第2章 基本电气控制电路【第4讲】

2基本电气控制电路2.4、交流异步电动机的制动控制线路制动方式：机械制动：机械抱闸、液压或气压制动电气制动：反接制动、能耗制动、电容制动等，

实质是产生反向制动转矩。2.4.1、反接制动控制线路原理：电动机反接制动方法就是在想要停车时，将电动机上三相电源的相序改变，使之产生与转子惯性转动方向相反的转矩，这样电动机的转速就能迅速下降，当转速接近零时将电源切除。回顾1/23/20241机电系统与测控技术研究所2基本电气控制电路2.4、交流异步电动机的制动控制线路2.4.2、能耗制动控制线路原理：电动机能耗制动方法就是在电动机脱离三相交流电源后，在定子绕组中加入一个直流电源，产生一个恒定磁场，惯性运转的转子绕组切割恒定磁力线，产生与惯性转动方向相反的电磁转矩，对转子起制动作用，当转速将至零时再切除直流电源，也就是，转子原来储存的机械能转变为电能，消耗在转子回路的电阻上，转速为零时再将其切除。能耗制动方式：可以通过手动的复合按钮来实现，也可以按照时间原则，或按照速度原则来实现。1/23/20242机电系统与测控技术研究所2基本电气控制电路2.4、交流异步电动机的制动控制线路2.4.2、能耗制动控制线路——用复合按钮实现变压器整流电路调节制动电流的电阻制动时该触点闭合，给变压整流电路供电由于能耗制动时已将三相交流电源去掉，旋转磁场消失，此时该接触器的主触点闭合，为三相异步电动机的任意两相定子绕组通入直流电，产生一个稳定磁场。热继电器的动断触点启动按钮停止按钮的复合按钮，即能耗制动按钮自锁按钮制动时锁住KM1，防止此时KM1闭合而烧毁整流电路启动时该线圈得电制动时该线圈得电1/23/20243机电系统与测控技术研究所2基本电气控制电路2.4、交流异步电动机的制动控制线路2.4.2、能耗制动控制线路——用复合按钮实现1/23/20244机电系统与测控技术研究所◆主电路中接触器KM1的主触点闭合，将三相交流电源接至电动机◆

KM2的主触点闭合，将全波整流装置提供的直流电源接至电动机。按下SB2SB1动断触点断开KM1得电并自锁电动机M运行按下SB1KM1失电电动机M脱离三相

电源，作惯性运转SB1动合触点闭合KM2得电电动机M接入直

流，制动开始释放SB1KM2失电电动机M切除直流

电源，制动结束启动按钮能耗制动按钮1/23/20245机电系统与测控技术研究所2基本电气控制电路2.4、交流异步电动机的制动控制线路2.4.2、能耗制动控制线路——按时间原则热继电器动断触点启动按钮能耗制动按钮自锁按钮制动时锁住KM1，防止此时KM1闭合而烧毁整流电路时间继电器线圈KT辅助常开触点KT延时断开常闭触点互锁按钮1/23/20246机电系统与测控技术研究所启动按钮能耗制动按钮启动：按下SB2KM1得电互锁KM1常闭

触点断开KM1常开

触点闭合自锁KM1主触点闭合电机

全压

启动制动：按下SB1SB1常闭触点断开KM1断电KM1主

触点断开电机脱离交流电源KM1辅常闭

触点闭合KM2得电KM2辅常闭

触点断开互锁KM2主触点闭合，电机通入直流电实现能耗制动SB1常开触点闭合KT得电延时KT延时常闭触点断开延时KM2断电KM2主触点断开能耗制动结束电动机自由停车至零KM2辅常开触点断开KT线圈断电KM2辅常开触点闭合与KT常开触点实现联合自锁1/23/20247机电系统与测控技术研究所KT常开瞬动触点与KM2辅助常开触点串联组成联合自锁，是考虑时间继电器线圈断线或机械卡阻时，电动机在按下按钮SB1后电动机能迅速制动，两相的定子绕组不致长期接入直流电源。应用：适用于负载转速比较稳定的生产设备上。1/23/20248机电系统与测控技术研究所2基本电气控制电路2.4、交流异步电动机的制动控制线路2.4.2、能耗制动控制线路——按速度原则速度继电器启动按钮能耗制动按钮自锁按钮互锁按钮速度继电器常开触点KS21/23/20249机电系统与测控技术研究所按下SB1KM1线圈失电◆当速度在120~3000r/min范围内，速度继电器常开触头闭合。◆当n<100r/min时，其触点复位。启动按钮能耗制动按钮SB1常闭

触点断开KM1主

触点断开电机脱离

交流电KM1常闭辅助触点闭合SB1常开触点闭合(ks已闭合)KM2得电KM2主触点闭合定子通直流电进入能耗制动当n<100r/min时继电器动作Ks打开KM2线圈失电KM2主触点断开切除直流制动结束对于负载转速经常因生产加工需要变化的生产机械，采用速度原则控制能耗制动。1/23/202410机电系统与测控技术研究所2基本电气控制电路2.4、交流异步电动机的制动控制线路2.4.2、能耗制动控制线路——可逆运行能耗制动控制线路KS1KS2正转接触器反转接触器能耗制动接触器速度继电器正转动作速度继电器反转动作停止按钮正转启动按钮反转启动按钮1/23/202411机电系统与测控技术研究所停止按钮正转启动按钮正向启动：按下正向启

动按钮SB2KM1线

圈得电辅常闭触点断开与KM2互锁辅常闭触点断开切断KM3线圈回路辅常开触点闭合自锁主触点闭合电机全压启动运行电机转速上升到120r/min速度继电器动作KS1常开触点闭合为能耗制动做准备1/23/202412机电系统与测控技术研究所停止按钮正转启动按钮能耗制动：按下停止按钮SB1SB1常开触点闭合SB1常闭

触点断开KM1线

圈失电主触点断开电机脱离交流电惯性运动辅常闭触点闭合KM3线圈得电KS1闭合辅常闭触点断开切断KM1、KM2线圈启动回路辅常开触点断开自锁主触点闭合电动机通入直流电流实现能耗制动当电机转速下

降至100r/minKS1常开触点断开KM3线圈失电能耗制动结束，电机自由停车1/23/202413机电系统与测控技术研究所作业一：2.4、2.5、2.7空一页作业二：2.9、2.10、2.171/23/202414机电系统与测控技术研究所3.1概述3电机调速控制线路◆电机拖动的应用定义：电机拖动，也叫电力拖动，就是把电源的能量，经电动机转化为机械能，带动机械，使机械运动，包括直线运动，转动，或其它形式的运动。电力拖动，是一门以电力，电机，自控为基础的，应用广泛的学科。调速：在生产实践中，许多生产机械的电力拖动系统运行速度需要根据加工工艺要求而人为调节。这种负载不变，人为调节转速的过程称为调速。1/23/202415机电系统与测控技术研究所3.1概述3电机调速控制线路◆电机的分类按工作电源分交流电动机直流电动机单相电动机三相电动机(a)直流电动机(b)单相交流电动机(c)三相交流电动机

直流电机由定子和转子两部分组成。

直流电机的转子则由电枢、换向器和转轴等部件构成。直流电动机是利用换向器来自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈受力方向一致而连续旋转的。

交流电动机由定子和转子组成，定子就是电磁铁，转子就是线圈。交流电动机没有换向器，主要是通电线圈在磁场里转动。1/23/202416机电系统与测控技术研究所3.1概述3电机调速控制线路◆电机的分类按结构及工作原理分同步电动机异步电动机感应电动机交流换向器电动机永磁同步电动机磁滞同步电动机磁阻同步电动机三相异步电动机罩极异步电动机单相异步电动机同步电机和异步电机的定子绕组是相同的，主要区别在于转子的结构。同步电机的转子上有直流励磁绕组，所以需要外加励磁电源，通过滑环引入电流；而异步电机的转子是短路的绕组，靠电磁感应产生电流。相比之下，同步电机较复杂，造价高。

1/23/202417机电系统与测控技术研究所◆电机的分类按用途分控制用电动机驱动用电动机按起动与运行方式分类电容起动运转式电动机电容起动式电动机电容运转式电动机分相式电动机电动工具用电动机其它通用小型机械设备用电动机家电用电动机步进电动机伺服电动机按转子结构分绕线转子感应电动机笼型感应电动机按运转结构分恒速电动机高速电动机低速电动机调速电动机1/23/202418机电系统与测控技术研究所3.2三相异步电动机简介3电机调速控制线路三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。1/23/202419机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路3.2三相异步电动机的基本结构◆定子部分1、定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。(a)定子(b)定子铁心1/23/202420机电系统与测控技术研究所◆转子部分1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2、转子绕组：绕线型感应电动机笼型感应电动机

1)鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。

2)绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。1/23/202421机电系统与测控技术研究所包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上改装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却。◆其它部分1/23/202422机电系统与测控技术研究所下图是它主要部件的拆分图。

右图是一台三相笼型感应电动机的外形图。1/23/202423机电系统与测控技术研究所笼型定子铁心和绕组结构1/23/202424机电系统与测控技术研究所1/23/202425机电系统与测控技术研究所三相绕线型转子结构图1/23/202426机电系统与测控技术研究所绕线式电动机可以通过转子上的滑环外接电阻器来改变转子回路电阻，从而增大启动转矩。启动电路较复杂，最大的优点就是启动转矩大，启动电流小，调速性能较好，一般用于需要调速的地方，比如冶金、起重等。但比鼠笼型异步电动机结构复杂，价格较贵，运行的可靠性也较差。笼型电动机转子回路电阻固定。通电后，转矩随转速上升而增大。结构简单，价格低，启动电路简单（小功率的可以直接启动），启动转矩比较小，启动电流大，没有特殊要求的场合都可以使用，所以我们平时看到的电机，大部分都是笼型电动机。1/23/202427机电系统与测控技术研究所3.3三相异步电动机的转动原理3电机调速控制线路鼠笼型转子随旋转磁极而转动的实验1/23/202428机电系统与测控技术研究所3.3三相异步电动机的转动原理3电机调速控制线路U2U1W2V1W1V2◆

电生磁：三相对称定子绕组通三相对称电流后，它们共同产生的合成磁场随电流变化而旋转，从

而产生圆形旋转磁场。◆

磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流(右手定则)。◆

电磁力：转子载流（有功分

量电流）体在磁场作用下受电磁

力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能（左手定则）。FF1/23/202429机电系统与测控技术研究所3.4三相异步电动机的两个基本概念3电机调速控制线路概念一：极数三相异步电机旋转磁场含有的磁极个数就是极数，称为极数。由于磁极是成对出现的，所以电机有2、4、6、8……极之分。对于每相只有一个线圈的电机，绕组始端之间相差120°的空间角，则产生的旋转磁场只有一对磁极(p=1)。极数为21/23/202430机电系统与测控技术研究所iA=0;iB<0;Y进,B出iC>0;C进,Z出iA>0;A进,X出iB<0;Y进,B出iC=0;iA>0;A进,X出iB<0;Y进,B出iC=0;1/23/202431机电系统与测控技术研究所分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。※

旋转磁场的旋转方向改变——任意调换两根电源进线1/23/202432机电系统与测控技术研究所由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速n1(同步转速)相等，即：如果:，则：

无转子电动势和转子电流

转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条

无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差异。概念二：转差率3.4三相异步电动机的两个基本概念1/23/202433机电系统与测控技术研究所负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：额定运行时，转差率一般在0.01～0.06之间，即电机转速接近同步转速。

转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。转子未转动时，n=0，s=1；电机理想空载时，