秤调速机制动电阻过热的分析及对策.doc

聚乙烯包装秤调速机制动电阻过热的分析及对策 生产安装部 技术组 杨忠群聚乙烯包装秤调速机制动电阻过热的分析及对策摘要：包装秤伺服驱动器及其调速机制动电阻过热，是导致聚乙烯包装秤伺服故障频繁停车的重要原因。解决的方案除了投用并改进配电柜及电阻箱的通风设施外，还应从实际使用的角度，对制动电阻的选型加以重新考虑。本文着重对后者进行了论述。关键词：伺服驱动器 调速器 过热 伺服故障 制动电阻1 引言聚乙烯包装秤控制系统采用伺服驱动器来控制伺服电机。包装电子秤是通过伺服电机驱动给料门在大小开度和一个零位三个位置之间往复运动，以完成测量和自动装袋。伺服驱动器是实现整个装袋机快速精确定位的核心元件。伺服驱动器及其制动电阻对环境温度的要求很高。如果两者产生过热现象，包装秤将无法正常运行。2 伺服故障与过热现象21 事故过程及处理气温约36左右。燕山石化聚乙烯包装厂房内更高达3738。包装秤多次因“伺服故障”（操作盘显示SERVO TROUBLE）报警而停车。仪表人员打开配电柜的通风阀门并更换了伺服驱动器及伺服电机。包装秤虽可短时间运行，但该报警仍多次发生。后操作人员发现配电柜电阻器箱外壳温度过高，便立即对电阻箱进行通风。操作盘上的“伺服故障”报警即消除，包装秤运行正常。此后偶尔出现过两次报警，经当班人员开大电阻箱的通风阀门以加强散热，“伺服故障”现象便再未发生。22 原因分析导致此次“伺服故障”报警并频繁停机的根本原因，是环境温度超高而配电柜尤其是电阻（伺服驱动器的调速机制动电阻）箱未采取通风散热措施，从而引发了伺服驱动器及调速器制动电阻的过热。当两者的过热问题均得到解决后，包装秤才被维持在正常状态。包装秤控制系统采用的是德国STBER公司SDS4000系列伺服驱动器SDS4101，用于控制给料门的往复运动。下表列举了SDS4000系列伺服驱动器的技术参数： 表1型 号型号1型号2a型号2b装置型号SDS 4011SDS 4021SDS 4041SDS 4071SDS 4101SDS 4141额定连接负荷1 kVA2 kVA4 kVA7 kVA10 kVA14 kVA额定电流(有效值，3%)1.5 A3 A6 A10 A14 A20 A最大输出电流(最大约5s，3%)3 A6 A12 A20 A28 A40 A连接电压(L1-L3)3230 V-10%至480 V+10%，50至60 Hz制动电阻，内部66 W/80 W最大10.5 kW持续1秒33 W/200 W最大21 kW持续1秒制动电阻，外部(制动断路器极限数据)30 W/最大500W恒定最大21kW持续1秒30 W/最大1500 W恒定最大21 kW持续1秒接通时的阈值，制动断路器840至870 V断开时的阈值，制动断路器800至830 V最大输出电流，制动2 A环境温度对额定数据，0C至45C在功率减少2.5%/C的情况下，最高到55C据此表可知，该伺服驱动器的使用环境温度为-1055。在配电箱中长期运转时，环境温度应保持在45以下，并确保良好的通风条件，否则就有过热的危险，影响驱动器的性能及寿命。同时，伺服驱动器所连接的调速器制动电阻，在制动过程中释放出大量的热能。如果无法及时地通风散热，当调速器制动电阻过热时，将向伺服驱动器发出温度超差报警并使伺服驱动器停止工作。3 制动电阻简介 伺服电机驱动的给料门在运行过程中不断地瞬间减速和停机。当伺服电机减速和停机时，电机处于再生制动状态。电机再生的电荷堆积，形成“泵升电压”现象。为避免过高的直流电压使各部分器件受到损害，伺服驱动器将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能。它包括制动单元和制动电阻二部分（见图1）。制动单元的功能是当电路中电压超过规定的限值（接通阈值为840V870V，见表一）时，接通耗能电路，使电路通过制动电阻后以热能方式释放能量。图1 能耗制动和制动单元、制动电阻的连接方式（注：伺服驱动器与通用变频器的工作原理略同） 制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体。制动电阻的制动过程如下：A、当电机在外力作用下减速、反转时（包括被拖动），电机即以发电状态运行，能量反馈回直流回路，使母线电压升高；B、当直流电压到达制动单元开的状态时，制动单元的功率管导通，电流流过制动电阻；C、制动电阻消耗电能为热能，电机的转速降低，母线电压也降低；D、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；E、采样母线电压值，制动单元重复ON/OFF过程，平衡母线电压，使系统正常运行。伺服驱动器用一个it热敏电阻监测制动电阻的最大允许电流。它能通过断开制动电阻，保护制动电阻免受过热负载。而对于调速器制动电阻，则是用一个温度监测仪（热计），监测电阻器本体的温度，以防止因过载而引起的热损害。当温度监测仪检测到的调速器制动电阻过热时，将发出异常报警并使伺服驱动器停止工作。反应到包装秤操作盘上，即显示为“伺服故障”（SERVO TROUBLE）报警停车。4 改进方案41 改造通风设施全面检查并投用包装厂房内配电柜的通风设施，确保柜内的控制元件处于正常的环境温度之下。对于环境温度非常敏感的核心部件，如伺服驱动器，变频器，调速器制动电阻等，则尤需加强通风散热。目前安装在配电柜上的通风管线有三大缺陷：尺寸太小，散热效果不佳；风线头只对准一点，散热面积过小；风线未加固定，易错位。可作如下改造：增大通风管线的尺寸，改为1/2的风管；在风线末端加设喷头，使吹出的风呈发散状，扩大散热面积；将未固定的风线加以固定在正确的位置。在有条件的情况下，最好使每一个配电柜都拥有排气风扇，以达到更佳的散热效果。由于包装秤调速器制动电阻箱空间狭小，电阻块分布紧凑，采用通风管线强制通风散热，效果不够理想，且噪音较大，可优先考虑这一点。应将电阻箱安装在配电柜的顶部，并加设排气风扇。42 对调速器制动电阻再选型421 增大制动电阻的阻值通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种。包装秤伺服驱动器所使用的调速器制动电阻就是铝合金电阻。这款制动电阻是根据更换前的伺服驱动器和伺服电机选配设计的（原驱动器和电机为日本产）。共接调速器制动电阻4块，采用两个串联后再与另外串联的两个相并联的连接方式。每个电阻阻值为20，功率为400w。通过计算得知串并联后的总阻值为20 ，总功率为1600W。而新伺服驱动器和伺服电机为德国STBER公司制造，技术参数已有变化。由表1可知，伺服驱动器SDS4101对应的调速器制动电阻阻值应30。但目前的电阻阻值已低于制动电阻所要求的最小数值。这样，根据下列制动单元的计算公式：通过制动单元的电流势必增大，而制动电阻产生的热量也会更高。因此建议改用阻值更大的制动电阻。422 改用国产波纹电阻由包装生产线供应商哈尔滨博实公司提供的调速器制动电阻为波纹电阻。波纹电阻的特点是：采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命。目前国产的波纹制动电阻技术已十分成熟。以低压包装秤现使用的RXHG型国产波纹电阻（阻值100，功率1KW）为例：图2 RXHG型波纹电阻的技术规格这种波纹电阻较之现有的铝合金电阻具有散热快，成本低，易更换的优点。5 结论长期以来，调速器制动电阻过热的问题为操作及维修人员所忽视，因而造成了一些不必要的损失。调速器制动电阻对环境温度和散热条件的要求十分苛刻，发生过热时对包装秤的正常运转影响较大。 利用现有条件改善设备的通风设施，同时针对制动电阻目前存在的