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2.4 三相异步电动机的制动控制

由于惯性作用,电动机断电后不能马上停转。而很多生产机械往往要求电动机快速、准确地停车,这就要求对电动机采取有效措施进行制动。

微课:三相异步电动机的制动控制

三相异步电动机的制动控制方法有机械制动和电气制动。所谓机械制动,就是用机械装置来强迫电动机迅速停车,常用的机械装置是电磁抱闸。电气制动是在电动机上产生一个与转子原来转动方向相反的制动转矩,迫使电动机迅速停车。电气制动方法有反接制动、能耗制动、再生制动以及电容制动等,这里主要介绍反接制动和能耗制动。

2.4.1 反接制动

反接制动是通过改变电动机定子绕组三相电源的相序,产生一个与转子惯性转动方向相反的旋转磁场,从而产生制动转矩。反接制动时,转子与定子旋转磁场的相对转速接近电动机同步转速的2倍,所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全压直接起动时的2倍,因此反接制动转矩大,制动迅速。为了减小冲击电流,通常在电动机定子绕组中串接制动电阻。另外,当电动机转速接近零时,要及时切断反相序电源,以防电动机反方向起动,通常用速度继电器来检测电动机转速并控制电动机反相序电源的断开。

1.单向运行反接制动

图2-20为单向运行反接制动控制电路,接触器KM1控制接触器单向运行,接触器KM2为反接制动,KS为速度继电器, R 为反接制动电阻。

工作过程:闭合断路器QF,按下起动按钮SB2,接触器KM1得电,电动机M起动运行,速度继电器KS常开触点闭合,为制动做准备。制动时按下停止按钮SB1,KM1断电,KM2得电(KS常开触点未断开),KM2主触点闭合,定子绕组串入限流电阻 R 进行反接制动,当M的转速接近0时,KS常开触点断开,KM2断电,电动机制动结束。

2.可逆运行反接制动控制电路

图2-21为可逆运行反接制动控制电路,KM1为正转接触器,KM2为反转接触器,KM3为短接电阻接触器,KA1、KA2、KA3为中间继电器,KS1为正转常开触点,KS2为反转常开触点, R 为起动与制动电阻。

图2-20 电动机单向运行反接制动控制电路

图2-21 可逆运行反接制动控制电路

电动机正向起动和停车反接制动过程如下:

1)正向起动时,闭合断路器QF,按下起动按钮SB2,KM1得电自锁,定子串入电阻 R 正向起动,当正向转速大于120r/min时,KS1闭合,因KM1的常开辅助触点已闭合,所以KM3得电将 R 短接,从而使电动机在全压下运转。

2)停止运行时,按下停止按钮SB1,接触器KM1、KM3相继失电,定子切断正序电源并串入电阻 R ,SB1的常开触点后闭合,KA3得电,常闭触点又再次切断KM3电路。由于惯性,KS1仍闭合,且KA3(18-10)已闭合,使KA1得电,触点KA1(3-12)闭合,KM2得电,电动机定子串入 R 进行反接制动;KA1的另一触点(3-19)闭合,使KA3仍通电,确保KM3始终处于断电状态, R 始终串入M的定子绕组。当正向转速小于100r/min时,KS1失电断开,KA1断电,KM2、KA3同时断电,反接制动结束,电动机停止运转。

电动机反向起动和停车反接制动过程与上述相似,请读者自行分析。

该电路在按下SB1停车时一定要按到底并保持一定的时间,以保证KA3能可靠得电,否则将无法实现反接制动。KM3的常闭触点接在起动回路,其目的在于防止其因机械卡阻等故障导致主电路直接起动。

反接制动具有制动力强、制动迅速的优点,但其制动准确性差,制动过程中冲击强烈,易损坏传动部件,制动能量消耗大,不宜频繁制动,一般适用于制动要求迅速,系统惯性大,不经常起动和制动的场合,如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动。

2.4.2 能耗制动

能耗制动就是在电动机切断三相交流电源后,迅速在定子绕组任意两相施加一直流电压,使定子绕组产生恒定的磁场,利用转子感应电流与静止磁场的相互作用产生制动力矩实现制动,当转子转速接近零时,及时切除直流电源。能耗制动的控制既可以按时间原则由时间继电器控制,也可以按照速度原则由速度继电器控制。

1.按时间原则控制的单向运行能耗制动电路

图2-22为按时间原则控制的单向运行能耗制动控制电路,图中接触器KM1控制电动机单向运行,接触器KM2用来实现能耗制动,TC为整流变压器,VC为桥式整流电路,KT为时间继电器。

图2-22 按时间原则控制的单向运行能耗制动控制电路

在电动机正常单向运行时,若按下停止按钮SB1,电动机由于KM1断电释放而脱离三相交流电源,而直流电源则由于接触器KM2线圈通电其主触点闭合而加入定子绕组,时间继电器KT线圈与KM2线圈同时通电并保持,于是电动机进入能耗制动状态。当其转子的惯性速度接近于零时,时间继电器延时断开的常闭触点断开接触器KM2线圈电路。由于KM2常开辅助触点的复位,时间继电器KT线圈的电源也被断开,电动机能耗制动结束。

2.按时间原则控制的可逆运行能耗制动控制电路

图2-23为按时间原则控制的可逆运行能耗制动控制电路,KM1为正向接触器,KM2为反向接触器,接触器KM3用来实现能耗制动。

图2-23 按时间原则控制的可逆运行能耗制动控制电路

在电动机正向运转过程中,需要停止时可按下停止按钮SB1,KM1断电,KM3和KT线路通电并自锁,KM3常闭触点断开起着锁住电动机起动电路的作用;KM3常开主触点闭合,使直流电压加至定子绕组,电动机进行正向能耗制动。电动机正向转速迅速下降,当其接近于零时,时间继电器延时打开的常闭触点KT断开接触器KM3线圈电源。由于KM3常开辅助触点的复位,时间继电器KT线圈也随之失电,电动机正向运行的能耗制动结束。

电动机反向运行时的能耗制动过程与上述正向情况相似,请读者自行分析。

3.按速度原则控制的单向运行能耗制动控制电路

采用速度继电器来控制的单向运行能耗制动控制电路如图2-24所示。该电路与图2-22控制电路基本相同,仅是控制电路中取消了时间继电器KT的线圈及其触点电路,而在电动机轴伸端安装了速度继电器KS,并且用KS的常开触点取代了KT延时断开的常闭触点。因此,该电路中的电动机在刚刚脱离三相交流电源时,由于电动机转子的惯性速度仍然很高,速度继电器KS的常开触点仍然处于闭合状态,所以接触器KM2线圈能够依靠SB1按钮的按下通电自锁。于是,两相定子绕组获得直流电源,电动机进入能耗制动。当电动机转子的惯性速度接近于零时,KS的常开触点复位,接触器KM2线圈断电而释放,能耗制动结束。

4.无变压器单相半波整流能耗制动控制电路

上述几种能耗制动控制电路均需一套变压器、整流器装置,虽制动效果好,但电动机容量越大,所需设备投资越大。对于10kW以下的电动机,在制动效果要求不高的场合,可采用无变压器单相半波整流能耗制动控制电路,如图2-25所示,用单相半波整流器作为直流电源,该电源无变压器,设备简单、体积小、成本低。其整流电源电压为220V,由KM2控制经定子绕组、整流二极管VD和电阻 R 接到中性线,构成回路。

图2-24 按速度原则控制的单向运行能耗制动控制电路

图2-25 无变压器单相半波整流能耗制动控制电路

在电动机正常单向运行时,KM1线圈通电,KM2线圈断电,若按下停止按钮SB1,电动机由于KM1断电释放而脱离三相交流电源,KM1的常闭触点闭合,使KM2线圈通电并自保,时间继电器KT线圈与KM2线圈同时通电并保持,直流电源则通过KM2闭合的常开主触点而加入定子绕组,电动机进入能耗制动状态。当其转子的惯性速度接近于零时,KT延时断开的常闭触点断开接触器KM2线圈电路。由于KM2常开辅助触点的复位,KT线圈的电源也被断开,电动机能耗制动结束。

能耗制动的实质是把电动机转子储存的机械能转变成电能,又消耗在转子的制动上。显然,制动作用的强弱与通入直流电流大小和电动机转速有关。调节电阻 R ,可调节制动电流大小,从而调节制动强度。能耗制动的优点是制动准确、平稳,能量消耗较小,缺点是需附加直流电源,设备费用高、制动力较弱、在低速时制动转矩小。所以,能耗制动一般用于要求制动平稳和制动频繁的场合,如磨床、龙门铣床等机床的控制电路中。

2.4.3 电磁抱闸制动

电磁抱闸的结构如图2-26所示。它主要工作部分是电磁铁和闸瓦制动器。电磁铁由电磁线圈、铁心、衔铁组成;闸瓦制动器由闸瓦、闸轮、弹簧、杠杆等组成。其中闸轮与电动机转轴相连,闸瓦对闸轮制动力矩的大小可通过调整弹簧弹力来改变。

图2-26 电磁抱闸结构示意图

电磁抱闸分为断电制动型和通电制动型两种。断电制动型的工作原理如下:当制动电磁铁的线圈得电时,制动器的闸瓦与闸轮分开,无制动作用;当线圈失电时,闸瓦紧紧抱住闸轮制动。通电制动型则是在线圈得电时,闸瓦紧紧抱住闸轮制动;当线圈失电时,闸瓦与闸轮分开,无制动作用。

电磁抱闸断电制动的控制电路如图2-27所示。

图2-27 电磁抱闸断电制动的控制电路

起动运行:闭合断路器QF,按下按钮SB2,接触器KM线圈得电,其自锁触点和主触点闭合,电动机M接通电源,同时电磁抱闸制动线圈得电,衔铁与铁心吸合,衔铁克服弹簧拉力,使制动杠杆向上移动,从而使制动器的闸瓦与闸轮分开,电动机正常运转。

制动停转:按下按钮SB1,接触器KM线圈失电,其自锁触点和主触点分断,电动机M失电,同时电磁抱闸制动线圈也失电,衔铁与铁心分开,在弹簧拉力的作用下,闸瓦紧紧抱住闸轮,电动机因制动而停转。

电磁抱闸制动在起重机械上被广泛采用。其优点是能够准确定位,可防止电动机突然断电时重物的自行坠落。这种制动方式的缺点是不经济,因为电动机工作时,电磁抱闸制动线圈一直在通电。另外,切断电源后,由于电磁抱闸制动器的制动作用,使手动调整很困难,对要求电动机制动后能调整工件位置的设备只能采用通电制动控制电路。 xVkQTmJDMwdQb806haXLxzwbgjVuVbEtgyrmUDolBwLRjDJLgWkbLD0WcXTzB6eP

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