线圈的匝数)，于是，椎=U/4.44fN。

　　可见，只要控制好U/f 这个比值，使f 增幅不大时，U 增大很多，就可使U/f 稳定增大，椎稳定增大，电磁吸力随之增大，这样就达到了原来交流调压器所实现的功能，利用"台达"VFD022M43A 型变频器驱动电磁铁，经多次实验，可设置如图2的工作曲线。

　　变频器的参数做如下设置：

　　P08———最低频率=18Hz；

　　P09———最低输出电压=100V；

　　P06———中间频率=32Hz；

　　P07———中间电压=220V；

　　P04———最大频率=50Hz；

　　P05———最高输出电压=220V。

　　三个电磁铁的线圈仍然采用并联的方式，接在变频器U、V、W输出任意两端即可。" 台达"变频器没有相输出平衡的保护功能，接其中两相也可正常工作。按此方案改动以后，机器工作一切正常，当工作在23Hz左右时，震动盘震动强度最大，在26Hz 左右处于最佳工作状态，且电磁线圈的温升很小。机器长期的运行状况证明，此改进完全满足原机工艺需求。