三相异步电动机制动控制线路优化方案

学习目标

（1）熟悉电磁抱闸制动器的结构和工作原理，会正确安装电磁抱闸制动器通、断电制动控制线路。

（2）熟悉他励直流电动机制动的目的和制动的概念。

（3）掌握他励直流电动机制动的操作方法。

任务分析

交流电动机断开电源以后，由于惯性作用不会马上停止转动，而是需要转动一段时间才能全停下来。这种电动机会对某些生产机械不适宜，例如：起重机的吊钩、万能铣床的立即停转等，要满足生产机械的这种要求，就需要对电动机进行制动。

知识链接

所谓制动就是给电动机一个与转动方向相反的转矩使它迅速停转。制动的方法一般有两类：机械制动和电气制动。所谓的机械制动是用机械装置产生机械力来强迫电动机迅速停车。电气制动是使电动机的电磁转矩方向与电动机旋转方向相反，起制动作用。电气制动有反接制动、能耗制动、再生制动以及派生的电容制动等。这些制动方法各有特点，适用不同场合，本任务介绍几种典型的制动控制电路。

1.电动机单向反接制动控制

反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。电源反接制动时，转子与定子旋转磁场的相对转速接近两倍的电动机同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全压启动时启动电流的两倍，因此反接制动制动转矩大，制动迅速，冲击大，通常适用于10 kW及以下的小容量电动机。为了减小冲击电流，通常在笼型异步电动机定子电路中串入反接制动电阻。定子反接制动电阻接法有三相电阻对称接法和在两相中接入电阻的不对称接法两种。显然，采用三种电阻对称接法既限制了反接制动电流又限制了制动转矩，而采用不对称电阻接法只限制了制动转矩，但对未串制动电阻的那一相仍具有较大的电流。另外，当电动机转速接近零时，要及时切断反相序电源，以防电动机反向再启动，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。

图5－22所示为电动机单向反接制动控制电路。图5－22中KM1为电动机单向运行接触器，KM2为反接制动接触器，KS为速度继电器，R为反接制动电阻。启动电动机时，合上电源开关，按下SB2，线圈通电并自锁，主触头闭合，电动机全压启动，当与电动机有机械连接的速度继电器转速超过其动作值时，其相应触头闭合，为反接制动做准备。停止时，按下停止按钮，常闭触头断开，使线圈断电释放，主触头断开，切断电动机原相序三相交流电源，电动机仍以惯性高速旋转。当将停止按钮按到底时，其常开触头闭合，使线圈通电并自锁，电动机定子串入三相对称电阻R接入反相序三相交流电源进行反接制动，电动机转速迅速下降。当转速下降到释放转速时，释放KS，常开触头复位，断开线圈KM1电路，主触头断开电动机反相序交流电源，反接制动结束，电动机自然停车至零。

2.电动机可逆运行反接制动控制

图5－23所示为电动可逆运行反接制动控制电路。图5－23中KM1、KM2、KM3为电动机正、反转接触器，KA3为短接制动电阻接触器，KA1、KA2、KA4为中间继电器，KS为速度继电器，KM3为正转闭合触头，KM1为反转闭合触头。电阻R启动时起定子串电阻减压启动作用，停车时，电阻又作为反接制动电阻。

图5－22　电动机单向反接制动控制电路

电路工作原理：合上电源开关，按下正转启动按钮，正转中间继电器线圈通电并自锁，其常闭触头断开，互锁了反转中间继电器线圈电路，常开触头闭合，使接触器线圈通电，主触头闭合使电动机定子绕组经电阻接通正相序三相交流电源，电动机开始正转减压启动。当电动机转速上升到一定值时，速度继电器正转常开触头闭合，中间继电器通电并自锁。这时由于KM1的常开触头闭合，接触器线圈通电，于是电阻被短接，定子绕组直接加以额定电压，电动机转速上升到稳定工作转速。所以，电动机转速从零上升到速度继电器常开触头闭合这一区间是定子串电阻减压启动。

图5－23　电动机可逆运行反接制动控制电路

在电动机正转运行状态须停车时，可按下停止按钮，则线圈相继断电释放，但此时电动机转子仍以惯性高速旋转，使速度继电器仍维持闭合状态，中间继电器仍处于吸合状态，所以在接触器常闭触头复位后，接触器线圈便通电吸合，其常开主触头闭合，使电动机定子绕组经电阻获得反相序三相交流电源，对电动机进行反接制动，电动机转速迅速下降，当电动机转速低于速度继电器释放值时，速度继电器常开触头复位，线圈断电，接触器线圈断电释放，反接制动过程结束。

电动机反向启动和反接制动停车控制电路工作情况与上述相似，不同的是速度继电器起作用的是反向触头，中间继电器替代了速度继电器，其余情况相同，在此不再复述。

3.电动机单向运行能耗制动控制

能耗制动是在电动机脱离三相交流电源后，向定子绕组内通入直流电源，建立静止磁场，转子以惯性旋转，转子导体切割定子恒定磁场产生转子感应电动势，从而产生转子感应电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用产生制动的电磁转矩达到制动的目的。在制动过程中，电流、转速和时间三个参量都在变化，可任取一个作为控制信号。按时间作为变化参量，控制电路简单，实际应用较多，图5－24所示为电动机单向运行时间原则控制能耗制动控制电路。

图5－24　电动机单向运行时间原则能耗制动控制电路(www.xing528.com)

电路工作原理：电动机现已处于单向运行状态，所以通电并自锁。若要使电动机停转，只要按下停止按钮，线圈断电释放，其主触头断开，电动机断开三相交流电源。线圈同时通电并自锁，主触头将电动机定子绕组接入直流电源进行能耗制动，电动机转速迅速降低，当转速接近零时，通电延时时间继电器延时时间到，常闭延时断开触头动作，使线圈相继断电释放，能耗制动结束。

图5－24中的瞬动常开触头与自锁触头串接，其作用是：当发生线圈断线或机械卡住故障，致使常闭通电延时断开触头断不开，常开瞬动触头也合不上时，只要按下停止按钮，即可成为点动能耗制动。若接触器的常开瞬动触头串接常开触头，在发生上述故障时，按下停止按钮后，将使线圈长期通电吸合，使电动机两相定子绕组长期接入直流电源。

4.电动机可逆运行能耗制动控制

图5－25所示为速度原则控制电动机可逆运行能耗制动电路。图5－25中KM1和KM2为电动机正、反转接触器，KM3为能耗制动接触器，KS为速度继电器。

图5－25　速度原则控制电动机可逆运行能耗制动控制电路

电路工作原理：合上电源开关，根据需要按下正转或反转启动按钮SB2或SB3，相应接触器或线圈通电吸合并自锁，电动机启动旋转。此时速度继电器相应的正向或反向触头闭合，为停车接通实现能耗制动做准备。

停车时，按下停止按钮，电动机定子三相交流电源切除。当按到底时，线圈通电并自锁，电动机定子接入直流电源进行能耗制动，电动机转速迅速降低，当转速下降到低于设定值时，速度继电器释放，其触头在反力弹簧作用下复位断开，使线圈断电释放，切除直流电源，能耗制动结束，以后电动机依惯性自然停车至零。

对于负载转矩较为稳定的电动机，能耗制动时采用时间原则控制为宜，因为此时对时间继电器的延时整定较为固定。而对于能够通过传动机构来反映电动机转速时，采用速度原则控制较为合适，视具体情况而定。

5.无变压器单管能耗制动控制

对于以下电动机，在制动要求不高时，可采用无变压器单管能耗制动。图5－26所示为无变压器单管能耗制动电路。图5－26中KM1为线路接触器，KM2为制动接触器，KT为能耗制动时间继电器。该电路整流电源电压为380 V，由主触头接至电动机定子绕组，经整流二极管接至电源中性线构成闭合电路。制动时电动机W相由主触头短接，因此只有单方向制动转矩。

图5－26　电动机无变压器单管能耗制动电路

电路工作原理：先合上电源开关Q。

6.机械制动控制电路

机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。常用的机械制动装置有电磁抱闸和电磁离合器。下面仅介绍电磁抱闸制动控制。

电磁抱闸由电磁铁和闸瓦制动器两部分组成。图5－27（a）所示为电磁抱闸制动原理图。在电动机启动旋转时，电磁铁线圈同时通电，在电磁吸力作用下，克服弹簧力将制动轮上的制动闸瓦张开，脱离与电动机同轴的制动轮，实现电动机的自由旋转。当电动机要停转时，在断开电动机三相交流电源的同时也断开电磁铁线圈电源，电磁吸力消失，在弹簧力作用下将制动闸瓦紧紧压在制动轮上，使电动机迅速停转。

图5－27（b）所示为电磁抱闸断电制动控制电路。电路工作原理：合上电源开关，接通控制电路电源，启动电动机时，按下启动按钮，接触器线圈通电，其常开主触头闭合，使电磁铁线圈通电，制动闸松开制动轮。与此同时，接触器线圈通电并自锁，电动机启动运行。停车时，按下停止按钮，接触器线圈同时断电释放，接着线圈断电，电动机脱离三相交流电源，同时电磁抱闸在弹簧作用下，制动闸瓦将制动轮紧紧抱住，电动机迅速停转。

电磁抱闸制动比较安全可靠，能实现准确停车，被广泛应用在起重设备上。

图5－27　电磁抱闸制动控制

（a）电磁抱闸制动原理；（b）电磁抱闸断电制动控制电路