电力制动的方法与应用

使电动机在切断电源停转的过程中，产生一个和电动机实际旋转方向相反的电磁力矩（制动力矩），迫使电动机迅速制动停转的方法叫作电力制动。电力制动常用的方法有反接制动、能耗制动和再生发电制动等。

1.能耗制动

1）能耗制动原理

在图5-112（a）所示电路中，断开电源开关QS1，切断电动机的交流电源后，这时转子仍沿原方向惯性运转；随后立即合上开关QS2，并将QS1向下合闸，电动机V、W两相定子绕组通入直流电，使定子中产生一个恒定的静止磁场，这样做惯性运转的转子因切割磁感线而在转子绕组中产生感应电流，其方向用右手定则判断，如图5-112（b）所示。转子绕组中一旦产生了感应电流，又立即受到静止磁场的作用，就会产生电磁转矩，用左手定则判断可知，此转矩的方向正好与电动机的转向相反，使电动机受到制动迅速停转。

图5-111　电磁抱闸制动器通电制动控制电路

A—弹簧；B—衔铁；C—线圈；D—铁芯；E—闸轮；F—闸瓦；G—杠杆。

图5-112　能耗制动原理

由以上分析可知，这种制动方法是在电动机切断交流电源后，通过立即在定子绕组的任意两相中通入直流电，以消耗转子惯性运转的动能来进行制动的，所以称为能耗制动。

2）制动直流电源

能耗制动时产生的制动力矩大小与通入定子绕组的直流电流大小、电动机转速的高低以及转子电路中的电阻有关。电流越大产生的磁场就越强，而转速越高，转子切割磁场的速度就越大，产生的制动力矩也就越大。对于笼型异步电动机，增大制动力矩只能通过增大通入电动机的直流电流来实现，而通入的直流电流又不能太大，过大会烧坏电动机定子绕组。在定子绕组中串入电阻，以限制能耗制动电流。因此，能耗制动所需的直流电源要进行计算。计算步骤如下：

（1）首先测量出电动机三相绕组中任意两相之间的电阻R（Ω），也可通过查阅电动机手册得知。

（2）测量电动机的空载电流I0（A）。可查阅电动机手册，也可估算，一般小型电动机的空载电流约为额定电流的30%～70%，大中型电动机的空载电流约为额定电流的20%～40%。

（3）计算能耗制动所需的直流电流IL=KI0（A），以及直流电压UL=ILR（V）。K一般取3.5～4，转速高、惯性大的电动机取上限值4。

（4）选择变压器。

①变压器次级电压U2=UL/0.9（V）。

②变压器次级电流I2=IL/0.9（A）。

③变压器容量S=U2I2（V·A）。

不频繁制动可取S=（1/3～1/4）（V·A）。

（5）选择整流二极管。二极管选择一般考虑流过二极管的平均电流IF和二极管承受的最大反向电压URM。

IF=0.5IL,URM=1.57UL

（6）选择可调电阻，阻值取2 Ω，功率P=I2LR（W）。

3）单向启动能耗制动自动控制电路

无变压器单相半波整流单向启动能耗制动自动控制电路如图5-113所示，电路采用单相半波整流器作为直流电源，所用附加设备较少，电路简单，成本低，常用于10 kW以下小容量电动机，且对制动要求不高的场合。

图5-113　无变压器单相半波整流单向启动能耗制动自动控制电路

图5-113中KT瞬时闭合常开触点的作用是：当KT出现线圈断线或机械卡住等故障时，按下SB2后能使电动机制动后脱离直流电源。

4）有变压器单相桥式整流单向启动能耗制动自动控制电路

对于10 kW以上容量的电动机，多采用有变压器单相桥式整流单向启动能耗制动自动控制电路，如图5-114所示。其中直流电源由单相桥式整流器VC供给，TC是整流变压器，电阻R用来调节直流电流，从而调节制动强度，整流变压器一次侧与整流器的直流侧同时进行切换，有利于提高触点的使用寿命。

原理分析：

首先合上电源开关QS。

启动：

图5-114　有变压器单相桥式整流单向启动能耗制动自动控制电路原理

停止制动：

2.反接制动

1）反接制动原理

在图5-115（a）所示电路中，当QS向上投合时，电动机定子绕组电源电压相序为L1-L2-L3，电动机将沿旋转磁场方向（图5-115（b）中顺时针方向），以n＜n1（同步转速）的转速正常运转。

当电动机需要停转时，拉下开关QS，使电动机先脱离电源（此时转子由于惯性仍按原方向旋转）。随后，将开关QS迅速向下投合，由于L1、L2两相电源线对调，电动机定子绕组电源电压相序变为L2-L1-L3，旋转磁场反转（图5-115（b）中的逆时针方向），此时转子将以n1+n的相对转速沿原转动方向切割旋转磁场，在转子绕组中产生感应电流，用右手定则判断出其方向如图5-115（b）所示。而转子绕组一旦产生电流，又受到旋转磁场的作用，就产生电磁转矩，其方向可用左手定则判断出来，如图5-115（b）所示。可见，此转矩方向与电动机的转动方向相反，使电动机受到制动迅速停转。

可见，反接制动是依靠改变电动机定子绕组的电源相序来产生制动力矩，迫使电动机迅速停转的。

图5-115　反接制动原理

各种机械设备上，当电动机转速接近零值时，应立即切断电动机电源，否则电动机将反转。为此，在反接制动设施中，为保证电动机的转速被制动到接近零值时，能迅速切断电源，防止反向启动，常利用速度继电器来自动地及时切断电源。

2）单向启动反接制动控制电路

图5-116所示为单向启动反接制动控制电路，此电路的主电路和正反转控制电路的主电路相同，只是在反接制动时增加了三个限流电阻R。电路中KM1为正转运行接触器，KM2为反接制动接触器，KS为速度继电器，其转轴与电动机转轴相连。

图5-116　单向启动反接制动控制电路

3）双向启动反接制动控制电路

双向启动反接制动控制电路如图5-117所示。电路工作原理如下。

图5-117　三相异步电动机双向启动反接制动控制电路原理

（1）正转。(www.xing528.com)

（2）正转停止制动。

（3）反转。

（4）反转停止制动。

反接制动时，由于旋转磁场与转子的相对转速（n1+n）很高，故转子绕组中感应电流很大，致使定子绕组中的电流很大，一般约为电动机额定电流的10倍。因此，反接制动适用于10 kW以下小容量电动机的制动，并且对4.5 kW以上的电动机进行反接制动时，需在定子绕组回路中串入限流电阻R，以限制反接制动电流。

反接制动的优点是制动力强，制动迅速。缺点是制动准确性差，制动过程中冲击强烈，易损坏传动零件，制动能量消耗大，不宜经常制动。因此，反接制动一般适用于制动要求迅速、系统惯性较大、不经常启动与制动的场合，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。

操作训练

训练项目　安装与调试三相异步电动机单向启动反接制动控制电路

一、工作准备

1.工具、仪表与材料准备

（1）完成本任务所需工具与仪表为螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、万用表等。

（2）完成本任务所需材料明细表如表5-18所示。

表5-18　三相异步电动机单向启动反接制动控制电路电气元件明细表

2.绘制电气元件布置图

根据原理图绘制电气元件布置图，如图5-118所示。实际工作中，速度继电器安装在电动机轴上，所以控制板上不安装速度继电器。

3.绘制电路接线图

三相异步电动机单向启动反接制动控制电路接线图如图5-119所示。

二、实训过程

1.检测电气元件

根据表5-18配齐用电气元件，其各项技术指标应符合规定要求，目测其外观无损坏，手动触点动作灵活，并用万用表进行质量检验，如不符合要求，则予以更换。

2.安装电路

1）安装电气元件

图5-118　三相异步电动机单向启动反接制动控制电路电器元件布置

图5-119　三相异步电动机单向启动反接制动控制电路接线

在控制板上按图5-118安装电气元件和走线槽，实物布置图如图5-120所示。

2）布线

布线完成的电路板如图5-121所示。

图5-120　三相异步电动机单向启动反接制动控制电路实物布置

图5-121　三相异步电动机单向启动反接制动控制电路电路板

3）安装电动机

4）通电前检测

（1）对照原理图、接线图检查，确保连接无遗漏。

（2）万用表检测：在确保电源切断情况下，分别测量主电路、控制电路通断是否正常。

①未压下KM1、KM2时测量L1-U、L2-V、L3-W；压下KM1后再次测量L1-U、L2-V、L3-W；压下KM2后再次测量L1-W、L2-V、L3-U。

②未压下启动按钮SB1时，测量控制电路电源两端（U11-V11）。

③压下启动按钮SB1后，测量控制电路电源两端（U11-V11）。

3.通电试车

特别提示：

通电试车前要检查安全措施，试车时要遵守安全操作规程，出现故障时要停电检查。

4.整理现场

整理现场工具及电气元件，清理现场，根据工作过程填写任务书，整理工作资料。

三、注意事项

（1）安装速度继电器前，要弄清楚其结构，辨明常开触点的接线端。

（2）安装时，采用速度继电器的连接头与电动机转轴直接连接的方法，并使两轴中心线重合。

（3）通电试车时，若制动不正常，可检查速度继电器是否符合规定要求。若需调节速度继电器的调整螺钉，必须切断电源，以防止出现相对地短路事故。

（4）速度继电器动作值和返回值的调整，应先由教师示范后，再由学生自己调整。

（5）制动操作不宜过于频繁。

（6）通电试车时，必须有指导教师在现场监护，同时做到安全文明生产。