大功率同步电机紧急制动技术

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01概述

电机在切除电源后依靠本身的惯性还需要转动一段时间才能停下来，在实际工况中，有的负载需要电机能够快速停车，这就需要对电机进行制动控制。所谓制动，就是给电机一个与转动方向相反的转矩使它迅速停转。制动的方法一般有两类：机械制动和电气制动。

1[size=13.125px]机械制动

机械制动是采用机械结构完成制动，大部分是采用电磁抱闸形式，采用弹簧产生的压力，压着刹车片（闸瓦）使之与制动轮之间形成制动摩擦力。机械制动可靠性高，但制动时会产生振动，且制动力矩较小，一般用于惯量和扭矩较小的场合。

2[size=13.125px]电气制动

电气制动是电动机停转过程中，产生一个与转向相反的电磁力矩，作为制动力使电动机停止转动。电气制动的方法包括反接制动、能耗制动、再生制动。其中反接制动一般用于低压小功率电机紧急制动；再生制动对变频器有特殊要求，一般用中小功率电机紧急制动，制动性能好，但是成本非常高，且要求电网能够接受能量回馈，无法实现大功率电机的制动。

02工作原理

根据制动电阻的位置，能耗制动可分为直流能耗制动和交流能耗制动，直流能耗制动电阻需要与变频器直流侧连接，仅适用于具有公共直流母线的变频器场合，交流能耗制动电阻在交流侧与电机直接连接，适用范围更大。

采用在电机侧配置制动电阻消耗电机的能量，从而实现电机的快速停车，在制动电阻与电机之间配置一个高压真空断路器，正常情况下，该真空断路器处于分闸状态，电机正常调速或工频运行，紧急情况下，电机与变频器或者电网之间的真空断路器分闸，与制动电阻之间的真空断路器合闸，通过制动电阻实现电机的能耗制动，从而实现达到快速停车的效果。系统单线图如下：

紧急制动单线图

在紧急制动模式下，并根据降速时间要求，调节励磁电流，实现同步电机定子电流和制动转矩的调节，从而实现电机的快速、可控的降速控制。

03应用案例

某试验台项目由于工厂电网不允许电能回馈，为保证动力系统在紧急情况下，在规定的时间（小于300秒）内安全停车，配置了基于电阻能耗制动的紧急停车系统。

电气驱动系统包括1台高压变频器、1台大功率双绕组高压电机、1台励磁装置、2套制动电阻、4台高压断路器柜，其中高压变频器用于实现高压电机的变频启动和调速控制，励磁装置用于给电机提供励磁电流， 4台高压断路器柜用于实现电机变频调速和制动的切换。

紧急制动时，高压柜AH15、AH25分闸，高压柜AH13、AH23合闸，制动电阻开始工作，制动系统原理图如下：

制动系统原理图

每相电阻（R1A、R1B、R1C、R2A、R2B、R2C、）技术参数如下：

• 制动能量（最大）：25MJ；
  
  

• 冷态电阻：290Ω±5%；
  
  

• 额定电压：6.374kV；
  
  

• 额定功率：140kW；
  
  

• 过载能力：150%，60S；
  
  

• 最高电压：8kV；
  
  

• 冷却方式：自然冷却；
  
  

• 工作时间：300S。
  
  

04总体说明

本技术采用电气制动的方式实现大功率电机的制动，是应用同步电机的电枢反应以及能耗制动的原理对电机进行制动。

在整个制动过程中可以通过控制励磁电流来控制制动转矩，电气制动具有如下特点：

• 能提供满足机组快速制动所需要的大的制动力矩，达到高性能的制动效果；
  
  

• 停机时间短，可全程进行制动；
  
  

• 制动过程中没有机械制动系统相互摩擦的制动闸与制动环等机构，可靠性更高；
  
  

• 紧急制动系统可以作为一个独立系统单独运行，也可以作为一个子系统集成到其它控制系统，系统集成灵活。
  
  

能科科技已经在多个大型试验台项目采用该紧急制动技术，实现大型同步电动机的紧急制动，制动过程安全、可控，制动效果良好，能够满足试验台制动要求。该技术可广泛地应用于各行业的大型同步电动机和同步发电机的紧急制动控制，具有广泛的应用前景。