涡轮分子泵电源制动单元的研究(2)
由于实际取值与计算值的差异, 必须校验一下实际的U+ 1、U+ 2。把实际R4、R5、R6 代入式(1) 和(4) , 算出U+1= 5.2 V, U+2= 4.8 V, 与设定值基本一致。根据制动单元的阀值可以求出R1、R2、RP 的阻值。假定RP 的调整率为制动阀值的±5% , 则有
(1) 当RP= 0 时, 制动单元阀值的调整率为+5% , 即
390 × 1.05R2/(R1+R2 ) = 5.2 (9)
(2) 当RP为最大时, 制动单元阀值的调整率为-5% , 即
390×0.95(R2+RP)/(R1+R2+RP)= 5.2( 10)
令R1=150k欧，由式(9)求得R2=1.929 k，实取2k欧。代入式(10) , 求得RP= 135 欧，实取120欧微调电位器。
为了计算R1，R2，RP的功率，必须考虑VDC最高时的情况。即令VDC= 390 V, 由式(9)、(10) 可求得的R1，R2，RP 的瓦数为1.02 W、0.018 W、0.007 W, 实际选取电阻R1为150 k欧/2W, R2为2 k欧/0.5W;电位器RP为120欧/0.5W。
根据R1，R2，RP的实际取值, 校验制动单元的实际动作阀值。
(1) 当RP= 0 时, 制动开始电压为VDCR2/(R1+R2)= 5.2 (11)
得VDC = 395 V
(2) 当RP= 120 时, 制动开始电压为UDC( R2 + RP ) / ( R1 + R2 + R P) = 5.2 (12)
得V C = 373 V
可见, 通过调整微调电位器RP , 可以在373 V～395V 范围内改变制动单元的动作阀值, 符合实际需要。
2、制动功率和制动电阻的计算
根据涡轮分子泵的参数和运行条件, 可以计算减速运行时所需的制动功率, 由此可计算出制动电阻。由牛顿第二运动定律
式中
M ——调速系统的转矩值; J —— 调速系统的转动惯量, 即电动机与负载转动惯量之和; 欧 ——电动机的旋转角速度
由于电动机和负载参数一般给出的是飞轮惯量GD2 , 为了便于计算, 根据
式中 GD2——电动机飞轮惯量GD2 和负载飞轮惯量GD2之和; n—— 电动机转速; 375——常数, 即120 g/帕尔
假设涡轮分子泵的减速为一线性过程, 由式(14)可得到
式中 T 制——电动机从最高转速N 减速到0 所需的制动转矩, N·m; GD2——电动机GD2 和负载GD2之和, N·m; N ——电动机最高转速, r/ min; t1——电动机从最高转速N减速到0使用的时间, s
由式(15) 可以计算出分子泵电源的减速停车过程中的最大制动转矩值。
在涡轮分子泵实际运行条件下，大约有相当与电动机额定转矩的10%的负载能量消耗在电气和机械的损耗上( 如大功率管压降、机械摩擦等)，所以实际需要的制动转矩为
TDB = T制- 10%TM (16)
式中 TDB ——调速系统实际需要的制动转矩; T制——最大制动转矩; TM ——电动机额定转矩制动功率和制动电阻的计算如下：
1、实际需要的最大制动功率为
PDB = TDBN/955 ( 17)
式中 PDB ——实际需要的最大制动功率, kW; TDB ——实际需要的最大制动转矩, N·m; N ——电动机最大转速, r/ min; 955—— 常数
2、制动时平均消耗功率为
P ro = PDB/ 2 (18)
式中 Pro——制动电阻上消耗的平均功率, kW涡轮分子泵减速停车是以非重复减速模式运行。可根据平均消耗功率来选择制动电阻的额定功率。» 制动电阻的阻值可由下式计算
RB = V2/ PDB (19)
式中 RB —— 制动电阻的阻值; V —— 制动单元开启时直流回路电压值; PDB ——最大制动功率
在制动晶体管和制动电阻构成的放电回路中，其最大电流受制动晶体管的最大允许电流IC的限制。允许的最小制动电阻值为Rmin=UDC/ IC。因此，选择制动电阻值R应按下式的关系来决定Rmin<R<RB ( 20)
3、结论
通过研究涡轮分子泵电源制动单元的设计和制动电阻选用参数计算方法，计算出涡轮分子泵的制动电阻。我们用此方法为我公司生产的涡轮分子泵电源选用了最佳的制动电阻，提高了该泵的性能和效率。我公司生产的FD系列涡轮分子泵电源因采用了该方法设计的制动电路和制动电阻，使该泵停车减速时间大大缩短如表1所示。
表1 FD系列涡轮分子泵电源停车减速时间
实际使用证明，该泵在减速停车过程中运行平稳、安全可靠。
