项目六 任务2三相异步电动机的能耗制动与回馈制动控制

项目六：T68型卧式镗床电气控制阅读赏析4123三相异步电动机的能耗制动与回馈制动56三相异步电动机的反接制动三相异步电动机的制动控制安装调试三相异步电动机的变频调速三相异步电动机的变极调速三相异步电动机的变转差率调速T68型卧式镗床电气控制电路赏析7切除通入三相异步电动机定子绕组的三相交流电，然后迅速接入直流电。1.能耗制动的实现方法KM1接通KM2断开时，三相定子绕组接入三相交流电，电动机运行在电动状态。一、三相异步电动机的能耗制动KM1断开KM2接通时，定子绕组上的三相交流电被切除，接入直流电，电动机进入能耗制动状态。电动机能耗制动原理图当转子转速n下降到0时，转子导体与恒定磁场之间没了相对运动，不再切割磁力线，不再有感应电动势、感应电流和电磁转矩。若电动机带的不是位能性恒转矩负载，就会停转。三相交流电被直流电取代后，圆形的旋转磁场被静止的恒定磁场取代。转子因惯性仍按原方向旋转，转子导体切割恒定磁场，切割方向与电动状态时相反。转子导体内产生的感应电动势、感应电流和电磁转矩T的方向都与电动状态时相反，电磁转矩T与n反向，成为制动转矩。电动机转速n下降的过程，是转子动能转换为电能被转子电阻消耗的过程。动能耗尽，转子就停转，因而得名能耗制动。电磁转矩T与负载转矩TL同向，共同迫使电动机迅速减速。2.能耗制动原理调节可变电阻RP的阻值，就能改变通入电动机定子绕组的直流电流的大小，从而改变恒定磁场的强弱，控制能耗制动的强度。3.时间原则单向运行能耗制动控制电路当时间继电器KT故障时，长按停止按钮SB1，可对能耗制动进行手动控制。交、直流电源电气互锁复式按钮：完成交流到直流的切换变压器和整流电路UR:可控硅整流器当KT故障，不能如期切除直流电时，能耗制动就不能自锁。时间继电器的瞬动触头4.速度原则可逆运行能耗制动控制电路自锁正转对应触头KS-1，反转对应触头KS-2。正反转电气互锁交、直流电气互锁交、直流电气互锁变压器和整流电路VC：控制电路有电源的整流器应用：能耗制动时，整流电源为220V交流电（L3-N）。由于定子绕组U、V两相被短接成一相，所以只有单方向的制动转矩，制动效果不好。适用于容量在10kW以下，且对制动要求不高的电动机。5.无变压器单管能耗制动控制电路L3经KM2的主触头接至定子绕组U、V两相，中性线N串联整流二极管VD经由KM2的主触头接入W相，构成闭合回路。1）适用于要求准确停车和起动、制动频繁的场合。2）时间原则能耗制动，适于负载转矩较稳定的情况。3）速度原则能耗制动，适于便于通过传动机构反映电动机转速的情况。应用：缺点：优点：1）制动平稳，能实现准确、快速停车。2）制动过程消耗的主要是动能，而非电能，经济性好。3）转子转速降为0时，电磁转矩也为0，不会反向起动。1）设备投资大。需要一套直流电源；如果没有直流电源，就要利用变压器和整流电路，把交流电整流成直流电。2）随着转子转速下降，制动转矩会减小，制动效果变差。6.能耗制动的特点及应用分析如下接线示意图，判断图中电动机能进行何种控制，并画出对应的电气原理图。7.拓展训练电动机可逆运行速度原则能耗制动控制参考答案：正在电动运行的三相异步电动机，受到某种因素的影响而使转子转速n大于同步转速n1时，就进入了回馈制动状态。1.回馈制动的实现方法当n>n1时，转子导体切割旋转磁场的方向与电动状态时相反，转子感应电动势、感应电流和电磁转矩的方向，都与电动状态时相反，电磁转矩T与转子转速n反向，变成制动转矩。2.回馈制动的工作原理由于n>n1是外加转矩作用的结果，所以制动过程不但不从电网吸收电功率，反而向电网输出电功率（由拖动系统的机械能转换而来），故称为回馈制动或再生发电制动。二、三相异步电动机的回馈制动回馈制动时，电动机的转差率s为负值。在机械特性图上，电动机的运行点位于第Ⅱ或第Ⅳ象限。3.回馈制动的分类回馈制动分为反向回馈制动和正向回馈制动两大类。1）反向回馈制动2）正向回馈制动起重机提升机构电动机，高速（比同步转速n1高）稳定下放重物时的制动状态。在变频调速或变极调速时，电动机由高速档转换为低速档过程中呈现的制动状态。这里的“反向”与“正向”，是与电动运行时电动机转子的转向比较而言的。一台电动运行、正在提升重物的三相绕线转子异步电动机，改变接入其定子绕组的三相交流电源的相序，并且在转子电路串入制动电阻Rbx。①反向回馈制动的实现方法a)电动状态提升重物1）反向回馈制动b)反向回馈制动下放重物②反向回馈制动的实现过程分析转子电路串入制动电阻Rbx，使得转子电流I2和电磁转矩T的数值都变小。接入定子绕组的交流电源相序改变，旋转磁场n1反向。由于机械惯性，转子转速n的大小和方向都不突变，所以转子导体切割磁力线的方向改变了，转子感应电动势、感应电流I2和电磁转矩T都跟着反向，T变为制动转矩。此时，电动机所带的是位能性恒转矩负载，所以负载转矩TL的方向和大小保持不变。T和TL都是制动转矩，迫使电动机的转速n迅速下降。电动机起初运行在固有机械特性1的a'点。调换接入定子绕组的三相电源的任意两相，并在转子回路串入电阻，运行点跃变到人为机械特性2上的b'点。随着转速n的下降，运行点沿着人为机械特性2逐渐向下移动。当运行点下移至c点，转速n下降至0时，T和TL都不为0，二者同方向，共同使电动机反向起动并不断加速。运行点进入第Ⅲ象限，沿着人为机械特性2继续下移。当转速升高到“-n1”时，电磁转矩T变为0，负载转矩TL仍然恒定不变，带动电动机继续加速，使运行点进入第Ⅳ象限。电动机机械特性图②反向回馈制动的实现过程分析在第Ⅰ象限，TL为制动转矩，T为驱动转矩，电动机处于正转电动状态。电动机的机械特性图运行点进入第Ⅳ象限，电磁转矩T变为正值，随着转速的升高而增大。当T=TL时，电动机稳定在人为机械特性2上的a点，高速下放重物。电动机由电动到反向回馈制动的全过程，不论运行点在哪个象限，TL都为正值。在第Ⅰ和第Ⅳ象限，电磁转矩T为正值。在第Ⅱ和第Ⅲ象限，电磁转矩T为负值。在第Ⅱ象限，TL和T都为制动转矩，电动机处于正转反接制动状态。在第Ⅲ象限，TL和T都为驱动转矩，电动机处于反向电动加速状态。在第Ⅳ象限，TL为驱动转矩，T为制动转矩，电动机处于反向回馈制动状态。②反向回馈制动的实现过程分析a.电动机由正向电动状态变换到反向回馈制动状态，必然要经历电源反接制动(第Ⅱ象限)和反向电动加速(第Ⅲ象限)这两个过程。b.反向回馈制动时，转子回路所串接的电阻值越大，最后稳定下放重物的速度就越高。电动机的机械特性图c.由于下放重物的速度过高容易引发安全事故，所以反向回馈制动时，转子回路所串接的电阻值不宜过大。③反向回馈制动的注意事项如：人为机械特性3所串的电阻值比人为机械特性2所串的电阻值大，b点比a点对应的下放速度就高。如果所串接的电阻值过大，在进入回馈制动后，应及时短接一部分转子电阻。正向回馈制动发生在变极调速或变频调速时，电动机由高速档变为低速档的降速过程中。电动机2极运行时，对应的同步转速为3000r/min，以n1表示。电动机4极运行时，对应的同步转速为1500r/min，以n1’表示。

以2极变4极变极调速为例：电动机2极运行时，运行点为2极对应的机械特性曲线1上的a点。电动机2/4极调速的机械特性图2）正向回馈制动由2极变4极的瞬间，由于机械惯性，电动机的转速n不能突变，运行点由a点跃变到4极对应的机械特性曲线2上的b点。a点在第Ⅰ象限，电动机处于正转电动运行状态，对应的电磁转矩T和负载转矩TL都为正值。T为驱动转矩，TL为制动转矩。电动运行当转速n降至1500r/min，运行点下移到n1'点时，电磁转矩T变为0，正向回馈制动结束。电动机2/4极调速的机械特性图正向回馈制动电动减速在负载转矩TL作用下，转速n继续下降，运行点回到第Ⅰ象限，电磁转矩T回归正值并逐渐增大，电动机恢复电动运行。b点位于第Ⅱ象限，对应的转速n方向不变，电动机仍然正向运转，但n高于同步转速n1'(1500r/min)。在第Ⅱ象限，电动机进入正向回馈制动状态：电磁转矩T为负值，变为制动转矩；负载转矩TL仍为正值，仍为制动转矩；T和TL共同作用，迫使转速n迅速下降；高速旋转的动能变成电能回馈给电网。当电磁转矩T增大到等于TL时，电动机在c点低速运行。电动运行2）正向回馈制动四、电动机的机械制动控制电动机的机械制动：利用机械装置的机械力，强迫电动机脱离电源后迅速停转。常用的机械制动装置有电磁抱闸和电磁离合器。1.电磁抱闸的结构由制动电磁铁和闸瓦制动器两部分组成。制动电磁铁包括铁心、衔铁和线圈。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦。闸轮与电动机装在同一根转轴上。杠杆和弹簧等都是附件。电磁抱闸制动工作原理示意图2.电磁抱闸的工作原理需要起动电动机时，给制动电磁铁的线圈和电动机的定子绕组通电（同时通电或者先给制动电磁铁线圈通电）。制动电磁铁的衔铁吸合，弹簧被拉伸，杠杆被提起，使制动器的闸瓦与闸轮分开，让闸轮随电动机的转轴一起转动。需要电动机停车时，让制动电磁铁线圈和电动机定子绕组都失电。制动电磁铁的衔铁在弹簧的弹性回复作用下与铁心分开，杠杆落下，使制动器的闸瓦抱住闸轮，电动机的转轴被制动，迫使电动机停转。主电路中的YB为制动电磁铁线圈。3.电磁抱闸断电制动控制电路控制电路中，KM1的辅助常开触头串联在KM2的线圈电路中，二者是顺序控制关系：KM1先得电，KM2后得电。这种顺序控制能保证在闸瓦松开闸轮之后，再让电动机起动。如果KM1故障，不能接通制动电磁铁线圈、闸瓦不能松开闸轮，KM2也不能得电，使电动机断电不会起动，可避免电动机轴