控制及应用技术

在实际运用中，有些生产机械往往需要快速、准确地停车，而电动机在脱离电源后，由于机械惯性的存在，完全停止需要一段时间，这就要求对电动机采取有效措施进行制动。三相异步电动机的制动主要有两大类，即机械制动和电力制动。

在切断电源后，利用机械装置使电机迅速停转的方法称为机械制动。应用较普遍的机械制动装置有电磁抱闸和电磁离合器两种。

使电机在切断电源后，产生一个和电机实际旋转方向相反的电磁力矩（制动力矩），迫使电机迅速停转的方法称为电力制动。常用的电力制动方法有反接制动和能耗制动等。本阶段主要介绍电力制动。

1.反接制动

当异步电动机带动负载稳定运行在电动状态时，突然改变定子电源相序，使异步电机的旋转磁场瞬间与转速相反，电动机便进入了反接制动状态。

对于绕线式异步电机，为了限制反接制动时过大的电流冲击，电源相序反接的同时在转子电路中串接较大电阻，对于笼型异步电机可在定子回路中串入电阻。具体电路及分析详见第6章。

对于稳定电动运行的异步电机，相序突然反接以后，其最终的运行状态及负载形式与大小有关。所谓反接制动，只是指电机的旋转磁场和转速相反的在第Ⅱ象限的一段运行过程。

三相异步电动机反接制动停车速度较快，但能量损失较大。一些频繁正、反转的生产机械，经常采用反接制动停车接着反向启动，就是为了迅速改变转向，提高生产率。反接制动停车的制动电阻计算，应根据所要求的最大制动转矩进行。为了简单起见，可以认为反接制动后瞬间的转差率s≈2，处于反接制动机械特性范围（s＝0～sm）内。由于鼠笼型异步电动机转子回路无法串电阻，因此反接制动不能过于频繁。

2.能耗制动

能耗制动是当三相异步电动机处于电动运行状态，并有转速n时，切断电动机的三相交流电源，并立即把直流电通入它的定子绕组的运行状态，具体电路及分析详见第6章。

能耗制动时，在电源切换后的瞬间，直流电流If从A相流入B相流出，如图3-22（a）所示。If在A、B两相绕组产生空间固定磁动势FA和FB，其合成磁动势Ff是一个不旋转的空间固定磁通势，如图3-22（b）所示。

图3-22　异步电动机定子通入直流时的磁动势

在电源切换后，由于电机继续以转速n转动，所以转动的转子绕组切割空间磁动势Ff感应电动势E2S，E2S引起电流I2S，转子电流I2S与恒定磁场作用产生转矩Tem，根据左手定则可以判定Tem的方向与转速n的转向相反，如图3-23所示。(www.xing528.com)

如果电动机拖动的负载为反抗性恒转矩负载，在制动转矩作用下，电动机减速运行。直至转速n＝0时，磁动势Ff与转子相对静止，E2s＝0，I2s＝0，Tem＝0，减速过程终止。

上述制动停车过程中，系统原来贮存的动能消耗了，这部分能量主要被电动机转换为电能消耗在转子回路中，与他励直流电动机的能耗制动过程相似。因此，上述过程亦称为能耗制动过程。

图3-23　异步电动机能耗制动力产生原理

3.倒拉反转运行

三相绕线式异步电动机拖动位能性恒转矩负载运行时，转子回路内串入较大电阻值，使电机反转运行于第Ⅳ象限的运行状态，称为倒拉反转运行状态。

前面分析人为机械特性时已知，三相绕线式异步电动机转子串电阻可以使转速降低，如果拖动位能性恒转矩负载运行时，所串的电阻超过某一数值后，电动机还要反转，进入倒拉反转运行状态。

正常运行时，转子回路不串入电阻，电动机带动重物以转速nA稳定上升，电机运行于图3-24中的固有机械特性（曲线1）上的A点。倒拉反转运行时，转子回路串入电阻Rc，此时电动机的机械特性变为曲线2，运行点从A点平移到曲线2上的B点，使电机转矩小于负载转矩，拖动系统减速运行。当n＝0时的C点上，电机转矩仍小于负载转矩，电机将在位能负载的倒拉作用下沿曲线2反向加速转动，直到电机的电磁转矩等于负载转矩为止，电机稳定运行于倒拉制动状态的D点。显然在倒拉制动状态是一种稳定运行状态。在这种状态下电机的旋转磁场转向没变，而电机转速变为－n，所以转差率为

图3-24　三相绕线式异步电动机的倒拉反转运行机械特性曲线

1—固有机械特性；2—转子回路串较大电阻的人为机械特性

倒拉反转运行是转差率s＞1的一种稳态，其功率关系与反接制动过程一样，电磁功率Pem＞0，机械功率Pm＜0，转子回路总铜损但是倒拉反转运行时负载向电动机送入机械功率是依靠负载贮存位能的减少。

4.回馈制动

异步电机的转速超过同步转速时，便进入回馈制动运行状态。在异步电机电力拖动系统中，只有在外界能量（位能、动能）的作用下，转速才有可能超过同步转速，引起电磁转矩反向成为制动转矩，电机进入回馈制动状态。异步电机回馈制动分为正向回馈制动和反向回馈制动两种情况。