《电气控制技术项目化教程（智媒体版）》课件 项目6 电动机的制动控制电路设计

项目6.1：反接制动控制电路《电气控制技术项目化教程》陕西省教育厅创新创业课程目录速度继电器的结构及原理速度继电器型号的含义反接制动控制电路123项目导读：许多生产机械，如万能铣床、卧式镗床、起重机械、搬运机械等，都要求能迅速停车或者精确定位。这就要求对电动机进行制动，强迫它迅速停车。制动停车的方式有两大类，即机械制动和电气制动。机械制动采用机械抱闸、液压或者气压制动；电气制动常用的是反接制动和能耗制动，其使电动机停车时产生一个与转子原来的实际旋转方向相反的电磁力矩（制动力矩）来进行制动。本项目主要介绍反接电气制动控制电路的设计和维护。一、速度继电器外形结构及符号速度继电器（转速继电器）又称反接制动继电器。它的主要结构是由转子、定子及触点三部分组成。速度继电器主要用于三相异步电动机反接制动的控制电路中，它的任务是当三相电源的相序改变以后，产生与实际转子转动方向相反的旋转磁场，从而产生制动力矩。因此，使电动机在制动状态下迅速降低速度。在电机转速接近零时立即发出信号，切断电源使之停车（否则电动机开始反方向起动）。6-2速度继电器的电气符号

速度继电器的动作原理如图6-1所示。其转轴与电动机的轴相连接，而定子空套在转子上。当电动机转动时，速度继电器的转子（永久磁铁）随之转动，在空间产生旋转磁场，切割定子绕组，而在其中感应出电流。此电流又在旋转的转子磁场作用下产生转矩，使定子随转子转动方向而旋转，和定子装在一起的摆锤推动动触头动作，使动断触点断开，动合触点闭合。当电动机转速低于某一值时，定子产生的转矩减小，动触头复位。1—转轴；2—转子；3—定子；4—绕组；5—摆锤；6，7—静触点；8，9—动触点图6-2速度继电器的动作原理图二.速度继电器的型号含义常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型，其型号含义如下：J—继电器，F-反接，Z-制动第一单元，设计序号。第二单元，速度登记。三、单向反接制动电路反接制动电路实质是改变电动机定子绕组中的三相电源相序，形成与原转向相反的电磁力矩，利用这个制动力矩使电动机迅速停止转动。反接制动过程为：停车时，首先切换三相电源相序当电动机转速接近零时，再将三相电源切除。如图6-3所示三相异步电动机单向运转反接制动控制线路。图6-3三相异步电动机单向运转反接制动控制线路反接制动如果反接电源不及时切除，则电动机又要从零速反向起动运行。所以必须在电动机零速时及时切断电源，电动机才能真正停下来。控制电路用速度继电器来“判断”电动机的停与转的。电动机轴与速度继电器的转子同轴连在一起，电动机有一定转速时，速度继电器的动合触点闭合；电动机转速较低时或接近零速，速度继电器复位，动合触点打开。四、双向运转的电动机的反接制动按SB2KM1线圈通电KM1-1闭合自锁、KM1-3闭合KM1-2断开电动机正转转速达到140r/minKS常开触点KS-1闭合KM3得电KM3主触点闭合短接限流电阻R电动机M进入全压状态闭辅助触点KM3-1、KM3-2断开。四、双向运转的电动机的反接制动按SB1按钮KM1线圈断电KM1-1自锁跳开KM1主触点断开KM1-3断开定子绕组断开正相序电源转子因惯性继续高速旋转KA3线圈得电吸合KA3-2断开KM3释放，保证制动时限流电阻接入KA3-3闭合KA1线圈因KS-1已先期闭合而得电动作KA1-2吸合KA3维持吸合动作状态KA1-1闭合KM2线圈得电主触点闭合定子绕组串入限流电阻R接入反相序电源电动机转速迅速下降→电动机转速使速度继电器KS转速低于100r/min时，KS触点KS-1断开→KA1、KM2相继失电释放，反接制动结束，电动机自由停机至转速为零。项目6.2：能耗制动电路副教授《电气控制技术项目化教程》陕西省教育厅创新创业课程能耗制动是将运转的电动机脱离三相交流电源的同时，给定子绕组加一直流电源，以产生一个静止磁场，利用转子感应电流与静止磁场的作用，产生反向电磁力矩而制动的。能耗制动时制动力矩大小与转速有关，转速越高，制动力矩越大，随转速的降低制动力矩也下降，当转速为零时，制动力矩消失。1.1时间控制的能耗电路图6-6中主电路在进行能耗制动时所需的直流电源由四个二极管组成单相桥式整流电路通过接触器KM2引入，交流电源与直流电源的切换由KM1和KM2来完成，制动时间由时间继电器KT决定。

图6-6时间原则控制的能耗制动控制线路1.2速度能耗控制电路能耗制动的优点是制动准确、平稳、能量消耗小，但需要整流设备。故常用于要求制动平稳、准确和频繁起动容量较大的电动机。6.3：直流电动机的启动控制电路《电气控制技术项目化教程》陕西省教育厅创新创业课程直流电动机较交流电动机而言，结构复杂，成本较高，电刷、换向器容易损坏。但是，直流电动机可以在大范围内平滑地调速，可以频繁启动，制动与反转，有较强的过载能力，便于自动化控制，所以目前工业生产者中得到广泛的应用，如高精度的机床、造纸机、电动自行车等均使用直流电动机。直流电动机电枢串二级电阻按时间原则启动的控制电路（1）合上电源开关QS1和控制开关QS2，KT1、KT2时间继电器线圈得电，KT1、KT2动断触点瞬时断开，切断KM2、KM3电路。保证起动时串入启动电阻R1、R2。直流电动机电枢串二级电阻按时间原则启动的控制电路（2）启动。按下起动按钮SB1，KM1通电并自锁，主触点闭合，接通电动机电枢电路，电枢串入二级电阻起动；接触器常闭触头KM1断开，KM1自锁触点闭合，准备短路启动电阻及自锁。直流电动机电枢串二级电阻按时间原则启动的控制电路（3）短路电阻R1、R2。随着电动机转速的上升，时间延续，KT1动断触点首先延时闭合，另外，KM1自锁触点已闭合，使KM2线圈得电，KM2主触点闭合，切除启动电阻R1。直流电动机电枢串二级电阻按时间原则启动的控制电路随着电动机转速继续上升，时间不断延续，KT2动断触点延时闭合，使接触器KM3通电吸合并将启动电阻R2切除。电动机在全电压下运转，起动过程结束。直流电动机电枢串二级电阻按时间原则启动的控制电路（4）停机。按下停止按钮SB2，线圈KM1断电释放，然后KM2、KM3线圈也断电释放，电动机停机。KT1、KT2线圈得电，KT1、KT2动断触点瞬时分断，为下次启动做准备。6.4：直流电动机的正反转控制电路《电气控制技术项目化教程》陕西省教育厅创新创业课程直流电动机的转动方向是由电枢电流和励磁电流的磁场相互作用来确定的。因此改变改变直流电动机的旋转方向有两种方法：其一是改变励磁电流的方向；其二是改变电枢电流方向。由于励磁绕组的电磁惯性大，在改变励磁电流方向的过程中会出现零磁场点，电动机容易出现飞车现象，所以在一般情况下直流电动机的反转都采用改变电枢电流的方法来实现。（1）合上电源开关QS1、QS2后，KT1、KT2线圈得电，KT1、KT2动断触点瞬时断开，KM3、KM4线圈断电；欠流继电器KA2通电，KA2动合触点闭合。以上两个动作为串电阻降压启动做准备。直流电动机的正反转控制电路（2）正转启动：按下复合按钮SB2，KM1线圈得电，KM1主触点闭合，电动机降压启动；KM1自锁触点闭合，自锁；KM1联锁触点分断，联锁；KM1动断触点分断，KT1、KT2线圈断电，电动机进入串电阻启动控制过程。随着转速的上升，KT1、KT2先后延时闭合，电动机额定运行。直流电动机的正反转控制电路（3）停机：按下停止按钮SB1，KM1线圈断电释放，电动机自然停机，KT1、KT2线圈得电，KT1、KT2动断触点瞬时分断，为反转启动做准备。直流电动机的正反转控制电路（4）反转启动：按下复合按钮SB3，KM2得电，KM2主触点闭合，电动机反转降压启动；KM2联锁触点分断，联锁；KM2联锁动断触点分断，KT1、KT2线圈断电，电动机进入串电阻启动控制过程。随着转速的上升，KT1、KT2先后延时闭合，电动机反转额定运行。直流电动机的正反转控制电路直流电动机的正反转控制电路（5）停止运行：按下停止按钮SB1，KM2（KM1）线圈断电释放，电动机自然停机；KT1、KT2线圈得电，KM3、KM4线圈断电释放，为串电阻启动做准备。6.4：直流电动机的制动控制电路《电气控制技术项目化教程》陕西省教育厅创新创业课程直流电动机的电气制动有能耗制动、反接制动和发电回馈制动三种。为了准确、迅速停车，一般只采用能耗制动和反接制动。能耗制动是在维持电动机励磁不变的情况下，将正在接通电源具有较高转速的电动机电枢绕组从电源上断开，使电动机变为发电机，并与外加电阻连接成闭合回路。利用此电路产生的电流及转矩使电动机快速停车的方法。反接制动是把正在运转的直流电动机的电枢两端突然反接，并维持其励磁电流方向不变的制动方法。一、他励直流电动机的能耗制动原理他励直流电动机能耗制动的部分原理如图6-11所示。图中虚线箭头表示电动机处于电动状态时的电枢电流I和电磁转矩T的方向。电动机制动时，其励磁的大小和方向维持不变，接触器KM释放，KM的动合主触点断开，使电枢脱离直流电源；同时，KM的动断触点闭合，把电枢接到外加制动电阻Rz上去。这时，电动机由于惯性仍按原方向继续旋转，因而反电动势Ea的方向不变，并成为电枢回路的电源，所以制动电流Iz方向与原来的方向相反。电磁转矩的方向也随着电流的反向而改变方向，即与转子旋转方向相反，成为制动转矩Tz，这就促使电动机迅速减速直至停止转动。

应注意选择大小适当的制动电阻Rz，Rz过大，制动缓慢；Rz过小，电枢中的电流将超过电枢电流允许值。一般可按最大制动电流不大于二倍电枢额定电流来计算。图6-11他励电动机能耗制动原理图（1）启动：合上电源开关QS1、QS2，KT1通电，其常闭触点断开，切断KM2、KM3电路。保证起动时串入电阻R1、R2。按下SB2，KM1通电并自锁，主触点闭合，接通电动机电枢电路，电枢串入二级电阻起动，同时KT1断电，为KM2、KM3通电短接电枢回路电阻做准备。在电动机起动的同时，并接在R1电阻两端的KT2通电，其常闭触点打开，使KM3不能通电，确保R2串入电枢。2.单向运行能耗制动电路图6-12直流电动机单向旋转能耗制动电路2.单向运行能耗制动电路图6-12直流电动机单向旋转能耗制动电路经一段时间延时后，KT1延时闭合触点闭合，KM2通电，短接电阻R1，随着电动机转速升高，电枢电流减小，为保持一定的加速转矩，起动过程中将串接电阻逐级切除，就在R1被短接的同时，KT2线圈断电，经一定延时，KT2常闭触点闭合，KM3通电，短接R2，电动机在全电压下运转，起动过程结束。2.单向运行能耗制动电路图6-12直流电动机单向旋转能耗制动电路电动机保护环节：过电流继电器KA1实现过载保护和短路保护；欠电流继电器KA2实现欠磁场保护；电阻R3与二极管VD构成电动机劢磁绕组断开电源时的放电回路，避免发生过电压。2.单向运行能耗制动电路图6-12直流电动机单向旋转能耗制动电路（2）停机：停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电，切断电枢直流电源。此时电动机因惯性仍以较高速度旋转，电枢两端仍有一定电压，并联在电枢两端的KA3经自锁触点仍保持通电，使KM4通电，将电阻R4并接在电枢两端，电动机实现能耗制动，转速急剧下降，电枢电动势也随之下降，当降至一定值时，KA3释放，KM4断电，电动机能耗制动结束。在图6-13中，KM1、KM2为正、反转接触器，KM3、KM4为起动接触器，KM5为反接制动接触器，KA1为过电流继电器，KA2为欠电流继电器，KA3、KA4为反接制动电压继电器，KT1、KT2为时间继电器，R1、R2为起动电阻，R3为放电电阻，R4为制动电阻，SQ1为正转变反转行程开关，SQ2为反转变正转行程开关。3.直流电动机控制的反接制动电路图6-13直流电动机控制的可逆旋转反接制动控制电路该电路采用时间原则两级起动，能正、反转运行，并能通过行程开关SQ1、SQ2实现自动换向。在换向过程中，电路能实现反接制动，以加快换向过程。3.直流电动机控制的反接制动电路图6-13直流电动机控制的可逆旋转反接制动控制电路该电路采用时间原则两级起动，能正、反转运行，并能通过行程开关SQ1、SQ2实现自动换向。在换向过程中，电路能实现反接制动，以加快换向过程。3.直流电动机控制的反接制