制动电阻在电石炉炉气净化风机变频器的应用

制动电阻在电石炉炉气净化风机变频器的应用

姚利利*1 ,贺建建1

1.陕西北元集团锦源化工有限公司，陕西 神木  719319

【关键词】制动电阻；电石炉；炉气净化风机；变频器

【摘要】主要进行了制动电阻在电石炉炉气净化风机变频器中应用的研究。当前冶炼行业电石炉烟气净化风机变频器中制动电阻的运用，实现了对大量烟气涌入风机时对变频器的保护，保障了炉气净化风机的稳定运转。

0 概述

近年来，随着我公司生产负荷的不断提升，生产工作量迅速增加，因此对电石炉运作的稳定以及相关装置运行的状况都提出了越来越高的要求。对于电石炉来说，不仅自身的生产稳定性十分重要，烟气的排放更是直接影响到炉内气压稳定。因此对制动电阻在炉气净化风机变频器使用中的研究，同样具有十分重要的现实意义。变频器作为当前化工行业常用的驱动装置，其在进行三相异步电动机的驱动时，因为速度的突然变化或者停止会形成电动势，直接影响到直流母线，使得电压泵升，驱动装置故障或损坏[1]。

陕煤化北元集团锦源化工有限公司目前建设4台40500kVA与2台63000kVA密闭电石炉，我公司在原有电石炉净化风机变频器的基础上，新增了制动单元和制动电阻消耗电石炉装置“塌料”造成风机电动机产生的反充电，从而保证了变频器不会在负载突变时报直流母线过压故障跳停，并使得操作人员有时间将变频器频率调节至适应电石炉装置“塌料”带来的负载变化。彻底解决了变频器故障使电石炉停车的弊端，同时很大程度上也提高了电石炉的生产效率。所以在净化风机的变频器使用的过程中，应该借助制动单元和制动电阻对多余的再生电能进行消耗，避免因为电石炉“塌料”事件发生时使炉气净化风机变频器报故障或损坏。

1 制动电阻的工作原理

变频器制动电阻是将电动机再生电能以热能形式予以消耗的装置，包括电阻阻值与功率容量两方面的参数[2]。在电石冶炼行业中电石炉是必不可少的生产设施，而电石炉的生产过程中会形成大量的烟气，因此需要借助净化风机将其抽走进入净化装置中净化后再利用。变频风机的运作中，会借助给定频率的变化实现风机运行速度的管控，进而确保电石炉内气压的平稳。但是在电石炉生产中会出现料面板结、透气性不好或漏水等情况时会发生“塌料”现象，进而造成电石炉烟气瞬间大量涌入净化风机。在强大的炉气阻力作用下，风机转速下降，而电动机转子在惯性作用下并不会迅速减速，瞬间的电动机转速低于转子转速的情况，就会导致电动机瞬间从耗电状态变为发电状态，电动机反充电通过电源线至变频器，使变频器直流侧形成泵升电压。如果这些电能不能够尽快消耗的话，变频器就会出现过流或过压报警，并且形成一些大功率原件的烧毁。在这种情况下就需要借助制动电阻或其他的耗电装置将这部分能量消耗掉，制动电阻也因为其简单的构造得到了大范围的运用。

2 制动电阻的作用

2.1 消耗直流侧多余电能

电石炉净化风机受到瞬间大量烟气阻力后，电动机会形成大量的再生电能，不及时消耗将会导致变频器报警或损坏。而借助制动电阻，当制动单元检测到直流母线过压就会启动将这部分反充电导入制动电阻消耗掉，起到保护变频器免受再生电能损害的目的。

2.2 抑制直流母线电压泵升

当电石炉炉气排放瞬间增加的时候，导致净化风机的电机由耗电状态变成发电状态，形成的三相交流电动势就会被变频器逆变部分的六个续流二极管构成的三相全控桥整流，造成电能沿直流回路返回，使得直流母线的电压泵升。此时电流流经制动电阻的时候就会将这部分能量以热能的方式消耗掉，能够有效的降低电机转速，从而抑制直流母线电压泵升[3]。

2.3 保护直流侧组件

制动电阻的应用能够快速将直流侧多余的电能以热量形式消耗，这样就会避免再生电能回流至直流母线中，引起电网电压的波动，从而起到保护变频器直流侧组件，维持净化风机变频器的稳定运行[5]。

2.4 实现电动机快速加减速或停机

借助制动电阻的能量消耗作用，将多余的再生电能消耗之后，能够保证净化风机变频器及时加减速，维持良好运转，从而实现快速调节炉压，满足电石炉生产的需要。

2.5 提高电石炉的生产效率

通过对电石炉净化风机变频器中制动电阻的运用，结合制动单元装置，不仅加强了对变频器的保护，同时还能够提高电石炉运行的稳定性，避免塌料事件出现对变频器影响所造成的生产效率的影响，从而提高了电石炉生产能力。

3 制动电阻的选型与安装

3.1制动电阻的选型

制动电阻的选择最关键的就是电阻的阻值以及功率，而这两个参数选择的确定与变频器的功率、功耗、连通时间、间隔频率等多种因素相关。一般情况制动电阻阻值Rb的取值在 Ud /2I min- Ud/ I min范围内[4]。

由于炉气净化风机变频器需要制动的频率并不高，且时间较短，因此短时间的制动工作并不会造成制动电阻达到额定温度，而后频率较低就意味着两次制动之间的间隔较长，所以制动电阻完全有时间能够进行温度的降低。因此在冶炼行业电石炉尾气净化风机变频器的制动电阻选型的时候，并不需要选择大功率电阻。选择的制动电阻的额定功率允许低于通电时的耗电功率，制动电阻功率计算公式：

Pb= Ud2/Rb。其中Pb为制动电阻的最大功率；Ud为直流回路的电压，通常在600-760V之间调节，Rb为制动电阻值[5]。

对于制动电阻的选择一般并不需要选用最大功率，但是需要根据连通频率、时间以及所处环境具体确定，实际功率计算公式为：Pb= Ud2/Rb.γb，其中γb是介入制动电阻功率的修正系数。

3.2制动电阻的安装

对于制动电阻的安装需要遵循一定的标准：

（1）安装位置：针对外置的制动电阻安装的时候要强调水平性，尽可能放置到开关设施之外，尤其是针对需要安装风扇的电阻，要注意放到通风的地方，不能够将通风口遮蔽；

（2）制动电阻应当放置到耐热性强且散热良好的位置；

（3）针对需要多个制动电阻安装的情况，应当合理布局，保证散热的同时，保证制动电阻的接头位置牢固，避免由于长时间的高温运作导致电缆损坏；

（4）要确保电阻与变频器之间良好的连接，并且为了降低斩波的干扰，两者之间的电缆长度不应超过10米；

（5）制动电阻与变频器之间的距离不能过近，因为制动电阻工作是热量的释放将会对变频器形成一定的影响；

（6）因为制动电阻是通过热量的方式进行多余电能的消耗，如果出现过高温度很可能引发火灾，因此一般需要配置测温报警装置。

4 变频器制动电阻常见故障分析

4.1电阻阻值选型不合理

在进行制动电阻选型的时候应当综合考量，选择最合适的型号。如果电阻阻值过高，就会造成流经电流变小，尽管能够减小在回流电路中的冲击，但是相应功率低，也就需要较长的制动时长，对于瞬间减速不利，甚至影响系统运行的稳定性；而如果阻值选择较低，就会导致电流变大，超过额定功率的话就很可能引发火灾。

4.2制动时长过长或频率过大

如果净化风机的变频器出现故障，就很可能带动制动电阻的故障。如果过于频繁的制动或者制动时间过长的话，很可能造成制动电阻因为热量散发不及时，造成局部温度过高，进而引发制动电阻损坏。

4.3运行环境温度过高

如果制动电阻没有配套安装排风扇或者缺少空气流动的通风口，就很可能因为制动电阻的工作放热造成整体工作环境温度升高。同时如果周围环境散热较差的话，就很可能造成制动电阻因为散热不够而温度过高；如果频繁制动工作的话，就会造成电阻烧毁甚至引发火灾。

5 结束语

在电石冶炼行业快速发展的当下，电石炉烟气的排放离不开净化风机的使用，而制动电阻在净化风机变频器中的应用，对于安全稳定生产具有十分关键的作用。本文通过对制动电阻作用以及选型的描述，进行了常见故障的分析，能够为进一步加强冶炼行业电石烟气管理提供良好的借鉴与参考作用。

参考文献

[1]付靖. 电梯变频器制动电阻的探索与思考. 化工管理，2017(06)：157.

[2]马越超. 变频器外置制动单元的设计与实现.科技通报，2016(05)：73-76.

[3]曲春林，谢兴强，等. 变频驱动制动方式及现场应用的总结分析. 橡塑技术与装备，2021(23)：4-6.

[4]刘军，喻彪. 电梯制动电阻热变形的案例分析. 中国特种设备安全，2017(10)：64-66.

[5]魏健. 关于变频器的制动技术分析. 低碳技术，2018(04)：81-82.