三相异步电动机的制动控制线路

1、三相异步电动机的制动控制线路某些生产机械，如车床等要求在工作时频繁的起动与停止；有些工作机械，如起重机的吊勾需要准确定位，这些机械都要求电动机在断电后迅速停转，以提高生产效率和保护平安生产。电动机断电后，能使电动机在很短的时间内就停转的方法，称作制动控制。制动控制的方 法常用的有二类，即机械制动与电力制动，下面将这两种制动方法介 绍如下。一、机械制动 机械制动是利用机械装置，使电动机迅速停转的方法，经常采用的机 械制动设备是电磁抱闸，电闸抱闸的外形结构如图 21801 所示。电磁抱闸主要由两局部构成：制动电磁铁和闸瓦制动器。制动电磁铁由铁芯和线圈组成；线圈有的采用三相电源，有的采用单相电源；闸

2、瓦制动器包括：闸瓦，闸轮，杠杆和弹簧等。闸轮与电动机装在同一 根转轴上 .制动强度可通过调整弹簧力来改变。一电磁抱闸制动控制线路之一电磁抱闸制动控制线路之一如图 21802 所示：电磁抱闸制动控制线路的工作原理简述如下 :接通电源开关QS后，按起动按钮SB2接触器KM线圈获电工作并自 锁。电磁抱闸YB线圈获电，吸引衔铁动铁芯，使动、静铁芯吸合， 动铁芯克服弹簧拉力，迫使制动杠杆向上移动，从而使制动器的闸瓦 与闸轮分开，取消对电动机的制动；与此同时，电动机获电起动至正 常运转。当需要停车时，按停止按钮 SB1，接触器KM断电释放，电动 机的电源被切断的同时，电磁抱闸的线圈也失电，衔铁被释放，在弹

3、 簧拉力的作用下，使闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动，迅速停止转 动。电磁抱闸制动，在起重机械上被广泛应用。当重物吊到一定高度，如 果线路突然发生故障或停电时，电动机断电，电磁抱闸线圈也断电， 闸瓦立即抱住闸轮使电动机迅速制动停转，从而防止了重物突然落下 而发生事故。二电磁抱闸制动控制线路之二采用图 21802 控制线路，有时会因制动电磁铁的延时释放，造成制动 失灵。造成制动电磁铁延时的主要原因：制动电磁铁线圈并接在电动机引出 线上参见图 271。电动机电源切断后，电动机不会立即停止转动， 它要因惯性而继续转动。由于转子剩磁的存在，使电动机处于发电运 行状态，定子绕组的感应电势加在电磁抱闸 YB

4、线圈上。所以当电动机 主回路电源被切断后，YB线圈不会立即断电释放，而是在YB线圈的供 电电流小到不能使动、静铁芯维持吸合时，才开始释放。解决上述问题的简单方法是；在线圈 YB的供电回路中串入接触器 KM 的常开触头。如果辅助常开触头容量不够时，可选用具有五个主触头 的接触器。或另外增加一个接触器，将后增加接触器的线圈与原接触 器线圈并联。将其主触头串入YB的线圈回路中。这样可使电磁抱闸YB 的线圈与电动机主回路同时断电，消除了 YB的延时释放。 防止电磁抱闸延时的制动控制线路如图 21803 所示。二、电力制动常用的电力制动有电源反接制动和能耗制动两种。 一电源反接制动 电源反接制动是依靠改

5、变电动机定子绕组的电源相序，而迫使电动机 迅速停转的一种方法。一单向反接制动控制线路 单向运转反接制动控制线路如图 21804 所示。起动时，闭合电源开关QS,按起动按钮SB2接触器KM1获电闭合并 自锁，电动机 M 起动运转。当电动机转速升高到一定值时 如 100 转/ 分，速度继电器KS的常开触头闭合，为反接制动作好准备。停止时，按停止按钮SB1一定要按到底，按钮SB1常闭触头断开，接 触器KM1失电释放，而按钮SB1的常开触头闭合，使接触器KM2获电 吸合并自锁，KM2主触头闭合，串入电阻RB进行反接制动，电动机产 生一个反向电磁转矩，即制动转矩，迫使电动机转速迅速下降；当电动机转速降至

6、约100转/每分钟以下时，速度继电器KS常开触头断开, 接触器KM2线圈断电释放，电动机断电，防止了反向起动。由于反接制动时，转子与定子旋转磁场的相对速度接近两倍的同步转 速，故反接制动时，转子的感应电流很大，定子绕组的电流也随之很 大，相当于全压直接起动时电流的两倍。为此，一般在 4.5KW 以上的 电动机采用反接制动时，应在主电路中串接一定的电阻器，以限制反 接制动电流，这个电阻称为反接制动电阻，用 RB表示，反接制动电阻 器，有三相对称和两相不对称两种联结方法，图 21804 为对称接法， 如某一相不串电阻器，那么为二相不对称接法。串接的制动电阻R RB的阻值可用下式计算RRB=KL&

7、/lst Q式中:R RB为反接制动电阻器的阻值，单位为欧姆Q；U为电动机绕组的相电压，单位为 V;I st为电动机全压起动电流，单位为 A；K为系数，如果要求反接制动的最大电流等于全压起动电流，K取0.13;如果要求反接制动最大电流为全压起动电流的一半，K取1.5。假设反接制动时，仅在两相的定子绕组中串接制动电阻，那么选用的制动 电阻的数值应为上式计算值的 1.5倍。不频繁起动时，反接制电阻的功率为 :P R= 1/4ln2 RRB In为电动机额定电流，其单位为A 频繁起动时，反接制动电阻的功率为 :P R=( 1/3 1/2) In2R RB例如:一台4极鼠笼型电动机，额定功率为 20K

8、W,额定电流为38.4A, 额定电压为380V,定子绕组为星接，问米用反接制动时，应串联R RB 的阻值和功率为多少？从机电产品样本上查得I ST为228A(假设无产品样本，那么可取I ST= 7) In，般取中间值)。RRB=1.5X220/228=1.4 QPR=1/3In2RRP=1/3X38.42X1.4=164W图 21804 控制回路的接线步骤如下：(1) 首先接FU2和FR由FR常闭接点引出的线为电源1;由另一个FU2 引出的线为电源 2 。(2) 将1线分别接在KM1、KM两线圈上；将线圈的另一端接至对方的常闭触头上; KM1的空常闭接点与速度继电器 KS的常开接点相连接， K

9、S的空接点与KM2常开接点连接，并由刚接过线的KM2常开接点引出KM2的线圈线接至按钮SB1右侧常开接点上，从KM2的空常开接 点引出两根线，一根为KM2的自锁线接至按钮SB1的左侧常闭接点 上；另一根接至FU2即电源线2)。(3) 从 KM2 空闲常闭接点引出一长一短两根导线，短线接 KM1 的常开 接点，长线为KM1线圈线接至按钮SB2左侧常开接点；从KM1的空 常开接点引出KM1的自锁线，接按钮SB2右侧常开接点。(4) 按钮开关中：将右侧的SB1常闭接点与SB2常开接点用导线相连; 将左侧的SB1常开接点与常闭接点用导线连接。5将主回路及控制回路的所有连接线全部仔细检查一遍，确认无误

10、后，送电试机。二可逆起动反接制动控制线路1、电动机可逆起动反接制动的控制线路之一 电动机可逆起动反接制动的控制线路之一，如图 21805 所示。该控制 线路由于主回路中没有限流电阻 RB所以只能用于容量较小的电动机。 图中 KS1 和 KS2 分别为速度继电器正反两个方向的两副常开触头， 当按下SB2时，电动机正转，速度继电器的常开触头 KS-2闭合，为 反接制动作准备，当按下 SB3时，电动机反转，速度继电器 KS-1闭 合，为反接制动作准备。中间继电器 KA的作用是：为了防止当操作人 员因工作需要而用手转开工件和主轴时，电动机带动速度继电器KS也旋转；当转速到达一定值时，速度继电器的常开触

11、头闭合，电动机获 得反向电源而反向冲动，造成工伤事故。图 21805 控制线路的工作原理，简述如下：闭合电源开关QS后按SB2接触器KM1获电闭合并通过其自锁触头自 锁，电动机 M 正转起动，当电动机转速高于 120转/每分钟时， KS-2 闭合，为反接制动作准备。当需要正转停止时，按SB1,接触器KM1断电释放而中间继电器 KA获 电吸合并自锁；KA的常开触头断开，切断KM2自锁触头的供电回路， 使其不能自锁；KA的常开触头接通KM2的线圈回路，使KM2获电吸 合，此时反接制动开始，当电动机的转速降至约 100 转/每分钟时，速 度继电器KS-2断开，使KM2断电释放，在中间继电器自锁回路中

12、的 常开触头KM2断开，使中间继电器KA也失电释放。反转的起动及反接制动的工作原理与上述相似，不再赘述。 可逆起动反接制动的控制线路之一的参考接线步骤如下：(1) 首先接好电源FU2及热继电器FR常闭触头，引出控制电源1与2。(2) 将电源1接至三个线圈的一端。接触器 KM1与KM2的线圈空闲端 分别接至对方的常闭触头；从 KM1、KM2的两个空常闭触头各引出一 长一短两根线，其中两根短线接至对方的常开触头，两根长线为两个接触器各自的线圈线，其中从KM2常闭引出的长线为KM1的线圈线， 接至SB2左侧常开接点；从KM2常闭引出的长线为KM2的线圈线， 接至SB3左侧常开接点。(3) 将KM1、

13、KM2刚接过线的常开触头的空接点，与 KA的常闭触头用 导线连接，并引出一根长线作为KM1与KM2的共自锁线接到SB2(或 SB3,右侧常开接点；从KA常闭接点的空闲端点引出一根长线，接至 SB1右侧常闭接点；从KA线圈的空接点引出两短一长共三根线，短线 分别接KM1、KM2未接过线的常开接点，长线作为KA的线圈线接至 SB1左侧常开接点，将刚接过线的 KM1、KM2的两个空常开接点与KA 的常开接点连接，将刚接过线的 KA常开空触头与另一个KA常开触头 连接，并从此点引出一长一短两根导线，其中短线与电源 2连接，长 线作为电源线接至SB1右侧常开(或左侧常闭)接点上。(4) 从刚接过线的KA

14、常开空接点引出一根长线接至速度继电器 KS的两 个常开触头，将KS-1, KS-2的空接点与KM1、KM2的线圈线连接。此 处注意KS-1与 KM1线圈线连接，KS-2与KM2线圈线连接。如果KS与 按钮开关较近，那么将 KS的引出线接至按钮开关 SB2 SB3的左侧常开 接点；如果KS与接触器KM1、KM2较近，那么将KS的引出线接至KM1、 KM2的常开自锁触头上(与常闭触头交叉相连的一端)。(5) 将SB1左侧常闭与右侧常开两接点相连接；将 SB2与SB3右侧常开 的两接点相连接。(6) 检查所有的接线，确认无错漏后，送电试机。2、可逆起动反接制动控制线路之二 可逆起动反接制动控制线路之

15、二如图 2 1 806所示。图21806这个控制线路主要由三个接触器 KM1、KM2、KM3、四个中 间继电器KA1、KA2、KA3、KA4;速度继电器KS；反接制动电阻RB;正转按钮SB2;反转按钮SB3及停止按钮SB1;电源开关QS;熔断器 FU1与FU2;热继电器FR等组成。图 21806 的工作原理简述如下 :先合上电源开关QS,按正转按钮SB2, KA1获电吸合并通过KA1-2闭 合自锁，KA1-1断开，闭锁了 KA2; KA1-4闭合为KM3线圈获电作准备； KA1-3闭合使KM1获电吸合，KM1常闭触头断开，闭锁了 KM2; KM1 常开触头闭合为KA3获电作准备；KM1主触头闭

16、合，电动机串电阻RB 降压起动，当电动机转速上升到使 KS-1闭合后，KA3获电吸合，KA3-1 闭合为KM2线圈获电作准备；自锁触头KA3-2闭合自锁；KA3-3闭合使 KM3获电吸合，KM3主触头闭合短接了电阻 RB,电动机获全压正常运 转。需停止时按SB1: KA1失电释放，KA1-1及KA1-2均恢复原始状态；KA1-4 断开使KM3断电释放，电阻RB解除短接，串入主回路；KA1-3断开使 KM1 断电释放，使电动机失电作惯性转动；同时 KM1 常闭触头恢复闭 合，使KM2获电吸合，其主触头闭合，电动机反接制动串电阻RB, 当电动机转速低到约每分钟100转时，KS-1断开使KA3断电释

17、放，其 触头均恢复原始状态，其中 KA31 断开后使 KM2 断电释放，电动机 反接制动过程结束。相反方向的起动和制动的原理与上述相似，不在贅述。图21806控制电路中，由于主回路串接了电阻 RB,限制了反接制动电 流，又能限制起动电流， 所以该线路可以用在电动机功率较大的场所。 该线路所用电器较多，造价较高，但其运行确实平安可靠，操作也非 常方便， 电动机在运转时， 如需换向运行， 只要按动相应的起动按钮， 电路便自动完成电动机的断电 t串电阻反接制动t电动机转速近于零 串电阻限流换向起动t换向正常运行的全部过程。不必先按停止按钮， 这样即简化了操作手续，又提高了电路的反响速度，且制动力很强

18、， 所以是一个比拟完善的电路。 该线路也有一些缺点: 如所用电器较多， 相应线路较复杂，且造价较高，在制动过程中冲击较大，故此，该线 路适用于制动要求迅速，系统惯性较大而且制动不太频繁的场所。 二能耗制动 三相鼠笼式异电动机的能耗制动，就是把转子储存的机械能转变成电 能，又消耗在转子上，使之转化为制动力矩的一种方法。 将正在运转的电动机从电源上切除，向定子绕组通入直流电流，便产 生静止的磁场，转子绕组因惯性在静止磁场中旋转，切割磁力线，感 应出电动势，产生转子电流，该电流与静止磁场相互作用，产生制动 力矩，使电动机转子迅速减速、停转。这种制动所消耗的能量较小，制动准确率较高，制动转距平滑，但制

19、 动力较弱，制动力矩与转速成正比地减小。还需另设直流电源，费用 较高。能耗制动适用于要求制动平稳、停位准确的場所，如铣床；龙门刨床 及组合机床的主轴定位等。一无变压器半波整流能耗制动1、无变压器半波整流能耗制动的自动控制线路之一 无变压器半波整流能耗制动的自动控制线路之一，如图21807 所示：图 21807 的工作原理如下：闭合电源开关QS,按起动按钮SB2接触器KM1线圈获电吸合并自锁, 电动机起动运行。停止时，将停止按钮 SB1 按到底，使其常开触头可靠闭合，其常闭触头断开，使 KM2 断电释放，电动机断电作惯性旋转。 其常开触头闭合，使时间继电器KT和接触器KM2获电吸合并自锁。电动机

20、进入半波整 流能耗制动，待过了预先整定的时间后此时电动机已停转，KT的延时 断开常闭触头断开，切断 KM2 线圈回路，使 KM2 断电释放， KM2 断 电后其常开触头KM2断开，使KT也失电释放，整个电路恢复至原始 状态。图 21807 的接线较简单，可直接按接线图接线。2、无变压器半波整流能耗制动自动控制线路之二无变压器半波整流能耗制动自动控制线路之二如图21808 所示：图21808电路的主回路与图 21807完全相同，如果需要，请参阅图 21807 图21808中的KM1是电动机运行用接触器，KM2为电动机制动用接触 器，KT为断电延时型时间继电器，用来控制制动时间。起动时按SB2,

21、KM1与KT同时获电吸合并自锁，KM1获电吸合，使电 动机获电运转；KT获电吸合，其常开延时释放触头瞬间闭合，为 KM2 获电作好准备。停止时，按SB1, KM1、KT同时断电释放，KM1释放使电动机失电， 电动机凭惯性而继续旋转，KT断电使其常开触头KT进入延时释放时刻， 待过了预定时间后此時电动机已停转，KT常开触头断开，切断 KM2 线圈回路， KM2 失电释放， 制动过程结束， 整个电路恢复至原始状态。 图 21808 控制线路的接线较简单，可直接按照接线图接线。3、无变压器半波整流能耗制动手动控制线路 无变压器半波整流能耗制动手动控制线路如图 21809 所示。图 21809的主回路

22、与 21806中的主回路完全相同， 此处略去。图中 KM1 为运行用接触器，KM2为制动用接触器，SB2为起动按钮，SB1为停止 兼制动按钮。起动时，按起动按钮 SB2， KM1 获电吸合并自锁，电动 机起动运行。需停止时，将停止按钮 SB1 按到底，且暂不松手，这时 KM1断电，而KM2获电，电动机进入制动状态，当电动机停转后，立 即松开停止按钮SB1,制动结束。图 21809 的接线较简单，可参照其接线图直接进行。该制动线路简单， 所有电器元件少，但其功能较差而且不能准确定位， 如果对准确定位要求较严，请采用下面的准确定位控制线路。4、半波整流能耗制动准确定位控制线路 半波整流能耗制动准确

23、定位控制线路如图 21810所示。图 2 1 8 1 0的主回路局部可参阅图 21807。图21810中，KM1控制电动机的运行；KM2控制电动机的制动；断电 延时型时间继电器 KT控制制动时间；SQ为限位开关，控制运动部件 的行程。起动时，按起动按钮SB2,接触器KM1获电吸合后，电动机转动，拖 动机床的运动部件如进刀机构运动，到达预定位置时，触及限位 开关SQ,其常闭触头断开，接触器KM1和时间继电器KT均断电释放， 同时限位开关SQ的常开触头闭合此时KM1的常闭触头已恢复闭合， 接通了 KM2的线圈回路，使KM2获电吸合，电动机进行能耗制动。当 KT到达预先整定的时间时，其延时常开触头断

24、开，切断KM2的线圈回 路，使 KM2 失电释放，电动机制动结束，整个电路恢复至原始状态。 这种控制线路适用于机床进给机构或其它要求准确定位的场所。图21810的接线较简单，但是须注意限位开关 SQ,如距离按钮开关较 近而距离接触器中的电源较远时按接线图中的实线接线，反之那么按接 线图中的虚线接线，其余接线步骤省略。二、有变压器的全波整流能耗制动控制线路 有变压器的全波整流能耗制动线路如图 21811 所示。图中：KM1为电动机正常运行用接触器；KM2为制动用接触器，它需 有四个主触头，如果一个接触器的主触头数量不够，可用两个接触器 代替；KT为通电延时型时间继电器，用来控制制动时间；T为降压

25、变压器；VC为桥式整流器，由四只二极管组成；RP为滑线式变阻器，用 来调整制动电流；FU3为变压器T的短路保护熔断器。图21811中的 控制局部原理及接线与图 21807相同，请参阅图 21807各有关说明。 能耗制动所需要的直流电压Uz和直流电流Iz可分别用以下两个公式计 算：Uz=lz.R单位：Uz为 V； Iz 为 A； R为 QIz= 3.54 I0 或 lz=1.5ln式中：Uz-直流电压V；Iz直流电流A;R-直流电压所加定子绕组两端的冷态电阻，即温度为15C0时的电阻Q10电动机空载时的线电流A;In电动机的额定电流。单向桥式全波整流时，能耗制动所需要的电源变压器二次交流电压 U

26、z 和电流Iz为：U=1.11Uz;Iz=1.11Iz变压器所需的容量S 伏安为：S=lzXUz 例如，一台三相鼠笼式异步电动机，额定功率为 13千瓦，额定电压为 380V,额定电流为25A.空载电流为9.7A,定子绕组为星形，用电桥测 得二相定子绕组的电阻为0.64莒求这台电动机采用全波整流能耗制动 时所需的直流电压、直流电流，变压器的二次电压及容量各为多少？ 解：lz=3.5-4l0取:lz=4l0=4X9.7=38.8AUz=lzR=38.8X0.64 25V变压器的次级电压为：U2=1.11Uz=1.11X25 28V变压器的次级电流为：43A变压器的容量为：S=I2U2=43X28

27、1200VA在设计或选用整流变压器时，可选用在10%处有抽头的变压器，以利调整 能耗制动较反接制动的优点是制动准确、平稳、能量消耗少；缺点是 需附加直流电源装置，制动力较弱，在低速时制动转距小。能耗制动 一般用于制动要求平稳、准确的场所，如磨床、龙门刨床等控制线路 中。三短接制动控制线路 短接制动是在电动机定子绕组上的供电电源断开的同时，将定子绕组 自行短接，这时电动机转子因惯性仍在旋转。由于转子存在剩磁，形 成了转子旋转磁场，此磁场切割定子绕组，在定子绕组中产生感应电 动势。因定子绕组此时已被 KM2 或KM1常闭触头短接，所以在定 子绕组中产生感应电流， 该电流与旋转磁场相互作用， 产生制

28、动转距， 迫使电动机停转。1 、短接制动控制线路之一短接制动控制线路之一如图 21812 所示：在制动过程中，由于定子绕组短接，所以绕组端电压为零。在短接的 瞬间产生瞬间短路电流。短路电流的大小取决于剩磁电动势和短路回 路的阻抗。虽然瞬间短路电流很大，但电流呈感性，对转子剩磁起去 磁作用，使剩磁电势迅速下降，所以短路电流持续时间很短。另外， 瞬时短路电流的有功分量很小，故制动作用不太强。所以，这种制动 方法只限于小容量的高速异步电动机以及制动要求不高的场所。当电动机的容量较小时，可采用图中虚线所示电路，即用 KM1 的常闭 辅助触头取代接触器KM2,此时的控制线路改用图20402中的控制线 路

29、。2、短接制动控制线路之二短接制动控制线路之二如图 21813 所示：图 21813 所示的控制线路适用于正常运行为三角形接法的电动机。在 电动机三相定子绕组中每相串接一个整流二极管。 电动机正常运行时， 接触器KM1、KM2都获电吸合，KM2触头短接二极管。当需要停车时， 按停止按钮SB1, KM1和KM2均断电释放，二极管串入绕组工作。电 动机转子有剩磁，且在惯性作用下继续旋转，转子剩磁磁场切割定子 绕组，产生定向的感应电流。定子感应电流与转子的旋转磁场相互作 用，产生制动力矩，迫使电动机停转。图 21812 及图 21813中，请读者自补接线图。这两个图非常简单，也 可以不画接线图，按照

30、原理图直接连接。短接制动的优点是简单易行，无需特殊的控制设备。制动时，定子的 感应电流比电动机空载起动时的电流要小。短接制动的缺点是：制动作用不强，定位不准确，且仅适用于小容量 的高速电动机。四电容制动 电容制动是将工作着的异步电动机在切断电源后，立即在定子绕组的 端线上，接入电容器而实现制动的一种方法。电容制动控制线路如图 21814 所示：三组电容器可以接成星形或三角形，与电动机定子出线端形成闭合回 路。当运行的电动机断开电源时，转子内的剩磁切割定子绕组产生感 应电动势，并向电容充电，其充电电流在定子绕组中形成励磁电流， 建立一个磁场，这个磁场与转子剩磁相互作用，产生一个与旋转方向 相反的制动力矩，使电动机迅速停转，完成制动。电容制动控制线路的工作原理如下：起动过程，