激光設備控制技術教材——第三章第五節(jié)

1、第五節(jié)三相感應電動機電氣制動控制電路電動機斷開電源以后，由于其本身及其拖動的生產機械轉動部分的慣性，不會馬上停止轉動，而需要一段時間才會完全停下來，這往往不能適應某些生產機械生產工藝和提高效率的要求。為此，采用了一些制動方法來實現快速和準確的停車。常用的有機械制動和電氣制動兩種制動方式。機械制動是利用機械裝置使電動機斷開電源后迅速停轉，如電磁抱閘。電氣制動是靠電動機本身產生一個和電動機原來旋轉方向相反的制動力矩，迫使電動機迅速制動停轉。常用的電氣制動方式有反接制動、能耗制動和回饋制動（再生發(fā)電制動），下面僅對反接制動和能耗制動分控制電路進行介紹。一、反接制動控制電路反接制動是依靠改變電動機定子

2、繞組的電源相序來產生制動力矩，迫使電動機迅速停轉。其制動原理如圖3-25所示。（a）接線圖 （b）制動原理圖圖3-25 反接制動原理圖在圖3-25（a）中，當QS向上投合時，電動機定子繞組的電源相序為L1-L2-L3，電動機將沿旋轉磁場方向如圖3-25（b）中順時針方向以n<n1的轉速正常運轉。當需要電動機停轉時，可斷開開關QS，使電動機先脫離電源（此時轉子憑慣性仍按原方向旋轉），隨后，將開關QS迅速向下投合，此時L1、L3兩相電源線對調，電動機定子繞線組的電源相序變?yōu)長3-L2-L1，旋轉磁場反轉（如圖3-25b中逆時針方向），此時轉子將以n1+n的相對轉速沿原轉動方向切割旋轉磁場，在

3、轉子繞組中產生感生電流，其方向用右手定則判斷，如圖3-25（b）所示。而轉子繞組一旦產生電流又受到旋轉磁場的作用產生電磁轉矩，其方向由左手定則判斷?？梢姶宿D矩方向與電動機的轉動方向相反，使電動機制動而迅速停轉。應當注意的是，當電動機轉速接近零值時，應立即切斷電動機電源，否則電動機將反轉。為此，在反接制動設施中，常利用速度繼電器來地切斷電源。通常情況下，在120-3000r/min范圍內速度繼電器觸頭動作，當轉速低于100r/min時，其觸頭恢復原位。另外，反接制動時，由于旋轉磁場與轉子的相對轉速（n1+n）很高，故轉子繞組中感生電流很大，致使定子繞組中的電流也很大，因此反接制動適用于10KW以

4、下小容量電動機的制動。同時，為了減小沖擊電流，通常要求對4.5KW以上的電動機進行反接制動時，在定子回路中串入一定的電阻R，以限制反接制動電流。這個電阻稱為反接制動電阻（或限流電阻），大小可參考下述經驗公式進行估算。 RK U/ IST （3-1）式中：K為系數，要求最大的反接制動電流不超過電動機全電壓直接起動電流IST時，K取1.3；要求最大的反接制動電流不超過電動機全電壓直接起動電流IST的一半時，K取1.5；U為電動機定子繞組的相電壓，單位為伏特（V）；IST為電動機全電壓直接起動電流，單位為安培（A）；R為電動機反接制動時串接在三相定子繞組中的各相電阻，單位為歐姆（）。如果反接制動時只

5、在電源兩相中串接電阻（非對稱接法），則電阻值應為上述電阻值的1.5倍。電動機在反接制動過程中，由電網供給的電能和拖動系統的機械能，全部轉變?yōu)殡妱訖C轉子的熱損耗，所以，能量損耗大?；\型感應電動機轉子內部是短接的，所以無法在其轉子中再串入電阻，所以在反接制動過程中轉子將承受全部熱損耗，這就限制了電動機每小時允許的反接制動次數。1.單向起動反接制動控制電路圖3-26為單向起動反接制動控制電路。該線路的主電路和正反轉控制線路的主電路相同，只是在反接制動時增加了三個限流電阻R。線路中KM1為正轉運行接觸器，KM2為反接制動接觸器，KS為速度繼電器（與電動機同軸聯接。起動時，按下起動按鈕SB1，接觸器KM

6、1通電并自鎖，電動機M起動運轉，當轉速上升到一定值（約120r/min）時，速度繼電器KS常開觸頭閉合，為反接制動接觸器KM2線圈通電作好準備。停車時，按下停止按鈕SB2，其常閉觸頭先斷開，接觸器KM1線圈斷電，電動機M暫時脫離電源，此時由于慣性，KS的常開觸頭依然處于閉合狀態(tài)，所以當SB2常開觸頭閉合時，反接制動接觸器KM2線圈通電并自鎖，其主觸頭閉合，使電動機定子繞組得到與正常運轉相序相反的三相交流電源，電動機進入反接制動狀態(tài)，轉速迅速下降，當轉速下降到一定值（約100r/min左右）時，速度繼電器KS常開觸頭恢復斷開，接觸器KM2線圈失電，反接制動結束。如果制動前電動機的轉速為1400r

7、/min，至100r/min左右制動結束，電動機的動能已基本消耗完畢（假設100r/mi時電動機的動能為1個單位，1400r/min時電動機的動能則為256個單位，制動過程消耗電動機動能為255個單位）。圖3-26 單向起動反接制動控制電路2.電動機可逆運行的反接制動控制電路圖3-27為電動機可逆運行的反接制動控制電路。當需要電動機正轉運行時，首先按下正轉起動按鈕SB2，電動機依靠正轉接觸器KM1的閉合而得到正相序三相交流電源起動運轉，速度繼電器KS1正轉的常閉觸頭和常開觸頭均已動作，分別處于斷開和閉合的狀態(tài)。但是，由于反接制動接觸器KM2的線圈回路中串聯著起聯鎖作用的KM1的常閉輔助觸頭，它

8、的斷開比正轉的KS-1常開觸頭的動作時間早，所以正轉KS-1常開觸頭的閉合起到使KM2準備通電的作用，即并不可能使KM2線圈立即通電。當按下停止按鈕SB1時，KM1線圈斷電，其聯鎖觸頭恢復閉合，反向接觸器KM2線圈通電，定子繞組得到反相序的三相交流電源，進入正向反接制動狀態(tài)。由于速度繼電器的常閉觸頭已打開，所以此時反向接觸器KM2并不可能依靠自鎖觸頭而鎖住電源。當電動機轉子轉速下降到一定值時，KS-1的正轉常開觸頭和常閉觸頭均復位，接觸器KM2的線圈斷電，主觸頭恢復斷開，切斷電動機繞組回路，正向反接制動過程結束。圖3-27 電動機可逆運行的反接制動控制電路在電動機反向運轉時，所以KS-2常開觸

9、頭的閉合，為KM1線圈通電做準備。當按下停止按鈕SB1時，在KM2線圈斷電的時候，KM1線圈便立即通電，定子繞組得到正相序的三相交流電源，電動機進入反向反接制動狀態(tài)。當電動機的轉子速度下降到一定值時，KS-2的常開觸頭和常閉觸頭均復位，KM1的線圈斷電，反向反接制動過程結束。圖3-28為具有反接制動電阻的正反向起動反接制動控制電路。電路中R既是反接制動限流電阻，又是正反向起動的限流電阻。電路工作時，先合上電源開關QS。需正轉運行時，按下正轉起動按鈕SB2，SB2常閉觸頭先斷開，對中間繼電器KA4聯鎖，SB2的常開觸頭后閉合，中間繼電器KA3線圈通電并自鎖，其另一組常開觸頭閉合，使接觸器KM1線

10、圈通電，KM1的主觸頭閉合，使定子繞組經電阻R接通正序三相電源，電動機開始減壓起動，此時，雖然中間繼電器KA1線圈電路中KM1常開輔助觸頭已閉合，但是KA1線圈并不能通電，因為速度繼電器KS的正轉常開觸頭KS-1尚未閉合，當電動機轉速上升到一定值時（約120r/min左右），KS的正轉常開觸頭KS-1閉合，中間繼電器KA1線圈通電并自鎖，此時，由于KA1、KA3等中間繼電器的常開觸頭均處于閉合狀態(tài)，接觸器KM3線圈回路被接通，KM3主觸頭閉合，短接了限流電阻R，電動機開始進入全壓正常運轉狀態(tài)。在電動機正常運行的過程中，若按下停止按鈕SB1，則KA3、KM1和KM3三只線圈都斷電。但由于慣性，此

11、時電動機轉子的轉速仍然很高，速度繼電器的正轉常開觸頭并未復位，中間繼電器KA1的線圈仍維持繼續(xù)通電，所以當接觸器KM1的常閉觸頭復位后，接觸器KM2線圈便得電，其常開主觸頭閉合，使定子繞組經電阻R得到反相序的三相交流電源，對電動機進行反接制動。當轉子速度繼續(xù)下降到一定值（約低于100r/min）時，KS的正轉常開觸頭恢復斷開狀態(tài)，KA1線圈斷電，接觸器KM2釋放，反接制動過程結束。圖3-28 具有反接制動電阻的正反向制動控制電路電動機的反向起動及反接制動控制是由起動按鈕SB3、中間繼電器KA4和KA2、接觸器KM2和KM3、停止按鈕SB1及速度繼電器的反轉常開觸頭KS-2等來完成，其起動過程、

12、制動過程和上述類同，不再進行分析。二、能耗制動控制電路所謂能耗制動，就是當電動機切斷三相交流電源之后，立即在定子繞組的任意兩相中通入直流電，來迫使電動機迅速停轉。其制動原理如圖3-29所示，先斷開電源開關QS1，切斷通入電動機定子繞組中的三相交流電源，這時轉子仍按原旋轉方向作慣性運轉，隨后立即合上開關QS2，并將電源開關QS1向下投合，電動機V、W兩相定子繞組通入直流電，在定子中產生一個恒定的靜止磁場，這樣作慣性運轉的轉子就會因切割磁力線而在轉子繞組中產生感生電流，其方向可由右手定則判斷出來，上方應標，下方應標。轉子繞組中一旦產生了感生電流，就會立即受到靜止磁場的作用，產生電磁轉矩，其方向根據

13、左手定則判斷正好與電動機的轉向相反，使電動機受制動迅速停轉。根據制動過程的控制方式，能耗制動有時間原則控制和速度原則控制兩種，下面分別以單向能耗制動和正反向能耗制動控制電路為例來說明。圖3-29 能耗制動原理圖1.單向能耗制動控制電路（1）無變壓器單相半波整流能耗制動電路圖3-30為無變壓器單相半波整流能耗制動自動控制電路。在電動機正常運行時，若按下停止按鈕SB2，SB2的常閉觸頭先分斷，切斷接觸器KM1線圈回路，電動機由于KM1的斷電釋放，而脫離三相交流電源，暫時失電并慣性運轉，而SB1的常開觸頭后閉合，接通KM2線圈回路，KM2線圈和KT線圈相繼得電并自鎖，直流電通過KM2主觸頭的閉合加入

14、定子繞組，電動機M接入直流電進行能耗制動，當電動機轉子的轉速接近于零時，時間繼電器延時結束，其常閉觸頭打開，切斷KM2線圈回路。由于KM2常開輔助觸頭的復位，也切斷了時間繼電器KT的電源，同時，KM2主觸頭的斷開，使電動機切斷了直流電源并停轉，能耗制動結束。圖3-30中KT瞬時閉合常開觸頭的作用是當KT出現線圈斷線或機械卡住等故障時，按下SB2后能使電動機制動后脫離直流電源。無變壓器單相半波整流單向起動能耗制動自動控制電路所需設備少、體積小、成本低，適用于10KW以下小容量電動機，且對制動要求不高的場合。圖3-30 無變壓器單向半波整流單向起動能耗制動控制電路（2）有變壓器單相橋式整流能耗制動

15、電路圖3-31為有變壓器單相橋式整流能耗制動自動控制電路。圖3-31和圖3-30的控制電路完全相同，所以其工作原理也相同。有變壓器單相橋式整流能耗制動自動控制電路適用于容量在10KW以上的電動機。在圖3-30中，直流電源由單相橋式整流器VC供給，TC是整流變壓器，電阻R是用來調節(jié)直流電流的，從而調節(jié)制動強度，整流變壓器一次側與整流器的直流側同時進行切換，有利于提高觸頭的使用壽命。圖3-31 有變壓器單向橋式整流單向起動能耗制動控制電路圖3-30和圖3-31都是采用時間繼電器來控制制動過程的，都屬于時間原則控制的單向能耗制動控制電路。（3）速度原則控制的單向能耗制動控制電路圖3-32為速度繼電器

16、控制的單向能耗制動控制電路。該電路與圖3-30控制電路也基本相同，僅僅是把控制電路中KT的線圈回路以及觸頭回路取消，而在電動機軸上安裝了速度繼電器KS，并且用KS的常開觸頭取代了KT的通電延時斷開的常閉觸頭。這樣一來，該電路中的電動機在按下停止按鈕SB1時，電動機由于KM1的斷電釋放而脫離三相交流電源，此時，電動機仍在慣性高速運轉，速度繼電器KS的常開觸頭仍然處于閉合狀態(tài)，所以接觸器KM2線圈能夠依靠SB1按鈕常開觸頭的閉合接通電源并自鎖。于是，兩相定子繞組獲得直流電源，電動機進入能耗制動狀態(tài)，當電動機的轉速低于約100r/min時，KS常開觸頭復位，接觸器KM2線圈斷電釋放，能耗制動結束。圖

17、3-32 速度原則控制的單向能耗制動控制電路2.可逆運行能耗制動控制電路（1）時間原則控制的可逆運行的能耗制動控制電路圖3-33為電動機按時間原則控制的可逆運行能耗制動控制電路。在電動機正常運行過程中，按下停止按鈕SB1，SB1常閉觸頭先分斷，使接觸器KM1線圈斷電，SB1常開觸頭后閉合，接通接觸器KM3和時間繼電器KT的線圈回路，其觸頭動作，其中KM3常開輔助觸頭的閉合起著自鎖的作用；KM3常閉輔助觸頭的斷開起著聯鎖作用，鎖住電動機起動電路；KM3常開主觸頭的閉合，使直流電壓加在電動機定子繞組上，電動機進行正向能耗制動，電動機轉速迅速下降，當接近零時，時間繼電器KT延時結束，其通電延時打開的

18、常閉觸頭斷開，切斷接觸器KM3的線圈回路。此時KM3的常開輔助觸頭恢復斷開，使時間繼電器KT線圈也隨之失電，正向能耗制動結束。反向起動與能耗制動過程可自行分析。（2）速度原則控制的電動機可逆運行能耗制動控制電路圖3-34為速度原則控制的電動機可逆運行能耗制動控制電路。該電路與圖3-33的控制電路基本相同，在這里也是用速度繼電器KS取代了時間繼電器KT。由于速度繼電器的觸頭具有方向性的特點，所以這里把電動機正向運轉和反向運轉分別閉合的KS-1常開觸頭和KS-2常開觸頭并聯以后，再來代替原電路中的KT延時斷開的常閉觸頭。在此電路中，電動機若處于正向能耗制動狀態(tài)時，接觸器KM3的線圈是依靠KS-1常開觸頭和本身的常開輔助觸頭的共同閉合而鎖住電源的，當電動機的正向旋轉速度小于100r/min時，KS-1常開觸頭復位，接觸器KM3線圈斷電釋放，電動機正向能耗制動結束。在電動機處于反向能耗制動狀態(tài)時，接觸器KM3線圈依靠KS-2常開觸頭和自身的常開輔助觸頭的共同閉合而鎖住電源，在電動機的反向旋轉速度下降到小于100r/min時，KS-2常開觸頭復位，接觸器KM3線圈斷電釋放，電動機反向能耗制動結束。圖3-33 時間原則控制的電