制动电阻十篇

制动电阻篇1

关键词：电力机车制动电阻带 烧损 浅析

一、问题提出

2009年，迎水桥机务段SS3型电力机车共落修制动电阻柜147台，月均12.25台，落修率极高。经统计烧损部位，电阻带引出线焊接部位烧损77件，占总数的87.5﹪，为烧损的主要因素；电阻带片间变形短路烧损2件，占总数的2.27﹪；电阻带组间窜动短路烧损4件，占总数的4.55﹪；机车复检时发现电阻带引出线开裂的5件，占总数的5.68﹪，因落修率较高，影响机车质量及机车安全运行，同时给机车检修带来了极大的困难。

二、制动电阻带结构及基本原理

兰州铁路局迎水桥机务段配属电力机车207台，主要为SS34000型及SS3B固定重联机车两种电力车型，其中SS34000型电力机车159台，SS3B固定重联机车48台。该两种车型除使用空气制动机系统外，还装有电阻制动系统，供列车在长大坡道下坡制动使用。利用牵引电机的可逆性，机车在电阻制动工况时，牵引电机呈发电机工况，将列车的动能与位能转变为电能，此时，发电机的转矩为制动转矩，发电机所产生的电能全部消耗在制动电阻带上而变为热能。

1、基本结构

SS34000型电力机车共配置两台TZZ4型制动电阻柜， SS3B固定重联机车配置了4台TZZ4型制动电阻柜。每个制动电阻柜共18个电阻元件，分为左中右3排，每排分为6层，每排6个元件用软铜编织线线首尾串联形成一个电阻段，每排自成一个独立的电阻段，每个电阻元件用4个支持绝缘瓷瓶安装在骨架上，骨架的前后在左右加盖封板，形成上下通风道。在电阻元件的四周加装挡风板（3mm厚环氧玻璃布板），使得冷却风量集中吹到电阻带上，而不在无效的空间损失掉。电阻元件作为电阻柜的核心，主要有电阻带、双头螺纹方钢、高铝瓷夹和前后金属支板组成，高铝瓷夹套装在方钢上，6根方钢分上下两层用螺母固定在前后金属支板上，电阻带上下边缘就嵌在瓷夹的槽中而受到支撑电阻带首尾引线头穿过小瓷套引出金属支板外，电阻带采用0.57*65电阻合金带N40（Cr20Ni35），绕制成波浪形，弓38折，每折长度478mm，每折电阻片上冲有20个鱼鳞状的通风口，弯头圆弧部分也冲有两个通风窗口，使得流动空气在窗口附近形成紊流，电阻带散热性能提高了20%左右。

2、电路原理

机车电阻制动时，主电路通过两位置转换开关1、2WH置“制动”位接成他励发电机电路。实现6台牵引电机主极全串联，励磁电空接触器闭合， 1ZGZ中的T17、T18、D13、D14励磁整流桥作为励磁电源向他励主极绕组电路提供励磁电源，此时各牵引电机M1-M6电枢与相应的制动电阻1-6ZR串联，每 一转向架3台并联同主整流桥T11、T21、D11、D12（T21、T22、D21、D22）组成各自独立的制动电路，制动时将列车的动能转化为电能，并由作为负载的制动电阻将电能转变为热能排向大气消耗，达到减速和限速的目的。

三、原因分析

通过对我段落修电阻带故障部位进行重点分析，发现故障原因主要包括以下方面:

1、引出线焊接部位烧损

我段落修的电阻带以引出线焊接部位烧损居多，通过对焊接部位焊接方式的汇总统计，主要有以下几种焊接形式：

⑴、焊接部位无通风槽： 图2

⑵、焊接部位有通风槽： 图3

⑶、双层加长焊接： 图4

以上三种焊接方式，均易出现在焊接部位振动断裂，引出线断裂后，电阻片的截面积减少1/3，在较大的制动电流作用下，将很快过热烧损。对于引出线的烧损，全部是在焊接部位侧，其并非焊接不良引起，而是由于电阻片振动造成引出线疲劳，逐步折断，最后致使烧损。

2、组间短路：部分电阻带由于组间窜动，造成组间短路烧损，此项原因引起的烧损产生的后果最为严重，往往造成两整组电阻元件全部过热，至少6片以上的电阻元件烧损而不能使用。

3、片间短路：由于电阻片受热变形，片间搭接短路烧损，此种烧损一般集中在某一个电阻元件，烧损产生的后果较前两种有所减轻。

4、绝缘瓷件爬电短路：由于制动电阻带施行状态修，长时间使用，瓷件粘附的灰尘较多，特别是在空气潮湿或温差较大的环境下使用电阻制动，瓷件容易因太脏和冷却后受潮而引起片间短路、放电烧损。

四、改进措施

1、由于绝大多数是由于电阻带引出线焊接部位侧烧损，从目前我段使用过的电阻片制作工艺来看，电阻片引出线采用“U”型焊接方式（如下图），极大的缓冲了电阻片振颤引起引出线疲劳、折损，从实际使用来看，引出线烧损问题极大地得到了解决。

2、我段通过在每片电阻带的每个中间瓷件连接处进行“打弯折”的方法，使得瓷件与电阻片之间的相对位移减小，从而达到杜绝由于组间短路引起电阻带烧损问题目的。

五、实施效果

通过不断摸索与厂家的合作，我段正式确定改进方案并建议厂家使用“U”型焊接出线槽后，2011年我段电阻带落修率大幅较少，从而有效的保证了机车安全运行及质量，同时减小了机车检修劳动强度。

制动电阻篇2

关键词：变频调速；制动单元；制动电阻

中图分类号：TM344.6 文献标识码：A

由于变频调速具有调速的平滑性、范围大、启动电流小等优势，近年来在电动机调速中的得到了广泛应用。在生产中，诸如引风机这类惯性较大的设备，快速降频或停机，会导致变频器过电压保护动作，造成设备频繁停机，本文将从三相异步电动机和变频器的工作原理出发，简述制动电阻在此类工业环境中的应用。

1 三相异步电动机的调速原理

三相异步电动机通入三相交流电，产生旋转磁场，旋转磁场切割转子闭合导体产生感应电流，转子电流与定子磁场相互作用产生电磁力，带动转子旋转。我们定义同步转速是指旋转磁场的速度，用n0表示；转子输出转速为n；同步转速与转子转速的差值与磁场同步转速之比，称为转差率s，f为电源频率，p为电机极对数。

同步转速：n0=60f/p，转差率：s=（n0-n）/n0，电动机转速：n=60f/p（1-s）

由上式可知，改变电源频率、极对数及转差率均可达到改变电机转速的目的。然而在实际中，普通电机一经出厂，极对数及转差率即固定不变，实现无级调速，只能改变电源的频率。

2 变频器结构原理

2.1 变频器由主电路和控制电路组成

主电路是电源频率变换部分，主要由三部分组成。包括将工频变换为直流功率的“整流器”、吸收电压脉动的“滤波回路”、以及将直流变换为交流的“逆变器”。控制电路是给主电路提供控制信号的回路，它包括运算、检测、速度检测、驱动、保护等电路组成。

2.2 重点介绍变频器的主回路工作原理

2.2.1 整流电路 VD1-VD6组成三相桥式全波整流电路。

2.2.1 滤波电路。整流后的电压为脉动电压，滤波电容Cl起滤波作用。由于储能电容较大，接入电源时电容两端电压为0，因而在上电瞬间滤波电容Cl的充电电流很大，过大的电流会损坏整流管，为限制充电电流在整流桥上电瞬间串入充电电阻Rs，当Cl充电到一定程度时由旁路开关Ks将Rs短路。

2.2.3 逆变电路。V1-V6组成的逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电。续流二极管D1-D6为无功电流返回到直流电源提供通道；当电机处于制动状态时，再生电能通过D1-D6返回直流回路；V1-V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管交替导通和截止，在换相过程中也需要D1-D6提供通路。

2.2.4 储能、制动电路。由于逆变管V1-V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，C极和E极间的电压由近乎0V上升到直流电压值UD，过高的电压可能损坏逆变管，储能电容C1、C2的作用便是降低V1-V6关断时的电压增长率；电机在减速时转子的转速可能超过此时的同步转速而处于发电状态，系统的动能将回馈到母线上致电压升高，甚至可能损坏变频器，制动电阻Rb就是用来消耗这部分能量的。

3 电机回馈能量的产生及变频器制动单元的作用

在引风机变频调速中，当工艺要求实现电机快速减速和停机时候，电机的同步转速随着变频器输出频率随之下降，但由于此类负载惯性较大，电机的转子转速并不能随之马上降低。当同步转速小于转子转速时，输出到电机轴的转矩变成了制动转矩，使电机的转速下降，此时电机变成发电状态，再生电能回馈到直流电路。由于直流电路的电能无法回馈到电网，仅靠变频器内部功率有限的电阻吸收是不够的，电荷堆积使电压不断上升，过高的电压将损坏内部元件。为保证变频器安全，内部的过压保护会动作，造成变频器停机。维持在此类工业环境中变频器稳定运行，必须将电动机发电制动状中回馈的电能消耗掉。

通过在变频器直流母线上加装制动电阻单元，将再生电能以热能形式消耗掉来实现转速快速降低或停车。它包括制动单元和制动电阻两部分。制动单元的功能是当直流回路的电压UD超过规定的限值时接通制动电阻，使电能通过电阻以热能方式释放。制动电阻单元可分内置式和外置式两种。前者是适用于小功率的通用变频器，即图1中虚线框所示部分；由于变频器内部空间狭小，散热条件有限等原因，后者则是适用于较大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。

当工况变化时，电机处于发电状态运行，能量反馈回直流回路，使母线电压升高达到制动单元导通值时，电流流过制动电阻以热能形式消耗，电机的转速降低，母线电压也降低；当母线电压降至制动单元要关断的值，制动单元的功率管截止，制动电阻无电流流过；制动单元通过不断重复导通和关断过程，平衡母线电压，保证系统正常运行。

4 制动电阻单元在生产中的应用

某煤化工厂，闪蒸汽回收需要用到两台引风机，配置两台18.5kW变频电机，通过两台变频器控制转速。在使用中，由于入口压力不稳定，为保证生产稳定，变频器输出频率处于一个较宽的变化范围，经常需要快速降频，由于该变频器容量较大，且属于惯性负载，变频器的迅速降频，导致变频器直流母线极短时间内形成泵升电压超允许值，保护动作，变频器频繁停机，无法保证稳定运行，给生产带来严了重影响。通过加装制动单元和制动电阻后，解决了这一生产难题。

如图2，通过加装制动电阻单元，使回馈电能以热能的形式消耗在制动电阻上，从而解决了变频器在驱动较大惯性负载，迅速降频或快速停车导致的保护动作给生产带来的不稳定。使变频调速更为广泛的应用到工业生产中。

参考文献

[1]顾绳谷.电机及拖动基础（第3版）[M].机械工业出版社.2004.

制动电阻篇3

【关键词】永磁同步电动机；变频器；制动电阻

0 引言

永磁同步电机出现于20世纪50年代[1]，其运行原理与普通电激磁同步电机相同，但以永磁体激磁代替激磁绕组激磁，使电机结构更为简单，降低了加工装配费用，同时还省去容易出问题的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性。由于无需激磁电流，没有激磁损耗，提高了电机的效率和功率密度。因此，近年来，大功率永磁同步电动机越来越广泛地应用于船舶电力推进系统。文章基于烟大轮渡船用电力推进系统开展研究。

1 船用电压型交直交变频调速装置

电推系统的核心，即变频器，烟大轮渡所用变频器为ABB公司的型号为ACS600M的低压大功率水冷式变频器，额定电压为690V，额定功率为5140kVA，额定电流4272A。它采用目前最先进的直接转矩控制技术（DTC），计算精度和控制精度都非常高，快速性好，转矩特性好。

1.1 变频器的种类

根据能量变换的形式不同，电力变换装置可以分为直接变换装置和间接变换装置两类：

直接变换装置通常称为直接变频器、交-交变频器或循环变频器。它直接把电源频率的交流电变换为较低频率的交流电。在电路结构上，它由接到同一交流电源上的若干个相控整流器组成。按照一定的规律控制各相控整流器的控制角，使整流器工作在直流或有源逆变状态，在循环变频器的输出端就可以得到由多相直流波的保络线所组成的较低频率的交流电。

间接变换装置是先把电源频率的交流电整流为直流，经过中间直流电路（又称中间直流环节）以后，在逆变（无源电源）为频率可调的交流电。中间直流电路的变流器（整流器和逆变器）必须能够在互不干扰的情况下工作，故中间直流电路要有大电容或大电感作为储能元件。在直接直流电路的正、负两端是并联大电容作为储能元件的，它能大大降低电源侧的阻抗，从而可以看成是一个电压源。通常把这种电力变换装置称为电压型逆变器。在中间直流电路中串接大电抗器作为储能元件的，能大大增加电源侧的阻抗，从而可以看成是一个电流源。通常把这种电力变换装置称为电流型逆变器。

1.2 烟大轮渡变频器的基本构成

烟大轮渡的变频器的基本构成如下图1所示，它由整流、滤波、逆变及控制回路等部分组成。交流电源经整流、滤波后变成直流电源，控制回路有规则的控制逆变器的导通和截止，使之向电机输出电压和频率可变的电源，驱动电动机运行。

2 制动电阻

2.1 制动电阻的功能

船舶在电阻制动时，制动电阻与牵引电机电枢构成回路，这时，电动机作为发电机运行，所发电在制动电阻上产生大量的热。同时，转子中由于该电流的流通，在磁场的作用下产生于原动机方向相反的电磁力矩，阻止转子的转动，从而对船舶产生制动力矩，船舶采用电阻制动能使船舶快速制动，提高船舶的安全性[2]。

电动机在工作频率下降的过程中，其转子的转速会超过此时的同步转速，处于再生（回馈）制动状态，拖动系统动能要反馈到直流电路中，但直流电路的能量无法回馈给交流电网，只能由电容器组吸收，使直流电压UD不断上升（称为“泵升电压”），升高到一定程度，就会对变流器件造成损害。为此，在电容器组旁并联一个由制动电阻（制动单元）和IGBT相串联的电路。当再生电能经逆变器的续流二极管反馈到直流电路时，将使电容器的电压升高，触发导通与制动电阻相串联的功率开关，让电容放电电流流过制动电阻，再生电能就会消耗在电阻上，达到制动和降低中间直流电压的目的。

在变频调速系统中，减速的方法是通过逐步降低给定频率来实现的。在频率下降过程中，电动机将处于再生制动状态（发电机状态） ，使得电动机的转速迅速地随频率的下降而下降。在制动过程中，泵升电压的产生会导致直流母线上的电压升高，此时变频器会控制刹车单元通过刹车电阻把升高的电压以热能的方式消耗掉。为了使得系统平稳降速，需要设置适当的减速时间，同时选择合适的制动电阻和制动单元。

制动电阻用于扩展制动功率。当制动单元内部电阻的制动功率不够时，需要制动单元外接制动电阻，此时注意，制动单元内部的点左右不能与外部的电阻同时使用，小容量变频器一般都有内接制动电阻和制动单元。只要制动单元内部的电阻满足负载要求的制动功率，就不需要选用外部自动电阻。但是为了控制，保护和监控外部的制动电阻，必须选用同等功率的制动单元与外部制动电阻匹配。

如果制动单元/制动电阻选择的功率不够，制动单元会自动关闭，变频器因“直流过高”的故障而停机。此时需要扩大制动功率，可以通过并联制动单元（加制动电阻）来实现，但每个制动电阻必须带自己的制动单元。并联后在快速制动时仍然容易出现过电压，说明内接制动电阻的阻值太大（或者被烧毁），来不及放电（或者没有放电回路），则可另行选择外接制动电阻。

2.2 驱动电路

2.2.1 驱动电路设计

如图2电路所示，图中VD5～VD8上的电压降为IGBT提供反向偏置。工作过程是，当光耦VL得到信号而导通时，则V1导通且饱和，V2随即导通，V3截止，使IGBT导通，即有制动电流流经RB；当VL失去信号而截止时，V1截止，随即V2截止，V3导通，IGBT因反向偏压而截止，这样多次翻身将动能变电能，消耗在制动电阻RB上，以发热方式损耗。

2.2.2 工作信号的取出

如图3所示，信号由测量直流母线电容两端电压得到，当UD超上限值931V时，比较器的输出为“+”，则光耦VL输出信号电流，再推动驱动电器，实现能耗制动工作状态；当UD低于下限值931V时，比较器的输出为“-”，则光耦VL输出无电流，这时驱动电路不工作，处于不制动工作状态。

3 结语

本文为船舶制动电阻的设计研究做了一定的工作，对船舶制动电阻的设计开发有一定的借鉴意义。

【参考文献】

制动电阻篇4

题目 如图1所示，电流表量程为0~0.6A，

电压表量程为0~15V，电阻R0=30Ω，电路两端电压恒为U＝24V．当滑动变阻器连入电路的电阻太小时，电路中电流会超过电流表量程．当滑动变阻器连入电路的电阻过大时，滑动变阻器两端的电压会超过电压表量程．求在不超过电表量程的情况下，滑动变阻器连入电路的电阻的阻值范围．

解析：本题中同时使用电流表、电压表、滑动变阻器等元件，在移动滑动变阻器的滑片P时，其连入电路的电阻应同时满足电压表与电流表的需要．本题的限制条件是两个电表的量程．为保护两个电表，使它们在各自量程内正常工作，需对变阻器的取值范围加以控制．读题知，当滑动变阻器连入电路的电阻太小时，电路中电流会超过电流表量程．设变阻器连入电路的最小电阻为R1，此时电路中的电流I达到最大值，这个电流最大值不能超过0．6A，按I＝0．6A计算．因变阻器与电阻R0串联，故I＝ ，解得R1＝10Ω，即滑动变阻器至少必须连入10Ω的电阻．

当滑动变阻器连入电路的电阻过大时，滑动变阻器两端的电压会超过电压表量程．设变阻器连入电路的最大电阻为R2，此时滑动变阻器两端的电压U2达到最大值，这个电压最大值不能超过15V，按U2＝15V计算．U0＝U－U2＝24V－15V＝9V．

＝50Ω，即滑动变阻器最多只能连入50Ω的电阻．

因此，滑动变阻器连入电路的电阻的阻值范围为10Ω～50Ω．

[练习]如图2所示，电路的电源电压和灯泡电阻不变，R1＝5Ω，灯L标有“8V6．4W”字样，电流表量程为0～3A，电压表量程为0～3V，滑动变阻器标有“2A”字样．

（1）只闭合S1时，电流表的示数为0．6A，求电源电压．

（2）闭合S1、S2、S3时，将滑动变阻器的滑片移到b端，电流表的示数为2A，求变阻器的最大阻值．

制动电阻篇5

关键词： 地铁列车，ICU显红，应急处理

中图分类号：U231+.3文献标识码： A 文章编号：

一、牵引系统简介及故障背景

（一）牵引系统简介

深圳地铁1号线续建工程车辆（以下简称续建26列车）控制系统包括2台车辆控制单元（以下简称VCU）和4台逆变器控制单元（以下简称ICU）。每台拖车安装一台VCU，每台动车动车安装一台ICU。

车辆控制单元（VCU）为西门子全球铁路车辆的SIBAS® 32设备系列，包括一般系统功能、车辆控制的中央控制功能（CCF）和相关传动系统的牵引控制功能（TCF）。

逆变器控制单元（ICU）通过多功能列车总线（简称MVB）与VCU通讯，负责闭环牵引控制，以实施VCU要求的牵引/制动力。

SIBAS G是一个用于SIBAS 32控制单元的图形化配置工具。通过SIBAS G可以配置车辆控制和牵引的所有功能。车辆控制功能由中央控制单元（CCU）来处理；车辆牵引功能由牵引控制单元（TCU）来处理。

（二）故障背景

当列车牵引系统严重故障时，司机室人机界面（简称HMI）上牵引系统图标会显示为红色，简称ICU显红。2009年8月起，26列车开始投入使用。自2010年1月至2011年10月，26列车项目列车正线运营过程中共发生ICU显红类故障19起，其中由代码“109/309/509/709”制动电阻温度监控导致的有6起，此类故障一旦发生，经常导致2到3个ICU牵引封锁，对正线运营影响较大，本文将着重对此类ICU显红故障进行分析，并给出正线运营时的应急处理方法。

表1ICU显红个数对列车运营的影响

二、由制动电阻温度监控导致的ICU显红故障原理分析

ICU显红由VCU的TCF模块进行判断并进行相关显示与后续控制，以下将以牵引逆变器A为例，结合VCU的图形化配置工具SIBAS G，对这一过程进行分析。

（一）制动电阻温度监控导致ICU显红的原因分析

1．制动电阻温度监控$DMA0109与制动电阻风扇监控$UWLFRBA逻辑关系

由图1可知，当代码109“制动电阻温度监控”故障被触发，则信号$DMA0109需为1，而$DMA0109由“UWTPRB”与其他三个信号通过一个与门得到，可知当$DMA0109为1时，“UWTPRB”必然为1。

“UWTPRB”被置1，如图1左下角，“UWTPRB”通过或逻辑将制动电阻风扇监控（$UWLFRBA）置1，通过或门（OR2）置1。

因此，当制动电阻温度监控$DMA0109触发，制动电阻风扇监控（$UWLFRBA）将输出高电平。

2．制动电阻风扇监控（$UWLFRBA）与ramp dwn block（$SPRLA）之间的逻辑关系

如图2所示，当status brakeing A（}ZUBRMA）也为1即列车处于制动状态时，与制动电阻风扇监控（$UWLFRBA）输出为1。最终通过或门（OR9）及RSFFSET将下降沿封锁$SPRLA置1。

由上可知，当列车处于制动状态，且收到制动电阻风扇监控（$UWLFRBA）高电平信号时，将输出下降沿封锁$SPRLA置1。

3．ramp dwn block（$SPRLA）与Traction disabled的逻辑关系

如图3所示，当ramp dwn block（$SPRLA）被置1后，将通过一个或门将Traction disabled（$AKAGPA）置1，且操作允许输出$FGBTRC指令置0。

由以上可知，当列车处于制动状态且“制动电阻温度监控”被触发后，将导致牵引失效。牵引失效使得牵引系统严重故障，相应ICU图标显示为红色，且ICU被封锁。而当制故障信息不存在时，牵引失效输出将指令，但ICU仍将保持牵引封锁状态。

图1制动电阻温度监控$DMA0109与制动电阻风扇监控$UWLFRBA逻辑关系图

图2 制动电阻风扇监控（$UWLFRBA）与ramp dwn block（$SPRLA）之间的逻辑关系

图3ramp dwn block（$SPRLA）与Traction disabled的逻辑关系

（二）“制动电阻温度监控原因”原理分析

分析可得，列车触发代码DMA0109“制动电阻温度监控”故障信息的产生的条件有：

1、列车停稳stand still为0

2、制动电阻风扇监控故障反馈，为0

3、列车施加停放或者保压制动，为0

4、监控制动电阻温度开关反馈为“1”

其中，1~3条为环境条件，如列车触发代码DMA0109“动电阻温度监控”故障信息，则“监控制动电阻温度开关反馈“即“UWTPRB”必须置1， “UWTPRB”置1，则制动电阻温度正常信号$OKRBTA需置“0”，且制动斩波超过5%信号$AKBST5A置1且持续时间超过1.6秒。

制动电阻温度正常信号$OKRBTA由制动电阻温度监控信号给出。当列车启用电制动后，制动电阻温度传感器触点闭合，当制动电阻温度过高，将导致温度传感器闭合触点断开，$OKRBTA将置0。

（三）由上述分析可知，当列车速度大于0.5km/h情况下，制动风扇运行反馈正常，未施加气制动，电制动斩波比例超过5%且持续时间超过1.6S，此时当制动电阻温度监控信号$E211_14反馈为0，将产生代码DMA0109“制动电阻温度监控”故障信息。当列车处于制动状态且“制动电阻温度监控”被触发后，将导致牵引失效，从而使得牵引系统严重故障，相应ICU图标显示为红色，且ICU被封锁。

三、实际故障原因分析及对策

（一）故障原因调查进展

制动电阻的温度监控反馈触头的工作特性为：在制动电阻未进行工作时为断开状态，$E211_14反馈为“0”，当列车启动，制动电阻进行电制动时，温度监控反馈触头才闭合，$E211_14方可采集到高电平信号。

由于$E211_14属于VCU中CCF模块记录信息，而“制动电阻温度监控”及其导致的“牵引失效”属于TCF信息，其被触发后，仅记录TCF的环境变量，因此无法得到故障点，制动电阻温度监控$E211_14的实际信号。由“牵引失效”导致的“牵引系统严重故障”属于CCF故障信息。但此时，ICU已被封锁，电制动已不存在，制动电阻反馈为低电平，因此，2010年1月以来，此类故障发生后，下载故障时刻系统环境数据，专家系统中记录到的$E211_14 均为0，不具有参考价值。

为根治此类故障，利用VCU的瞬时记录仪功能，编写TRACO程序记录，故障点数据，但目前尚未采集到有用信息。

同时，故障发生后，对制动电阻温度监控的反馈信号进行详细检查，设备功能正常，且此类故障具有偶发性且同一列车多个ICU同时发生的特点，因此不排除VCU控制程序存在缺陷的可能。

（二）正线运营中故障的应急措施

目前为止，“制动电阻温度监控”类故障，均为软件保护导致ICU锁闭，无硬件损坏，故障发生时，仅需要通过分住主司机台钥匙及分合高速断路器，将ICU重启，转变为正常状态，为了降低此类故障对正线运营的影响对故障发生时制定了如下应急处理流程

结语

深圳地铁一号线续建工程列车由于代码DMA0109、DMA0309、DMA0509、DMA0709“制动电阻温度监控”故障信息导致的牵引系统严重故障由VCU的TCF模块进行诊断，本文对TCF的诊断过程进行分析，并对可能导致此类故障的原因进行了简单归纳，为以后从根源上消除此类故障进行准备，同时，结合故障特点提出了针对性的正线故障应急处理流程，已降低对正线服务质量的影响。相信随着对故障的深入掌握以及故障数据的不断完善，此类故障终会得到解决。

参考文献：

[1] SZL1P2_VCU_SIBAS_G_Reading_manual_A6Z00002798641_rev-_120109.

制动电阻篇6

关键词：自动跟踪补偿控制装置；电容电流；消弧线圈；电阻；变压器

中图分类号：TP311

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0042-02

一、自动跟踪补偿消弧线圈的使用

目前，吉林燃料乙醇公司热电厂采用的是天津航博公司生产的ZDB-Ⅱ偏磁式消弧线圈动态补偿装置。针对这种消弧线圈，分析如下：

(一)线性电阻LR并联短接装置的问题

电网的不对称电压有高有低，电网出现的故障是多样的，如间歇性接地、高阻接地、断线不接地等。这些故障给短接装置及其控制系统带来很大困难，严重时，会出现烧毁线性阻尼电阻和短接装置的事故。其原因可归纳为以下几个方面：

1.不对称电压较高的电网发生接地后。线性阻尼电阻LR被短接，当接地消失时，LR仍处在被短接状态，LR不起阻尼作用。如果此时消弧线圈调整在靠近谐振状态(v≈3％)，仅靠自然阻尼(系统阻尼率取3％)，中性点电压UN≥15％，Ux相电压(依据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DI/T620-1997)正常运行情况下，中性点电压位移不应超过系统标称相电压的15％。当系统阻尼率取3％、脱谐度取3％时，经计算，对10kV系统，如果将中性点电压UN=1.0gkV，UN/Ux=18.9％，如果将中性点电位整定在15％～20％，短接装置的控制系统无法分辨是否处在接地，短接装置不能自动断开。其结果是真的接地消失，出现虚幻接地。

2.电网发生故障的形式是多样的。除了单相接地外，还可能发生其他非接地故障，使电网不对称电压升高。若不对称电压升高到一定程度，自动调节的控制器误认为电网发生了接地。将线性阻尼电阻LR短路，而此时消弧线圈又调谐在接近全补偿状态，其后果是产生很高的中性点位移电压，造成其中一相电压升高很多，以至损坏电网中的其他设备，将一个小故障扩大为事故。

(二)消弧线圈的响应速度问题

为提高响应速度，采用预调的工作方式，即无故障时已将消弧线圈调至计算好的档位，当发生单相接地故障时再短接阻尼电阻。这种方式，往往还是要受制于阻尼电阻短接机构(接触器和多级中间继电器)操作时间的影响，所以也难以提高响应速度。

二、解决方法

经过几年的安全运行，我们采用了以下解决方法：

(一)采用非线性电阻

在自动调谐的消弧线圈回路中，将线性阻尼电阻LR改为依电压或电流可自动改变阻值的非线性电阻NLR，则可充分发挥消弧线圈自动调谐的作用。消弧线圈完全可调整在全补偿状态，发生非接地性故障时，NLR仍保持一定的电阻值，电网不会出现过高的位移电压。不论发生何种间隙性接地，NLR阻值的变化是无时延的，不会发生因阻值滞后变化而影响灭弧或引发高幅值位移电压，因为消弧线圈处在全补偿状态，高阻接地时的过渡电阻对电弧熄灭也没有影响。南京伏安电气公司研制的DFD型大功率非线性电阻器，具有上述功能。

(二)高短路阻抗变压器式消弧系统

该消弧系统主要由高短路阻抗变压器式消弧线圈和控制器组成，同时采用小电流接地选线装置为配套设备。该消弧线圈是一种高短路阻抗变压器式可控电抗器。变压器的一次绕组作为工作绕组接入配电网中性点，二次绕组作为控制绕组由2个反向连接的晶闸管短路，通过调节晶闸管的导通角来调节二次绕组中的短路电流，从而实现电抗值的可控调节。由于采用了晶闸管调节，因此响应速度快，可实现零至额定电流的无级连续调节。此外，由于是利用变压器的短路阻抗作为补偿用的电感，因而具有良好的伏安特性。利用变压器的漏抗作为可调电抗，因而伏安特性的线性极佳，近乎直线，对高阻接地能很好地进行补偿。它采用大功率可控硅技术，能在5ms内对单相接地故障快速响应，有效地抑制弧光的形成，且由于补偿电流可从零开始连续无级调至消弧线圈的额定电流，因此适应范围较广。

(三)调容式消弧补偿装置

根据系统最大运行方式或电网发展情况，确定消弧线圈在过补偿条件下的额定容量，即可确定在接地故障时可提供的电感电流，增设消弧线圈的二次电容负荷绕组。在二次侧并联若干组用晶闸管通断的电容器，用来调节二次侧电容的容抗值，以达到减小一次侧电感电流的要求，称其为调容式消弧补偿装置。电容值的大小及组数有多种不同排列组合，以满足调节范围和精度的要求。其主要工作原理是控制器根据中性点电压和电流信号进行分析和计算，测出电网线路的对地容抗。判断消弧线圈在电网发生单相接地故障时，应工作在哪个级位。在电网正常运行时，所有晶闸管不导通，消弧线圈等值感抗最小，接地装置工作于过补偿最大失谐状态。当电网发生单相接地时。控制系统按照故障前的判断状态，向触发电路发出控制信号，控制T1、T2、……Tn的触发脉冲的产生，实现晶闸管开关的开合和接地装置相应的级位，以降低残流在用户的要求值以下，实现灭弧功能。当接地故障消除时，控制器根据中性点电压下降和线路电压上升判断故障消除，装置即转入过补偿的最大失谐状态。

三、调容式消弧补偿装置与高短路阻抗变压器式消弧线圈比较

(一)各自的特点

调容式消弧补偿装置的原理是通过调节消弧线圈二次侧的电容量，从而调节消弧线圈的阻抗，当接地故障消除时，降低残流，实现灭弧功能；高短路阻抗变压器式消弧线圈的原理是通过调节晶闸管的导通角来调节二次绕组中的短路电流，从而实现电抗值的可控调节，其响应速度较快；采用非线性电阻，消弧线圈可调整在全补偿状态，不会发生因阻值滞后变化而影响灭弧或引发高幅值位移电压，高阻接地时的过渡电阻对电弧熄灭也没有影响。

(二)各自的缺点

调容式消弧补偿装置由于采用电容器，电容器需要充放电，其动作速度不可能很快，即其响应会存在延时；高短路阻抗变压器式消弧线圈，由于采用了可控硅，对其原理如何消除谐波应提出要求；采用非线性电阻，中心点电位应整定在何值才合适，既能避开系统不对称电压，又能保证接地故障时正确动作。对此问题尚应进一步探讨。

四、结论

1.中性点采用自动跟踪补偿的消弧线圈，可将电容电流补偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除，而不影响供电。

2.自动跟踪补偿装置的各生产厂家所用原理并不相同。生产运行的历史也不长。因此，在设备选型时，必须对其补偿原理、生产工艺、制造水平、动模试验、运行实例等作综合考证。

制动电阻篇7

一、掌握理想变压器动态问题的基本思路

1.通过分析题意，明确变量和不变量。

2.理解掌握变压器电路中的几个制约关系。

（1）电压制约关系：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压U由输入电压U决定，即U=，可简述为“原线圈电压制约副线圈电压”。

（2）电流制约关系：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I由副线圈中的输出电流I决定，即I=，可简述为“副线圈电流制约原线圈电流”。

（3）功率制约关系：变压器原线圈的输入功率P由副线圈中的输出功率P决定，副线圈中的功率P由用户负载决定。

例1：用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下问题。如图所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只灯泡L和L，输电线的等效电阻为R，原线圈输入恒定的交变电压，开始时，开关S断开，当开关S闭合时，以下说法正确的是（?摇?摇?摇?摇）

A.副线圈输出的电压减小

B.原线圈输入的功率减小

C.通过灯泡L的电流增加

D.等效电阻R的电压增加

解析：原线圈输入电压不变，副线圈输出电压不变，开关S闭合后，负载总电阻变小，变压器输出电流增大，通过等效电阻R的电流增大，R两端的电压增大，L两端的电压减小，通过L的电流也减小，原线圈的输入电流增大，原线圈的输入功率也增大。故A、B、C选项错误，D选项正确。

二、会用“串反并同”分析理想变压器副线圈动态电路

“串反”是指当某一电阻增大时，与它串联的电阻中的电流、电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联的电阻中的电流、电压、电功率将增大。

“并同”是指当某一电阻增大时，与它并联的电阻中的电流、电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联的电阻中的电流、电压、电功率都将减小。

例2：将原线圈接到正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L、L，电路中接了理想交流电流表A，导线电阻不计，如图所示，当滑动变阻器P向下滑动时，灯泡L、L的亮度将如何变化？电流表A的示数将如何变化？

解析：当滑动变阻器P向下滑动时，滑动变阻器的阻值减小，由“串反并同”可知，灯泡L的亮度增加，灯泡L的亮度增加减小，电流表A的示数减小。

三、巧解理想变压器动态问题

结合以上两点，在处理理想变压器动态问题时，可以先用“串反并同”分析理想变压器副线圈动态电路的相关物理量，再用变压器电路中的三个制约关系处理原、副线圈电路的相关物理量，这样就可以灵活处理理想变压器动态问题。

例3：为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L、L，电路中分别接了理想交流电压表V、V和理想交流电流表A、A，导线电阻不计，如图所示，当滑动变阻器P向下滑动时（?摇?摇?摇?摇）

A.A示数不变，灯泡L亮度变小

B.A示数变大，灯泡L亮度变大

C.V示数变小，灯泡L亮度变小

D.V示数不变，灯泡L亮度变大

制动电阻篇8

中图分类号：G961 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2013）02-0197-01

伏安法测电阻就是根据部分电路的欧姆定律，伏特表测定电阻两端的电压U，用安培表测定流过电阻电流I，由R=UI可确定待测电阻的阻值R。

伏安法测电阻的电路一般由三部分组成，即供电电路、测量电路和控制电路。

首先，测定电阻需要一个完整的闭合电路，必须有供电装置：电源，同时，为了操作方便，还需要有开关来控制电路的接通与断开。测量通过待测电阻Rx的电流时，安培表有两种不同的接入方式，如图1和2。1图中安培表接在伏特表两接线柱的内侧，叫安培表内接法：2图中安培表按在伏特表的两接线柱的外侧，叫安培表外接法。安培表连接方式不同，测量结果也不相同，为了尽可能使测量值接近真实值，我们分析比较一下这两种接法对待测阻值的影响。

：安培表测得的是通过Rx的实际电流IA=Ix，而伏特表测得的电压UV是安培表两端电压UA和RX两端的电压UX之和。即UV=UA+UX，则，R测=UVIA>UXIXR真，即测量值偏大。由前面的分析可知，误差来源于电流表的分压作用，电流表分压越少，误差越少，因此该电路适合于测量大电阻，即若Rx>RA时，采用安培表内接法比较合适，可简记为"大内偏大"。

，伏特表测得的电压UV是Rx两端的实际电压，Uv=Ux，而安培表，测得的电流IA是通过伏特表电流Iv和通过Rx的电流Ix之和、即IA=Iv+Ix则R测=UVIA>UXIXR真，即测量值偏小。由以上分析可知，误差来源于电压表的分压作用，电压表分压越小，误差越小，因此该电路适合于测量小电阻，即若Rx

对电流表选择内接法还是外接法，还可用比较简捷方法来判定，即阻值比较法。若已知Rx的大小，有Rx>RaRv（即Rx为大电阻）用安培表内接法：若Rx

若不知Rx的大概值，为了选择正确的电路图以减少误差，实验时可用试探确定电路的选择。具体做法是：先将电路如图所示连接，只空出电压表的一个接头S，然后将S分别与a、b接触一下，观察电电压表和电流表的示数变化情况。

若电流表示数明显变化，说明电压表的分流作用较强，即Rx是一个高阻值电阻，应选用内接法，S应接b测量。

若电压表示数明显变化，说明电流表的分压作用较强，即Rx是一个低阻值电阻，应选用外接法，S应接a测量。

最后谈下控制电路的设计。控制电路只需一个滑动变阻器R0就可以了（R0是滑动变阻器的最大值）。根据滑动变阻器连入电路的方式不同，有限流式接法1图和分压式接法2图两种。

对限流式电路，负载Rx上电压的调节范围为RxRx+R0E≤Ux≤E电流的范围为ERx+R0≤Ix≤ERx，调节范围较小，电路消耗总功率为E.Ix；而分压式电路中，负载Rx上电压的调节范围是0≤Ux≤E，电流的调节范围是0≤Ix≤ERx，调节的范围较大，电路消耗的总功率为E（Ix+Iap），耗能比限流式要多。

由以上分析可知，对控制电路是选限流式接法还是分压式接法，应根据具体要求具体分析。

一般情况下（满足安全条件），由于限流电路耗能较少，结构简单，因此，如无特别要求，应优先考虑以限流接法为主。但若要求被测电路的电压或电流从0开始连续变化或变化范围尽可能大时：或者采用限流式接法，电路中的最小电流（电压）超过仪表量程或电阻的最大允许电流；或者滑动变阻器最大值R0远小于被测电阻或电路中串联的其它电阻阻值，限流电路调节效果不明显。如R0≤110Rx时，必须采用分压式接法。

例：已知电阻丝的电阻约为10Ω，现备有下列器材供测量电阻丝的电阻时选用，应选用的器材有――（只填代号），安培表应选择--接法（填"内"或"外"）

A、量程是0.6A内阻为0.5Ω的电流表

B、量程是3A内阻为0.1Ω的电流表

C、量程是3V内阻为6KΩ的电压表

D、量程是15V阻为30KΩ的电压表

E、阻值为0～1KΩ，额定电流为0.5A的滑动变阻器

F、阻值为0～20Ω，额定电流为2A的滑动变阻器

G、蓄电池（6V）

H、开关一个，导线若干，

解析：选择器材可按下列步骤进行：

①先选电源：题中只给一个直流电源，所以应选G；

②选取电流表：电源选定后，可估算总电流，不连入滑动变阻器。干路中电流最大值Imax=6V10Ω=0.6A应选A；

③选电压表：若选C，量程为3V，电源6V，则干路总电流要被控制在0.3A以下，这时所选电流表

指针偏转达半刻度盘.若选D，量程15V电源6V，6V15V=12.5，此时电压表指针偏转范围不满足指针在13～23刻度盘范围，加之15V量程时，精确度太低，两电压表比较，应选C而不选D；

④选定滑动变阻器，由于已选量程为3V的电压表，决定滑动变阻器必须采用分压连接方式.由于电阻是阻值约为10Ω，为在3V，0.3A以下范围内调节滑动变阻器，读取几组数值，滑动变阻器应选F。若选E，因阻值太大，不便控制电路中的电流。

综上所述，应选用的器材有A、C、F、G、H

连接电路时，对安培表的选择，判断如下：

制动电阻篇9

摘要：针对电流变阻尼器抑制切削颤振存在的困难，设计了一种流动与剪切混合模式的电流变阻尼器。文章介绍了电流变液及电流变阻尼器的工作原理和性能特点；基于Bingham塑性理论，建立了流动与剪切混合模式的电流变阻尼器的力学模型。实验与仿真结果表明，电流变阻尼器能很好地实现振动的实时控制，并能有效地抑制切削颤振的发生。

关键词: 电流变阻尼器 切削颤振 实时控制 建模与仿真

Abstract: Facing the difficulty that ER fluid damper contains the cutting chatter， we designed a damper based on flow and shear mixed model to control the cutting chatter. This paper introduces the principle and ER fluid damper; based on Bingham plastic theory， founds the mechanical model of ER fluid damper of flow and shear mixed model. The result of experiment and simulation shows this ER fluid damper can well control the vibration and the cutting chatter.

Key words: ER Damper， Cutting Chatter ， Real Time Control ， found model and simulation

1 引言

在振动控制领域中，常用的智能材料有：电流变（磁流变）液、形状记忆合金、压电材料和电（磁）致伸缩材料等四种。压电材料和电（磁）致伸缩材料所产生的作用力往往不够大，而形状记忆材料存在滞后响应的问题且需要电源加热，响应速度慢，相形之下，电流变(磁流变)液应用较为广泛一些。

电流变（磁流变）液是指在电场（磁场）作用下液体的粘性等流变性质会随着电场（磁场）强度的变化而变化的流体，一旦撤去电场或（磁场），材料又恢复原来的状态，响应时间仅为毫秒级。这种优良的机电耦合性能使电流变（磁流变）液成为一种理想的可控阻尼介质。该可控阻尼介质具有实现阻尼的无级可逆调节、响应速度快、能耗低等突出的优点。因此电流变（磁流变）液在振动控制

2

电流变液

电流变体(electrorheological fluids)也称为电流变流体，简称ER流体，是一种比较特殊的流体，它在外加电场的作用下流变性能由易流动的低粘度的流体突变为难流动的高粘度的塑性类固体，而当撤去外加电场后，它又可在瞬间内恢复到液态。电流变液的这种性能改变仅仅在毫秒间就可完成，这是电流变液最能被利用的优势。

2.1 基本概念

电流变学 [4，5](Electrorheology)是研究一定的分散体系在电场的作用下，其粘度、模量和屈服能力等与物体流变各性能参量有关的一门学科，是流变学 (Rheology)的一个重要分支。电场对分散体系的结构和流变性质的影响称为电流变效应(Electrorheological effect)。具有电流变效应的分散体系称为电流变体——简称ER体，亦称为电流变液(Electrorheological Fluid)。根据目前 ER体研究的情况 ，具体的ER体指的是在绝缘的连续相液体介质中加入精细的固体颗粒而形成的悬浮液。该液体在一定电场的作用下，会明显地显示出与原来液体不同的类固态特性，而当电场解除后液体又恢复到原来所具有的性能，这种变化是连续、快速并且可逆的，而且是可控的。

电流变液的特性无论在科学研究还是在技术应用等方面都有巨大的研究价值。但是，从目前来看，制约电流变技术发展和应用的主要因素是电流变材料的性能仍无法满足大规模工业应用的要求，制造高性能的电流变材料是突破这一瓶颈的关键[6，7]。

2.2 性能特点

2.2.1 流变性能

电流变液的流变性能直接影响到电流变液实际应用的可能性。目前人们对稳态剪切场下ERF屈服后流变性能的变化进行了深入的研究，但对屈服前非稳态剪切场下的流变行为研究较少。对于ERF的流变性能主要有两个指标：一是非场黏度，二是动、静态屈服应力。

2.2.2 电流密度

电流密度是评价电流变液性能的一个重要指标，电流密度过大，会造成电流变液过热，而温度对电流变液的性能影响很大，温度过高会引起电流变液不稳定，使其效率较低，严重时可能发生击穿现象。因此对高压电源的要求很高，最理想的电流密度应在 。

2.2.3 响应时间

电流变液的响应时间一般为毫秒级，这是电流变液优于其他智能材料的一个重要特征。美国LORD公司ERF/6533-16A电流变液的响应时间，只有8ms左右[8]。

2.2.4 稳定性

电流变液的稳定性主要是指电流变液在长期放置的情况下不发生分层现象，这是关系到其能否应用于工业过程的一个关键特性。目前各研究单位配置的电流变液在稳定性方面都不是很理想。中科院物理研究所研制的电流变液的稳定时间大约能静置几个月的时间，本研究实验使用的电流变液的稳定时间只有几个小时。

3 电流变阻尼器

3.1 工作原理

电流变阻尼器按其工作流体的流动形态可以分为三类：剪切模式、流动模式、挤压模式。图1、图2、图3分别是三种模式阻尼器的工作原理图。

图1 剪切模式阻尼器工作原理图

图2 流动模式阻尼器工作原理图

图3 挤压模式阻尼器工作原理图

现在重点介绍流动模式电流变阻尼器的结构及性能特点，这种结构型式的电流变阻尼器通常由活塞杆、活塞体、正负电极以及工作缸等主要结构组成，如图2所示，正负极板保持不动，电流变液流过极板间隙，通过改变施加于极板的电场强度，可以改变流过极板的电流变液的粘度，从而导致进出口两端的压差发生变化，这就是可控阻尼力的来源。

它的最大特点是电极是固定的，正、负电极之间无相对运动，电极实际上起着一种节流阀的作用，因此，对ER流体的流动性能提出了较高的要求。其优点是在结构尺寸基本相同的条件下，能够产生高于剪切模式阻尼器的工作阻尼力，电极间距可相对地设计得小一些，制造精度可相对低一些，只要保证不发生电击穿现象就可以了。因此，其制造成本相对较低。从结构设计的角度来看，只要径向尺寸允许，工作电极对可以设计得多一些，这样不仅能够提供较大的工作阻尼力，也使得与其配套的工作电源的额定电压得到降低。

3.2 设计与制作

本文所设计的电流变阻尼器即为流动与剪切混合模式。下面结合其具体结构予以说明。

图4 电流变阻尼器结构简图

1螺钉 2上盖 3螺栓 4弹簧垫片 5螺母 6导向套 7油封 8缸体

9活塞 10导向套 11底座 12螺栓 13沉头螺钉 14紧固螺钉

阻尼器结构如图4所示，电流变液充满于腔内，缸体8与活塞9分别接高压电源正、负极，整个阻尼器通过螺栓12固定于特别设计的刀座上，刀具与另外设计的刀架通过螺栓3固定于上盖2之上。在切削过程中，当振动由刀具经过上盖2传递给活塞9时，活塞上下运动剪切电流变液从而产生阻尼力，同时当活塞运动时，活塞内部各个孔中的电流变液也会流动而产生阻尼力，阻尼力将不断耗散振动能量而达到减振的目的。当正、负极施加不同的电压时，所产生的阻尼力相应发生变化，同时系统的刚度也会发生变化，我们可以根据实际情况调节电压大小以达到理想的减振效果。

在电流变阻尼器的设计和制作中，必须注意的三个方面：一、由于活塞与缸体间隔只有2mm，如果活塞在运动时有晃动或转动，则很容易导致短路。因此设计中要充分考虑缸体与活塞、活塞与导向套的同轴度以及活塞与导向套的配合间隙。二、为了减小机械摩擦力影响，设计时应尽量减小活塞与导向套接触面积，同时要尽可能降低活塞与导向套配合处的粗糙度。三、活塞与缸体内表面加工要平整，不得带有毛刺，防止尖端放电；

4 模型建立与分析

电流变阻尼器的阻尼力由三部分组成[9]，一部分为电流变液体基础黏度引起的本底阻尼力，与外加电场无关；第二部分为电致阻尼力，它是电场强度的函数；第三部分为气室体积引起的压力。值得提出的是本底阻尼力中还应包含活塞运动时与密封圈的摩擦力。

大量的研究表明[9-13]，在振幅很小的情况下，电流变阻尼器的阻尼力呈图5所示的关系曲线。由图可以看出，阻尼力近似为随剪切速度变化的线性函数，且斜率随电场强度的增加而增大。

图5 阻尼力与电场强度和剪切速度关系曲线（图中数值不代表具体意义）

因此我们将电流变阻尼器的阻尼力由下式近似表示：

式中 为等效刚度系数， 为等效阻尼系数，m为阻尼器等效质量， 为本底阻尼力。

当改变正负极之间的电场强度时，等效阻尼系数和本底阻尼力都将随之变化，但是在某一固定场强下，本底阻尼力近似为一定值。

车床安装电流变阻尼器后可简化为两自由度振动系统，动力学模型如图6所示：

图6 两自由度动力学模型

图7 简化的动力学模型

由于m’的质量很小，在忽略m’影响的情况下，此动力学模型可进一步简化为单自由度系统，如图7所示。由于切削加工过程中的振动幅值较小，通过简化的动力学模型和阻尼器的近似表达式，得到系统的运动方程为：

式中 ， 和 分别为无阻尼器时切削系统阻尼和刚度， 和 分别为阻尼器等效阻尼和等效刚度，M为切削系统等效质量。

令 ， ，得：

引入参数： ，得系统振幅的频率响应：

由此可得 的幅频特性

式中 ，

对于不加阻尼器时 的幅频特性为：

此处 ，

切削系统中加阻尼器时减振率为：

5 仿真与结果分析

电场作用下的ERF阻尼器的阻尼损耗因子会随电场的增加而增大，同时当电场增加时，ERF的动态屈服应力增大，从而增加了阻尼器的刚度，因此其固有频率增加，切削系统的固有频率也相应增大。考虑到固有频率的变化，用MATLAB对系统的频率响应计算仿真，得到切削系统的频率响应曲线和减振率曲线如图8和图9所示：

图8 频率响应仿真曲线

图9 减振率仿真曲线

从图8中可以看到，增加系统的阻尼能使振幅得到衰减，尤其是在共振区附近，通过控制电流变阻尼器的电场强度可以很方便地调节系统的阻尼。由于电场强度增加使阻尼增大的同时，系统的固有频率也向高频移动，因此在高频段，阻尼器电场强度的增加有可能使振幅增大。

图9中的仿真条件为系统不加阻尼器时阻尼比设为0.1，通过在加入阻尼器后不同阻尼的情况下比较衰减率的变化情况。在低频段，电场强度的增加对振动抑制效果非常明显，而在高频段，情况则比较复杂，振幅在某些频段有所衰减，衰减幅度也不是很大，某些频段则有较大幅度的增加。

实验与仿真结果表明：一、对于具体的振动系统，电流变阻尼器的减振效果会因电场强度的变化而不同，同时还和振动频率有关，在不同的振动频率下，最佳电场强度不同，为电压控制方案提供了理论依据。对于具体的电流变阻尼器，可以通过实验测定。二、对于切削颤振的抑制，可以通过颤振识别信号和振动频率对电场强度进行控制。由于切削颤振发生时，多为低频振动，在颤振过渡过程振动信号就应为低频信号，此时控制阻尼器的电场强度能很好抑制切削颤振的发生。三、对于因引入了“负阻尼”而产生的切削颤振，需要增大系统的阻尼来有效控制颤振的发生，同时由于颤振信号为低频信号，因此对于此类颤振控制时应加高的电场强度；对于由于模态耦合而产生的切削颤振，增大系统的刚度能很好地控制颤振的发生，同时增大阻尼也消耗了颤振发生所需要的能量，所以对于此类颤振控制时同样应加高的电场强度；而对于平稳切削过程，则要根据信号频率选取合适的场强以达到最佳的控制效果。

参考文献

[1] Lord Corporation Rheonetic Linear Damper[Z]，Rd1001/Rd1004，Product Information Sheet，Lord corp.Pub.1997.

[2] Mark R. Jolly，et al properties and application of commercial magnetorheological fluids [J]，SPIE，1998，3327:262-275.

[3]WeiJia Wen，etc.The Giant Electrorheological Effect in Suspensions of nanoparticles. Nature Materials， vol 2， November 2003

[4]郝田，陈一弘，许元泽.电流变学研究进展，力学进展，1994，Vol.24

[5]魏宸官.《电流变技术—机理、材料、工程应用》.北京理工大学出版社

[6]Block H and Rattay P. Recent developments in ER fluid. In: Havelka K O and Filisko F E Ed. Progress of electroheology. New York: Plenum press， 1995:19~42

[7]赵晓鹏等. ER流体的应用前景展望. 材料导报，1993，7（6）：12~15

[8]K. D. Weiss， J. D. Carlson， Material Aspect of Electrorheological System， Journal of Intelligent Material Systems and Structures， 1993， 4(1)， 13~34

[9]陈永光等.电流变减振器阻尼力计算及影响因素分析. 重庆大学学报，2002，25（9）：121-124

[10]G.YANG，H.J.JUNG and B.F.SPENCER，Dynamic Model of Full-Scale MR Dampers or Civil Engineering Applications

[11]吕建刚，易当祥，张进秋.电流变阻尼器动力特性的研究. 力学季刊，2002，23（2）：288-292

制动电阻篇10

【关键词】大容量电机；直接起动；电气软起动装置；电磁调压软起动装置

0 概述

随着国家经济的高速发展，各工业企业生产规模迅速扩大，企业用电设备数量、容量及单台电机最大容量也随之不断增大，用电状况十分复杂对电网有较高要求。大容量电动机主要指额定工作电压为6kV或10kV的电机，容量从几千到几万千瓦不等，为保证大电机起动时自身及电网安全，各种大容量电气软起动装置应运而生，如频敏变阻器、水电阻、热变电阻、晶闸管、电磁调压、变频器等，在工程实践中得到了广泛应用。

1 大容量电动机直接起动的弊端

大容量高压电动机直接起动时电流大，无功需求高，对电网的冲击明显，在供电电网容量受限时，往往造成大电机自身的起动困难，并可能导致其它已运行电气设备等因供电母线压降较大造成跳闸停机甚至烧毁的严重后果。对大电机自身而言，直接起动电流可达 4-7 倍的额定电流，造成电动机绕组温度过高，电机绝缘老化加速，并且过大的起动转矩对被带动的机械造成较大的机械冲击，缩短其使用寿命。

在此情形下，各类电气软起动装置应运而生，但由于用户千差万别，故各类电气软起动装置均有不同的应用市场。

2 高压软起动装置主要类型

高压软起动装置如概述中所述分为多种，下面予以介绍。

2.1 频敏变阻器

频敏变阻器应用于绕线式电机，串接于电机转子回路中，当电机起动时，频敏变阻器的阻抗随着转子电流的频率变化而成正比变化，刚起动时，转子电流频率最大，电动机可获得较大起动转矩，起动后，随着转子电流频率的下降，频敏变阻器阻抗逐步减小，近似地得到恒转矩特性，实现了电机的无极调速，起动完毕后，频敏变阻器经短接退出。

频敏变阻器的优点：

1）能平滑、无级、自动地起、制动；

2）结构简单，坚固耐用，维修方便；

3）价格低廉。

频敏变阻器的缺点：

适用范围小，调节精度不高。

2.2 水电阻起动动装置

水电阻起动利用伺服电机改变浸泡在导电液体（一般由 Na2CO3和水配制）中电极板之间的电气距离， 使水电阻由大到小平滑无级变化，电极板串接于电机起动回路中，电机在起动过程中端电压随极板间距减小逐渐上升至直至全压，实现电机软起动。

水电阻起动的优点是：

1）在软起动过程中不产生高次谐波；

2）价格低廉。

水电阻起动的缺点是：

1）高压电动反电势建立的速率和水电阻变化的速率很难吻合，从而造成了起动电流的斜率很大。

2） 环境温度对起动性能的影响大。水电阻导电的实质是靠离子的移动，电阻大小由导电离子的多少决定，水电阻由 Na2CO3和水配制而成，其溶剂溶解度受外界温度的影响，温度越高溶解度越高，水电阻率越小，温度越低溶解度越低，水电阻率越高，因而水电阻夏天起动电流大（有时高达 5 倍额定电流），而冬天起动困难，严重时需要重新配液方可解决，加上水的蒸发和补充及其它导电离子进入液阻箱，均会引起液体电阻的改变。

3）对环境要求高，水电阻软起动装置不适合于置放在易结冰的现场。

4）液阻箱容积大，其根源在于阻性限流，减少容积引起温升加大，一次性起动后电解液通常会有 10℃-30℃的温升，使软起动的重复性差。

5）控制功能低下，起动时间、停止时间、初始电压、限压范围等主要控制参数均不能方便地调节，移动极板需要有一套伺服机构，它的移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化。保护功能不全，无自检、过载保护、电流不平衡、断相等保护。

6）维护困难。须经常维护，须经常加液体以保持液位。在高压回路里加水作业有很大危险性。电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要作表面处理。

7）安全性差。这是该装置最大的隐患，一旦维护不及时，至液位过低，起动时有引起装置爆炸的危险，爆炸后引起高压接地，给人员、设备带来灾难性的后果。在起动时有噪声及电动力致使之震动，特别是在极板运行中易造成导电水飞溅，安全性差。在高压起动回路中，用传动电机及传动机构控制极板运行，一旦控制失灵，后果比较严重。

2.3 热变电阻起动动装置

热变电阻起动利用液体的负温度特性来改变其电阻，所谓负温度特性，即温度越高，阻值越小，温度越低，阻值越大。在起动过程中，将热变电阻器（含液箱、热敏电解液、电极、导流机构等构成）串接于大容量电机的定子绕组中，起动电流流过热变电阻器加热液体，温度升高，阻值减小。起动过程中，回路总阻抗接近不变，从而使得电机起动过程电流较小、稳定且功率因数高。当电机起动完毕后，导流机构快速导出高温液体，使有效电阻区域内液体温度降至常温附近，以利于下一次起动。

热变电阻软起动优点：

1）电极无需动，因而减免了移动电极的伺服机构，减免了伺服机构可能带来的不安全；

2）起动电流较小，一般不大于2.5Ie，有显著的软起动特性；

3）起动时功率因数高，一般可维持在0.8以上，母线压降低，对电网稳定运行有益；

4）同时起动时起动转矩由小逐步增高，使得机械设备起动平稳，无冲击及噪音；

5）价格低廉。

热变电阻软起动缺点：

1）热变电阻为保温，必须把水箱封闭，且采用两层水箱，层与层之间注入变压器油隔离，液体在有限空间内加热，极易发生爆；

2）热变电阻的整个起动过程是不可控制的，谈不上闭环控制；

3）相比于液阻，环境温度对起动性能的影响更加严重；

4）具有一切液态软起动装置的共性，如发热量大、体积大，不能作到免维护；

5）对环境尤其是温度变化的耐受能力较差，难于保证不同环境温度下软起动性能的一致性；软起动功能单一，使适用范围受到一定的限制；不能实现软停止，不能实现带电流突跳的软起动。

2.4 晶闸管软起动

晶闸管软起动装置是利用反并联晶闸管及电子控制电路串接于三相电源与待起动电机之间，利用晶闸管的电子开关特性，通过软起动装置中的单片机控制晶闸管触发脉冲、触发角的大小来改变晶闸管导通程度从而改变其输出电压，进而改变起动电机的定子机端电压。当晶闸管导通角从00开始上升时，电机开始起动，随着导通角的增大，晶闸管输出电压也随之增大，电机转速进一步升高，直至晶闸管全导通，使电机电压接近额定电压，电机起动完毕后，软起动装置被旁路，电机改由工频运行方式。

晶闸管软起动装置优点：

1）起动电流、电压可控；

2）起动过程无级调速，并适应频繁起动。

晶闸管软起动装置缺点：

1）不能根据现场根据综合条件调整起动参数，达不到全面优化的起动效果；

2）起动电压到起动完成时，电压与全压有差距，切换到全压时有冲击；

3）一般只能接入电动机前端；

4）串并联大量的晶闸管，故障点多，维护、检修复杂；

5）价格较为昂贵。

2.5 电磁调压软起动

电磁调压软起动装置是采用一个可变电抗器件做为执行元件接入大电机定子回路，用相对电压较低的晶闸管（或其他电力电子器件），通过电磁转换的原理，调节电抗值，改变电动机的机端电压，从而达到控制电动机的起动过程，达到软起动的目的。

电磁调压软起动装置特点：

1）通过低压控制高压可调压变压， 其性能稳定可靠，耐冲击性能强、噪音小；

2）晶闸管在变压器二次回路，晶闸管无过压风险，无须光纤触发，性能稳定可靠，故障点少；

3）由于变压器的隔离，对电网谐波干扰大大减小，电网侧只有2%左右，（小于国家标准4%），有效克服超大容量的电动机起动时的电磁干扰。

4）与传统的电抗器、自耦变压器比较，起动转矩大，起动过程平稳可控，无二次切换冲击；

5）起动电压可调，可以根据负载的特征，设置较低的起动初始电压，从而电动机的起动电流更低，对电机和机械设备冲击小；

6）当电网容量偏低时，还可并联起动补偿电容，将起动电流控制到1.5倍额定电流，进一步减少对电网的冲击，降低网压降；

7）接线方式灵活，可接于大电机机端侧或中性点侧。

2.6 变频器软起动

变频器软起动方式是指大电机起动过程中既改变变频器输出端电源频率，又改变电源电压的一种起动方式，起动曲线平滑，适用于各种起动条件，是目前最先进的一种软起动方式，但其价格昂贵，并产生高次谐波污染电网，在起动次数较少且电机负载率且工作稳定条件下，选用变频器是不经济的，因而本文不予推荐。

3 采用电磁调压软起动的工程实例

3.1 工程概述

国内某钢铁公司建造两座1250m3高炉，配置两台10kV 19000kW汽动-电动风机（以下简称BPRT风机）及一台10kV 19000kW AV63备用电动鼓风机，外部供电为两路35kV电源。在高炉区设35/10kV变电所一座，配置2×50MVA主变，35kV及10kV均采用单母线分段接线方式，两台19000kW BPRT风机电机分别由35kV变电所两段10kV母线供电，19000kW AV63备用电动鼓风机经切换，可由10kV任一段母线供电以替换该母线段上退出运行的BPRT风机，同时禁止任意两台风机在同一段10kV母线同时工作。

由于风机电机容量很大，直接起动时电流大，母线压降不满足国标要求，经技术、经济比较，设计采用电磁调压软起动方式对上述三台大电机进行软起动，软起动装置内电磁调压部分起动柜为双套（一用一备），三台风机电机起动模式为软起二拖三，为保证风机起动时因功率因数较低（Cos=0.3左右）电磁调压软起动装置配置有专用起动电容器，在风机起动完毕后切除退出。

经工程实践，该套电磁调压软起动装置起动效果良好，达到预期效果。

3.2 电气主接线（见图1）

3.3 BPRT风机（19000kW，1485r.p.m）起动时电气参数表

3.3.1 系统参数

变压器输入电压 35kV 变压器输出电压 10kV

变压器额定容量 50MVA 变压器 10kV侧母线最大短路容量 300MVA

软起动电网电压相对值 0.92（起动补偿后3.3.2 电动机参数

电动机额定功率 19000kW 电动机额定电压 10kV

电动机额定电流 1253A 电动机额定功率因数 0.93

电动机额定转速 1485r/m 电动机最大转矩倍数 1.73

电动机堵转转矩倍数 0.48 电动机转子飞轮距 59720N.m2

3.3.3 负载参数

负载转动惯量 265000N.m2 静阻力矩 8500 Nm

起动最大阻力矩 26500 N.m

3.3.4 电动机起动参数

降压起动电流倍数 2.05 电动机额定容量 21.7MVA

全压起动电流倍数 4.0 电动机额定转矩 122188N.m

额定起动等效阻抗 1.182欧 额定起动等效电阻 0.236欧

额定起动等效电抗 1.17欧 降压起动电流 2568.7A

降压起动容量 44.5MVA 负荷系数 1.02

起动时间 42.2S

4 结论

高压软起动装置多种多样，应根据工程实际状况，考虑电网、工艺设备要求、现场土建条件、业主资金条件等各方面因素进行综合评估，在保证安全、可靠、经济的前提下选用最为合理的方案以保证工程的顺利实施。

【参考文献】

[1]卓乐友.电力工程电气设计手册[M].北京：水利电力出版社，1991.