摘要：WK-35 矿用变频挖掘机电气系统采用公用直流母线交流变频调速技术，在能量回馈制动时候，原负载电机由电动机状态转变为发电机状态，能量反馈回原电路中，由制动单元吸收回馈的能量，实现自动切换状态。制动单元由大功率晶体管及驱动电路构成。放电环节电容器在规定的电压范围内储存不了时，变频器的直流电压会升高，当电压升高到大于变频器参数设定的最大阀值电压时，制动单元自动导通，变频器的直流电能量进入制动单元，通过制动单元连接的耗能元件消耗输入的电能，达到吸收再生制动反馈电能的目的。

关键词：WK-35电铲能耗制动原理;优化;

前言：矿用电铲作业过程中，大质量的工作装置在提升和推压电机驱动下切人物料实现挖掘，在其卸料后下降时，工作装置的重力反驱提升电机发电，发出的电能通过制动电阻以热能形式消耗掉，造成能量浪费。

一、WK-35电铲能耗制动原理

1.WK35 电铲主要有提升、推压、回转和行走4 个动作，分别由各部电机驱动配合来完成采掘工作，各部机构电机由西门子的6SE70 型变频器逆变器驱动。变频器的整流部分跟逆变部分公用一个直流母线，电能可以在电网—变频器—电机之间平稳传输。当电铲变频器拖动各部机构的负载电机制动运行时， 原工作在电动机状态的电机，随着负载的增加转速降低，电机旋转方向改变时，电机的工作状态由电动状态变成发电状态，原来是电能转变成机械能，现在是机械能转变成电能反馈，反馈的电能经过变频器原路反馈到供电电源，变频器将电网电压变成直流电再逆变成交流电供给电机，反馈回的电能返回到直流部分，再经过直流部分通过AFE 又将多余的电能回馈到电网。但当电机负载属于大机械惯性的负载，或属于正反向频繁换向运行时，通过电机由电动变成发电状态，发电运行时将发出的电能反向输送回的电量会很大，会导致短时间反馈回的电能与原电路电能相叠加从而提升原电路的电能，表现为电压的急剧上升。电压上升到高于高电压阀值时，设备变频器会有过电压动作的发生和相关报警信号的产生，电铲根据变频器的过电压信号会做出立即停机的动作，并在司机室的触摸屏上显示立即停机的报警信号，使电铲不能正常工作。制动单元带有智能检测直流母线电压值的高低与自动接通与关断的动作的功能，并且制动单元后面往往都配套连接耗能电阻装置，形成一个连接回路，耗能电阻起吸收并消耗电能的作用。直流电路中的回馈电能通过制动单元，电能通过制动电阻，消耗电机回馈的多余电能。因此，若想电铲变频器安全可靠运行，需要合理配备制动单元及制动电阻。

2.例如在电铲装车时，电铲上的电机会频繁地启动与停止，当电机启动或者停止的时间很短且启动后的速度要求很大或停止前的运转速度很高时，属于短时间速度变化要求很快，即变化速率很大，要求电机有很大的转矩输入才能做到。电机的制动过程属于电机急剧降速的过程，需要电机短时受到足够大的制动转矩才能完成。在这个过程中，电机由原来的电动状态变成制动发电状态，这种工作状态下电机会产生很大的电能，产生的电能经过逆变器返回到变频器的直流部分，由于电机制动动作往往时间短速度落差大，所以产生的巨大电能被快速地回馈到逆变器上游的供电直流电源中，此时直流电源因为回馈电能的突然增加，相应的电压值也快速提升。要想使电铲的变频器设备正常运转，要求能够克服这种电机制动带来的巨大电能反馈冲击，使得直流电源部分的电压值保持在变频器的自我诊断与保护范围之内。带有制动单元的变频调速驱动系统具有这样的功能，其中的制动单元通过与其连接的耗能制动电阻，组成一个能自动检测并且消耗或吸收直流电源当中的冲击电能包括电机制动的反馈电能的回路（制动电阻的作用是通过电阻丝消耗电能进而转化成热能散出）。

二、能耗制动的改进优化

1.耗能电阻阻值确定后确定耗能电阻的功率时，在实际应用中多参照工程计算方法，耗能电阻在吸收反馈电能时的瞬间工作功率P 瞬=7002/R，获得的瞬间工作功率可以看作是耗能电阻在一段时间范围内的工作功率，但实际工作中制动电阻是间断工作的，特别是电铲制动电阻使用率低，如果根据计算结果选择相对应的功率制动单元，会造成额定功率大于实际功率，造成成本的增加。同时考虑实际耗能电阻的使用周期与频率，它规定了耗能电阻在很短一段时间内的工作比率。耗能电阻实际消耗的功率P 额=7002/R×rB% ，其中rB%为制动电阻使用率。制动电阻使用率体现制动电阻的使用效率，它反映整个电能反馈吸收电路的效果。理论上讲，制动电阻使用率达到百分之百时，对整个反馈电能吸收系统利用率达到最大化，同时得到的能量吸收效果也最好，但是这种效果却需要通过耗能电阻实际功率的加大来获得， 矿用220 t级卡车能耗制动属于这种情况，能量被白白消耗损失。另一方面，如果降低制动单元导通工作状态的实际频率，可以使通过耗能电阻的反馈电量减少，从而降低在耗能电阻上产生的热量，但后果是电机的制动效果降低，得不到理想的制动性能。

2.虽然可以通过制动单元的监控和动作实现能耗制动，但对耗能电阻部分没有任何的监控功能，一旦制动单元检测正常而制动电阻损坏不能及时发现，制动单元失去作用，当有多余的电能未能及时反馈回电网，将损坏电铲变频柜内电气元件，造成停机影响生产，增加维修成本，增加劳动强度等不良后果。选择带有热触点（常闭）的制动电阻，当电阻过载时能脱扣，实现对能耗制动末端的监测。当热触点动作时，变频器通过进线柜主接触器与电网断开，主接触器由变频器（X9）相应的输出控制，热触点可以接至开关量输出，它可以参数化为一个故障输入。蓄能器参数对混合驱动电铲提升系统的影响蓄能器作为液电混合驱动电铲提升系统的关键储能元件，其存储和释放能量特性与初始压力和容积等参数有关，且蓄能器的工作特性直接影响电铲提升系统的能量存储与二次利用效率。为此，对系统在不同蓄能器初始压力和容积时的能效特性进行研究，为所提系统的参数优化奠定基础。在一定范围内，液压蓄能器的初始压力和容积对系统的节能特性会产生影响。提升电机的峰值功率的降低效果与蓄能器的初始压力成正比，但过高的初始压力将会在液压回路中产生额外的溢流损失，并降低能量回收效率;峰值功率的降低效果与蓄能器的容积成反比，但节能效果的差异较小。封锁变频器中的UD max 调节器。在具有矢量控制功能的装置上，设定参数P515=0。参数设置开关量的输入和输出控制制动单元。将热触点与端子串联同样也可以实现对能耗制动的全程监控。

结束语：

阐述能耗制动中的反馈电能吸收装置既制动单元和耗能电阻的作用与选择，对检测制动单元电阻进行检测，及时发现制动单元故障并及时处理。实际工作中制动单元和耗能电阻的安装。在日常维护检修时，对处于可燃、导电粉尘作业环境中的制动单元、制动电阻需要经常进行清洁除尘，确保能耗制动设备正常工作。在选择耗能电阻阻值和确定其功率时，采用的都是工程计算方法，在实际工作环境中，应充分考虑现场情况，选择最适合设备现场的方案。

参考文献

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