電動機制動與調速

1、機床電氣控制主講：楊嶸 三相異步電動機三相異步電動機 制動與調速控制電路制動與調速控制電路 三相異步電動機 制動控制電路及原理由于慣性作用，電動機在斷開電源以后是不會馬上停止轉動的，而是需要繼續(xù)轉動一段時間后才停下來。但是機床在生產加工過程中為了提高生產效率，在完成某一工步后要求立即停止。為了滿足生產機械這種要求就需要對拖動電動機采取制動措施。 制動方式機械制動電氣制動反接制動反接制動能耗制動能耗制動再生發(fā)電制動再生發(fā)電制動電容制動電容制動 機械抱閘制動機械抱閘制動三相異步電動機的制動方式分類三相異步電動機的制動方式分為機械制動和電氣制動兩種。而電氣制動常采用反接制動和能耗制動 電磁抱閘 電磁

2、抱閘主要由制動閘輪、摩擦閘瓦、杠桿、彈簧及電磁鐵等組成，電磁抱閘的制動閘輪與電動機同軸連接。電磁抱閘有通電制動型和斷電制動型兩種，其外觀和電氣符號如下圖示。 a） b） c）圖 電磁抱閘a）TDZ1系列通電制動型 b）TJ2系列斷電制動型 c）電氣符號電磁抱閘的制動原理 以斷電制動型為例，電磁抱閘的制動原理為： 電動機停機時，壓力彈簧通過杠桿使摩擦摩擦閘瓦閘瓦緊緊抱住制動閘輪制動閘輪實現(xiàn)制動； 電動機起動時，抱閘電磁鐵通電，克服彈簧的阻力，使摩擦閘瓦與制動閘輪分開，從而保證電動機正常起動。 通電制動型與斷電制動型正好相反。 電磁抱閘的選用 （1）為了選用較小型號的電磁抱閘和縮小安裝位置，電磁抱

3、閘應安裝在高速傳動軸安裝在高速傳動軸或電機軸上或電機軸上，因該軸的扭矩最小。 （2）電磁抱閘的基本參數(shù)是制動力矩，與制動時間成正比，所以在決定和計算制動制動力矩時不可太大，以滿足工作要求為適宜力矩時不可太大，以滿足工作要求為適宜。 （3）為了使電磁抱閘在盡可能小的制動力矩下工作，可以通過調節(jié)螺母來改變主彈簧的壓縮長度，達到需要的彈簧力及制動力矩。 （4）機器設備在安裝了制動輪以后，再安裝電磁抱閘，制動輪必須經動力、靜力平衡，兩閘瓦中心連接線與制動輪中心偏差不得超過0.3mm。 電磁抱閘的使用 （1）安裝前應清除灰塵和臟物，并檢查銜）安裝前應清除灰塵和臟物，并檢查銜鐵有否機械卡阻。鐵有否機械卡阻

4、。 （2）調整好制動電磁鐵與電磁抱閘之間的）調整好制動電磁鐵與電磁抱閘之間的連接關系，保證電磁抱閘能獲得所需的制連接關系，保證電磁抱閘能獲得所需的制動力矩。動力矩。 （3）電磁鐵應按接線圖進行接線，并接通）電磁鐵應按接線圖進行接線，并接通電磁鐵操作數(shù)次，檢查銜鐵動作是否正常。電磁鐵操作數(shù)次，檢查銜鐵動作是否正常。電磁抱閘的使用 （4）定期檢查銜鐵行程的大小，該行程在）定期檢查銜鐵行程的大小，該行程在運動過程中由于制動面的磨損而增大。當運動過程中由于制動面的磨損而增大。當銜鐵行程達到正常值時，即進行調整，以銜鐵行程達到正常值時，即進行調整，以恢復制動面和轉盤問的最小空隙。不應讓恢復制動面和轉盤問

5、的最小空隙。不應讓行程增加到正常值以上，因這可能引起吸行程增加到正常值以上，因這可能引起吸力的顯著降低。力的顯著降低。 （5）注意可動部件的機械磨損，經常在可）注意可動部件的機械磨損，經常在可動部分擦油。動部分擦油。 三相異步電動機制動控制電路 三相異步電動機切斷電源后，由于慣性的作用，總要經過一段時間才能完全停下來，而有些生產機械要求迅速、準確地停車，這就要求對電動機進行強迫制動。制動的方法有機械制動和電氣制動兩大類：機械制動是用電磁鐵操縱機械進行制動，如電磁抱閘；電氣制動是產生一個與原來轉動方向相反的制動轉矩，常用的電氣制動方法有反接制動和能耗制動。 電磁抱閘控制電路 1斷電制動控制電路斷

6、電制動控制電路 斷電制動控制由于其在斷電情況下，仍能斷電制動控制由于其在斷電情況下，仍能通過彈簧的壓力，使摩擦閘瓦與制動閘輪通過彈簧的壓力，使摩擦閘瓦與制動閘輪緊緊抱住，而廣泛用于電梯、起重機等設緊緊抱住，而廣泛用于電梯、起重機等設備中，使其不至于因電流中斷或電氣故障備中，使其不至于因電流中斷或電氣故障而降低制動的可靠性和安全性。而降低制動的可靠性和安全性。電磁抱閘斷電制動控制線路通電制動控制電路有些設備需要在斷電狀態(tài)下調整(如XA6132萬能銑床），就不能采用斷電制動控制，應采用通電制動型控制電路，如圖3-4所示。 一、三相異步電動機反接制動控制反接制動是靠改變電動機定子繞組的電源相序來產生

7、制動電磁力矩，迫使電動機迅速停轉的一種制動方式。 （一）速度繼電器 速度繼電器主要用于電動機的反接制動，故又稱為反接制動繼電器。是一種反映電動機轉速和轉向的繼電器，其主要作用是以電動機旋轉速度的快慢為指令信號，與接觸器配合實現(xiàn)對電動機的制動控制。 速度繼電器外觀和電氣符號如圖3-1所示。 a） b） 圖3-1 速度繼電器a）外觀 b）轉子符號 d）動斷觸頭c）動合觸頭1. 速度繼電器的工作原理與結構JY1型速度繼電器的結構和工作原理如圖 JY1型速度繼電器的結構和工作原理 速度繼電器的選擇 速度繼電器主要根據(jù)電動機的額定轉速來選擇。常用的速度繼電器有JY1型和JFZ0型兩種。其中JY1型可在7

8、003600r/min范圍內可靠地工作；JFZ0-1型使用于3001000r/min；JFZ0-2型適用于10003600r/min。速度繼電器具有兩個動合觸點、兩個動斷觸點，觸電額定電壓為380V，額定電流為2A。一般速度繼電器的轉軸在130r/min左右即能動作，在100r/min時觸頭即能恢復到正常位置。2速度繼電器的使用 （1）速度繼電器的轉軸應與電動機同軸聯(lián)接。 （2）速度繼電器安裝接線時，正、反向的觸頭不能接錯，否則不能起到反接制動時接通或斷開反向電源的作用。 （3）可以通過螺釘?shù)恼{節(jié)來改變速度繼電器動作的轉速，以適應控制電路的要求。一般速度繼電器的動作轉速為100300r/min

9、，觸頭復位轉速為100r/min以下。2. 速度繼電器的選用速度繼電器選用的主要依據(jù)是:所控制的轉速大小、觸點的數(shù)量以及電壓、電流等。 常用速度繼電器的技術參數(shù) （二）反接制動原理反接制動原理圖 當電動機的轉速接近零值時，應立即切斷電動機電源，否則，電動機將由制動變?yōu)榉崔D。 （三）單向啟動反接制動控制電路1. 電路構成2. 工作原理線路的工作原理如下：合上電源開關QS。單向啟動：反接制動：反接制動時，由于旋轉磁場與轉子的相對轉速（n1+n）很高，所以轉子繞組中感生電流很大，致使電動機定子繞組中的電流也很大，一般約為電動機額定電流的10倍左右。因此，反接制動適合于10kW以下容量電動機的制動，而

10、且對4.5kW以上的電動機進行反接制動時，必須在定子繞組回路中串接限流電阻，以限制反接制動電流。（四）雙向啟動反接制動控制電路1. 電路構成 主電路 雙向啟動反接制動控制線路 控制電路 雙向啟動反接制動控制線路 2. 工作原理先合上電源開關QS。正轉啟動反接制動停轉: 小小 結結反接制動的優(yōu)點是制動力強，制動迅速。反接制動的優(yōu)點是制動力強，制動迅速。缺點是制動準確性差，制動過程中沖擊缺點是制動準確性差，制動過程中沖擊強烈，易損壞傳動部件，制動能量消耗強烈，易損壞傳動部件，制動能量消耗大，不宜頻繁制動。所以反接制動方式大，不宜頻繁制動。所以反接制動方式一般適用于制動要求迅速且系統(tǒng)慣性比一般適用于

11、制動要求迅速且系統(tǒng)慣性比較大，不經常啟動與制動的場合，如銑較大，不經常啟動與制動的場合，如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動控制。床、鏜床、中型車床等主軸的制動控制。二、三相異步電動機能耗制動控制這種制動方法是通過在定子繞組中通入直流電以消耗轉子慣性運轉的動能來實現(xiàn)制動的，所以稱為能耗制動。（一）能耗制動原理能耗制動是在切除三相交流電源之后，定子繞組通人直流電流，在定子、轉子之間的氣隙中產生靜止磁場，慣性轉動的轉子導體切割該磁場，形成感應電流，產生與慣性轉動方向相反的電磁力矩而使電動機迅速停轉。 在能耗制動控制線路中，直流電源一般通過整流環(huán)節(jié)直接從三相電源獲得。常用的整流環(huán)節(jié)有半波整流和全波整流

12、直流電源的選擇： 能耗制動中，通入電動機的直流電流不能太大，過大會燒壞定子繞組。因此能耗制動直流電源的選擇有一定的要求，以單相橋式整流電路為例，估算方法和步驟如下： 先測量出電動機三相繞組任意兩相之間的電阻R0（） 測量電動機的空載電流 I0（A） 能耗制動所需的 直流電流IL KI0（A） 直流電壓ULIL R0（V）。其中K是系數(shù)，一般取 3.54。若考慮到電動機定子繞組發(fā)熱情況，并使制動達到較為滿意的效果，對于轉速高、慣性大的拖動系統(tǒng)可取上限。（二）無變壓器單相半波整流單向啟動能耗制動控制線路1. 電路構成無變壓器單相半波整流單向啟動能耗制動控制線路 2. 電路工作原理先合上電源開關QS

13、 單相啟動運轉：能耗制動停轉:（三）無變壓器單相半波整流雙向啟動能耗制動控制線路1. 電路構成2. 電路工作原理先合上電源開關QS。正向啟動運行：反轉啟動運行：能耗制動停轉：（四）有變壓器單相全波整流單向啟動能耗制動控制線路對于10kW以上容量的電動機，大多采用有變壓器單相全波整流能耗制動，控制線路如圖： （1）該電路通過整流變壓器TC和橋式全波整流器提供直流電源給電動機繞組，而整流變壓器和可調電阻用來調節(jié)直流電流，從而調節(jié)制動強度。 （2）KM2的主觸點分兩組使用：其中一對用在變壓器的輸入端，另兩對用在變壓器的輸出端，這樣就使得整流變壓器的原邊（交流側）與副邊（直流側）同時切換，有利于提高觸

14、點的使用壽命。線路特點：小小 結：結：能耗制動時產生的制動力矩大小，與通入定子繞能耗制動時產生的制動力矩大小，與通入定子繞組中的直流電流大小、電動機的轉速及轉子電路組中的直流電流大小、電動機的轉速及轉子電路中的電阻有關。電流越大，產生的靜止磁場就越中的電阻有關。電流越大，產生的靜止磁場就越強，而轉速越高，轉子切割磁力線的速度就越大，強，而轉速越高，轉子切割磁力線的速度就越大，產生的制動力矩也就越大。產生的制動力矩也就越大。能耗制動的優(yōu)點是制動平穩(wěn)、準確，對機械傳動能耗制動的優(yōu)點是制動平穩(wěn)、準確，對機械傳動裝置的沖擊小，而且能量消耗少；缺點是需要附裝置的沖擊小，而且能量消耗少；缺點是需要附加直流

15、電源，設備成本較高，制動力較弱，特別加直流電源，設備成本較高，制動力較弱，特別在低速時制動力矩小。在低速時制動力矩小。 pfsnsn106011 交流電動機的三種基本調速方式：交流電動機的三種基本調速方式：（）改變極對數(shù)（）改變極對數(shù)p p；（）改變轉差率（）改變轉差率s s；（）改變供電電源頻率（）改變供電電源頻率f f。1、變頻器調速及應用變頻器是解決交流電動機調速和啟動的最好控制設備，也是目前發(fā)展最為迅速的技術之一，它的特點是：一、輸出電壓、電流、頻率連續(xù)可調；二、啟動電流從零開始；三、節(jié)約電能。M3UVW380V近年來變頻調速技術發(fā)展很快，目前主要采用左圖所示的變頻調速裝置，它主要由整

16、流器和逆變器兩大部分組成。整流器先將頻率為50Hz的三相交流電轉換為直流電，再由逆變器變換頻率f可調、電壓有效值U也可調的三相交流電，供給三相鼠籠式電動機。由此可得到電動機的無級調速，并具有硬的機械特性。變頻調速整流器軟起動器的主電路圖逆變器f50Hzf、U1可調變頻器種類繁多，國產的有佳靈JP6C-T9和JP6C-J9型，前者為通用型，后者為節(jié)能型，適用電動機功率為0.75280kW場合。進口的有德國西門子公司的產品，美國IR公司的產品、瑞典ABB公司的產品。變頻器的選用A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用變極調速方法的電動機稱作多速電機，采用變

17、極調速方法的電動機稱作多速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。等機床上。A1A2X1X2SN并聯(lián)并聯(lián) 雙速電動機接線圖4/2極雙速異步電動極雙速異步電動機機定子繞組有定子繞組有3個出線端個出線端U1、Vl、W1，還在還在每相繞組的中點每相繞組的中點再各接出一個出線端再各接出一個出線端U2、V2、W2共有共有6個出線端個出線端。低速低速高速高速 改變這改變這6個出線端與電源的連接方式就可得個出線端與電源的連接方式就可得到兩種不同的轉速。到兩種不同的轉

18、速。 圖圖3-7（a）所示的電動機定子繞組接成）所示的電動機定子繞組接成三三角形角形，極數(shù)為，極數(shù)為4極（極對數(shù)為極（極對數(shù)為2），同步轉），同步轉速為速為1500r/min，這種方式只需將三相電源，這種方式只需將三相電源接至定子繞組三角形連接頂點的出線端接至定子繞組三角形連接頂點的出線端U1、V1、W1上，其余三個出線端上，其余三個出線端U2、V2、W2懸空不接，雙速電動機為懸空不接，雙速電動機為低速運轉低速運轉； 電動機定子繞組接成電動機定子繞組接成雙雙星形星形，極數(shù)為，極數(shù)為2極極（極對數(shù)為（極對數(shù)為1），同步轉速為），同步轉速為3000r/min，這種方式需將三相電源接至定子繞組星形這

19、種方式需將三相電源接至定子繞組星形連接頂點的出線端連接頂點的出線端U2、V2、W2上，其余上，其余三個出線端三個出線端U1、V1、W1短接，雙速電動短接，雙速電動機為機為高速運轉高速運轉。 需要注意的是需要注意的是改變極對數(shù)后改變極對數(shù)后，相序方向與，相序方向與原來相序相反，原來相序相反，必須將電動機任意兩個出必須將電動機任意兩個出線端對調線端對調，保證變極后轉動方向不變。，保證變極后轉動方向不變。 4/2極雙速異步電動機的常用調速控制線路極雙速異步電動機的常用調速控制線路有有手動控制調速電路和自動控制調速電路手動控制調速電路和自動控制調速電路兩種。兩種。注意：為變速前后轉向不變，三相電源應換

20、相。注意：為變速前后轉向不變，三相電源應換相。接觸器控制雙速電動機的電路圖接觸器控制雙速電動機的電路圖接觸器控制雙速電動機KM1 低速交流接觸器KM2、KM3 高速交流接觸器，其線圈并聯(lián)KM1和KM2、KM3接有接觸器連鎖SB1低速按鈕；SB2高速按鈕。SB1、SB2接有按鈕連鎖按下按下SB1，KM1吸合，雙速電機定子繞組為吸合，雙速電機定子繞組為三角形接法，低速啟動，運行一段時間三角形接法，低速啟動，運行一段時間。按下按下SB2，KM2、KM3同時吸合，雙速電同時吸合，雙速電機定子繞組為雙星形接法，高速運行。機定子繞組為雙星形接法，高速運行。接觸器控制雙速電動機KM1、KM2常開輔助觸頭串聯(lián)

21、后作為自鎖自鎖觸頭觸頭注意：主電路中，KM1和KM2 主觸點進線端有相序調有相序調整整，以保證變極后轉動方向不變保證變極后轉動方向不變FR1、FR2常閉輔助觸頭串聯(lián)后接入控制電路，常閉輔助觸頭串聯(lián)后接入控制電路，發(fā)熱元件分別與發(fā)熱元件分別與KM1、KM2主觸頭串聯(lián)，起主觸頭串聯(lián)，起過載保護過載保護的的作用作用手動控制調速電路有低速按鈕和高速按鈕兩手動控制調速電路有低速按鈕和高速按鈕兩個復合按鈕，可以低速起動，也可以高速起個復合按鈕，可以低速起動，也可以高速起動，在電動機運行狀態(tài)下能夠進行高速或低動，在電動機運行狀態(tài)下能夠進行高速或低速的切換，適用于速的切換，適用于小容量雙速電動機的控制小容量雙

22、速電動機的控制。按鈕和時間繼電器控制雙速電動機 該自動控制調速電路按下SB1，KM1吸合，低速運行。 按下SB2，采用時間繼電器控制，KM1、KT先吸合，低速起動，低速運行 時間繼電器延時時間到后，KM2、KM3才吸合，切換到高速運行。 電動機在高速運行狀態(tài)下也不能直接切換到低速，適用于大容量電動機的控制。按鈕和時間繼電器控制雙速電動機 SB1低速按鈕； SB2高速按鈕。 KT 時間繼電器 。按下SB2后實現(xiàn)低速啟動自動切換到高速運行。 KM1低速交流接觸器，KM2、KM3高速交流接觸器。 KM1與KM2、KM3有接觸器聯(lián)鎖，而沒有按鈕聯(lián)鎖，在高速運行狀態(tài)下不能直接切換到低速。按鈕和時間繼電器控制雙速電動機電路圖按鈕和時間繼電器控制雙速電動機電路圖按鈕和時間繼電器控制雙速電動機該電路在高速運行狀態(tài)時，按下該電路在高速運行狀態(tài)時，按下SB1，電，電動機切換到低速運行狀態(tài)。動機切換到低速