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2.4 异步电动机的制动控制

电动机断电后,由于惯性作用,停车时间较长。某些生产工艺要求电动机能迅速而准确地停车,这就要求对电动机进行强迫制动。制动停车的方式有机械制动和电气制动两种,机械制动是采用机械抱闸制动;电气制动是产生一个与原来转动方向相反的制动力矩。笼型异步电动机与直流电动机和绕线型异步电动机一样,制动可采用反接制动和能耗制动。无论哪种制动方式,在制动过程中,电流、转速、时间三个参量都在变化,因此可以取某一其他参量作为控制信号,在制动结束时及时取消制动转矩。

以电流为变化参量进行制动控制,由于受负载变化和电网电压波动影响较大,所以一般不被采用。如果以时间作为控制制动过程的变化参量,其控制线路简单,价格便宜,这是它的优点。但是,按时间原则控制的制动时间是整定值,实际制动过程与负载有关。负载变动时,对制动时间有影响,当负载增大时,制动时间变短,制动过程加快;反之,负载减小时,则制动时间加长,制动过程变慢。这样以时间为变化参量控制反接制动时,时间继电器按原来整定的时间动作,当负载减少时,转速还没有到零就取消了制动,延缓了制动时间;反之,当负载增大时,在转速已经为零时仍未取消制动,可能造成电动机反向启动。由此可见,以时间为变化参量控制反接制动,只适用于负载变化不大、制动时间基本一定的场合。

以时间为变化参量进行能耗制动时,在转速未到零时取消能耗制动,转矩很小,影响不大,当转速为零时仍未取消制动,也不会反转。所以,以时间为变化参量进行控制对能耗制动是合适的。

如果取转速为变化参量,用速度继电器检测转速,能够正确地反映转速变化,不受外界因素的影响。所以,反接制动常采用以转速为变化参量进行控制。当然,能耗制动也可以采用以转速为变化参量进行控制。

2.4.1 反接制动

异步电动机反接制动有两种情况:一种是在负载转矩作用下使电动机反转的倒拉反接制动,它往往出现在位能负载时。这种方法达不到停机的目的,主要是用于限制下放速度。另一种是改变三机异步电动机电源的相序进行反接制动。

图2.21 单向反接制动控制电路

反接制动是利用改变电动机电源相序,使定子绕组产生的旋转磁场与转子旋转方向相反,因而产生制动转矩的一种制动方法。应注意的是,但电动机转速接近零时,必须立即断开电源,否则电动机会反向旋转。

在反接制动时,电动机定子绕组流过的电流相当于全压直接启动时电流的 2 倍,为了限制制动电流对电动机转轴的机械冲击力,往往在制动过程中在定子电路中串入电阻。

(1)单向反接制控制线路

单向运行的三相异步电动机反接制动控制线路如图2.21 所示。图中KM1 为单向旋转接触器,KM2 为反接制动接触器,KV为速度继电器,R为反接制动电阻。

线路的工作过程如下:

合上电源开关QS,按下启动按钮SB2,接触器KM1 线圈通电并自锁,电动机在全压下启动运行,当转速升到某一值(通常为大于 120 r/min)以后,速度继电器KV的动合触点闭合,为制动接触器KM2 的通电做准备。

停车时,按下停车按钮SB1,KM1 断电,电动机定子绕组脱离三相电源,但电动机因惯性仍以很高速度旋转,KV原闭合的常开触点仍保持闭合;当将SB1 按到底,使SB1 常开触点闭合,KM2 通电并自锁,电动机定子串接二相电阻接上反序电源,电动机进入反制动状态。电动机转速迅速下降,当电动机转速接近 100 r/min时,KV常开触点复位,KM2 断电,制动过程结束。

(2)电动机可逆运行反接制动控制线路

图2.22 为可逆运行反接制动控制线路。图中KM1、KM2 为正、反转接触器,KM3 为短接电阻接触器,KA1~KA3 为中间继电器,KV为速度继电器。其中,KV1 为正转闭合触点,KV2为反转闭合触点,R为启动与制动电阻。

图2.22 可逆运行反接制动控制电路

电路工作过程如下:合上电源开关QS,按下正转启动按钮SB2,KM1 通电并自锁,电动机串入电阻接入正序电源启动;当转速升高到一定值时KV1 触点闭合,KM3 通电,短接电阻,电动机在全压下启动进入正常运行。

需停车时,按下停止按钮SB1,KM1、KM3 相继断电,电动机脱开正序电源并串入电阻,同时KA3 通电,其常闭触点又再次切断KM3 电路,使KM3 断开,保证电阻R串接于定子电路中。由于电动机转子的惯性转速仍很高,KV1 仍然保持闭合,使KA1 通电,触点KA1(3-12)闭合使KM2 通电,电动机串接电阻接上反序电源,实现反接制动;另一触点KA1(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。当电动机转速下降到 100 r/min时,KV1 断开,KA1 断电,KM2、KA3 同时断电,反接制动结束,电动机停止。

电动机反向启动和停车反接制动过程与上述工作过程相同,读者可自行分析。

2.4.2 能耗制动

能耗制动是把在运动过程中存储在转子中的机械能转变为电能,又消耗在转子电阻上的一种制动方法。将正在运转的三相笼型异步电动机从交流电源上切除,向定子绕组通入直流电流,便在空间产生静止的磁场,此时电动机转子因惯性而继续运转,切割磁感应线,产生感应电动势和转子电流;转子电流与静止磁场相互作用,产生制动力矩,使电动机迅速减速停车。

(1)按时间原则控制的单向运行能耗制动控制电路

图2.23 为按时间原则进行能耗制动的控制电路。图中KM1 为单向运行接触器,KM2 为能耗制动接触器,KT为时间继电器,T为整流变压器,VC为桥式整流电路。

图2.23 时间原则控制的单向能耗制动控制电路

线路的工作过程如下:

启动时,合上电源开关QS,按下正转启动按钮SB2,接触器KM1 通电并自锁,主触点接通电动机主电路,电动机在全压下启动运行。

停车时,按下停止按钮SB1,其动断触点使KM1 线圈断电,切断电动机交流电源;SB1 的动合触点闭合,接触器KM2、时间继电器KT线圈通电并经KM2 的辅助触点和KT的瞬动触点自锁;同时,KM2 的主触点闭合,给电动机二相定子绕组接入直流电源进行能耗制动。电动机在能耗制动作用下转速迅速下降,当接近零时,KT延时时间到,其延时触点动作,使KM2、KT线圈相继断电,切断直流电源,制动过程结束。图中利用KM1 和KM2 的动断触点进行互锁的目的是防止交流电和直流电同时加入电动机的定子绕组。

(2)按速度原则控制的可逆运行能耗制动控制电路

图2.24 为按速度原则控制的可逆运转能耗制动控制电路。图中KM1、KM2 为正反转接触器,KM3 为制动接触器。

电路工作过程如下:合上电源开关QS,根据需要可按下正转或反转启动按钮SB2 或SB3,相应接触器KM1 或KM2 通电并自锁,电动机正常运转。此时速度继电器相应触点KV1 或KV2 闭合,为停车时接通KM3,实现能耗制动准备。

停车时,按下停止按钮SB1,电动机定子绕组脱离三相交流电源,同时KM3 通电,电动机定子接入直流电源进入能耗制动,转速迅速下降,当转速降至 100 r/min时,速度继电器KV1或KV2 触点断开,此时KM3 断电。能耗制动结束,以后电动机自然停车。

图2.24 速度原则控制的可逆运行能耗制动控制电路

2.4.3 两种制动方法的比较

能耗制动的特点是制动电流小,能量损耗小,制动准确度,但它需直流电源,制动速度较慢,所以它适用于要求平稳制动的场合。

反接制动的优点是制动能力强,制动时间短,缺点是能量损耗大,制动时冲击力大,制动准确度差。它适用于制动要求迅速、系统惯性大、制动不频繁的场合。 zldVe5D5etgNZX/+VEmLHVXJjZlPsUotc8UIRrtukPQVlunTD6Fb5HOhcIdJsjbB

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