三相异步电动机制动的控制方法

拖动生产机械的异步电动机与直流电动机一样，有制动的要求。有时是由于生产上或安全上的原因，电动机要求迅速停车；有时则要在运行中加一定的制动转矩使电动机低速运行。因此，制动对于提高劳动生产效率和保证设备、人身安全是很重要的。

异步电动机的制动状态有回馈制动、反接制动和能耗制动3种。其共同特点是电动机的转矩T与转速n的方向相反，也是一种人为控制的工作状态，此时电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能。

1.能耗制动

1）能耗制动的实现

这种方法是把异步电动机的定子绕组从交流电源上切断后接到直流电源上，如图7.5.22所示。为了限制转子电流和得到不同的制动特性，在转子电路中需要接入制动电阻RZ。由于定子绕组改用直流励磁，绕组的感抗为零，所以在定子电路也需要接入励磁限流电阻Rf以得到所需要的直流电流。这时流过定子绕组的直流电流在空间产生一个静止磁场，而转子由于惯性继续按原方向在静止磁场中转动，所以在转子绕组中将产生感应电动势和电流，根据左、右手定则不难确定这时转子电流与静止磁场相互作用产生了制动转矩，使电动机减速，最后停止。因为这种方法是将转子的动能转化为电能，并消耗在转子电路的电阻上，因此称为能耗制动。

图7.5.22　能耗制动

2）能耗制动的机械特性

从上述可见，异步电动机在能耗制动时，产生转矩的原理和电动状态是相似的，因此它们的机械特性也应该相似，所不同的仅在于磁场与转子相对速度的大小。在电动状态时，表示相对速度的转差率为，而在能耗制动时，由于磁场是静止不动的，转子对磁场的相对速度也就是转子的转速n，因此制动时的转差率为，当n=nS时，SZ=1；当n=0时，SZ=0。所以能耗制动时的机械特性可以看成是倒过来的电动机的机械特性，如图7.5.23所示。图中第一象限内是电动机的固有机械特性曲线，第二象限内是能耗制动特性曲线。能耗制动机械特性曲线的形状与定子通入的直流和转子中的电阻有关，在相同直流电流的情况下，转子电阻越大，特性曲线越向上方偏移，但最大转矩不变，如图7.5.23中曲线1和2。而在同一转子电阻下，定子直流电流越大，则在同一转速下的转矩越大，如图7.5.23中曲线1和3（曲线1的直流大于曲线3的直流）。由此可见，改变通入定子中的直流电流的大小或转子电路中的电阻，都可以改变制动转矩。而且当电动机转速下降为零时，其制动转矩亦降为零，所以运用能耗制动能使生产机械准确停车，被广泛用于矿井提升和起重运输等生产机械上。

图7.5.23　能耗制动时的机械特性曲线

2.回馈制动

1）回馈制动的实现

在起重设备中，当重物下降时，电动机处在反转电动状态下，如图7.5.24（a）所示，因而在位能负载转矩作用下，转子转速大于同步转速，如图7.5.24（c）所示，即n＞nS，转差率S＜0。此时电动机转子导体对磁场的相对运动方向改变，所以转子电动势、电流和电磁转矩也随之改变，这样电磁转矩方向与转子旋转方向相反，变为制动转矩，这就限制了重物下放的速度，保证设备与人身的安全。因此电动机工作时如同一台与电网并联的异步发电机，供电给电网，故称为回馈制动状态。

图7.5.24　回馈制动

2）回馈制动的功率关系

因回馈制动时转差率S＜0，所以电磁功率，表明电磁功率是从转子通过气隙传递到定子的。同时机械功率（1-S）PM=（1+|S|）PM＜0，表示机械功率是输入的，其中一部分变为电磁功率PM。经定子回馈给电网的另一部分变成转差功率SPM 消耗在转子电阻中。另外，异步电动机定子必须接到电网上，并从电网吸取无功功率以产生磁场。

3）回馈制动的特性曲线

当异步电动机带动提升机构时，可以工作在回馈制动状态下降位能负载。为了使电动机从提升位能负载转变为回馈制动状态下降位能负载，可依靠反接定子来实现，如图7.5.25所示机械特性上的f点或e点。要使回馈制动下降位能负载的速度不至于太高，通常电动机都是工作在固有特性上，如图7.5.25中的f点所示。如果转子串入电阻，在同样的位能转矩作用下，电动机的转速将稳定在较高的数值上，如图7.5.25中的e点所示。因此回馈制动下降位能负载时，转子电路不宜接入过大的电阻。(www.xing528.com)

当异步电动机采用变极方法调速时，在从高速降到低速的过程中，可以采取回馈制动实现迅速减速，如图7.5.26所示。

图7.5.25　回馈制动的特性曲线

图7.5.26　回馈制动的变极调速曲线

回馈制动能够将机械能转变为电能回馈给电网，对节约能源有利。但是，对于通常都是接在电网上运行的异步电动机来说，不能用回馈制动实现迅速停车，也不能在低于同步转速的情况下匀速下降位能负载，所以它的应用有一定的局限性。

3.反接制动

异步电动机的转子旋转方向与定子旋转磁场的方向相反时，电动机即进入反接制动状态。这时，电动机的转差率1。电动机的转子感应电势、电流和电磁转矩的方向如图7.5.27（b）所示。由图可见，电磁转矩的方向与转子旋转方向相反，变为制动转矩。由于转差率S符号不变，和图7.5.27（a）电动运行状态比较，这时转子导体与磁场相对运动方向不变，转子电势和电流方向不变，所以定子电流方向也应不变，仍然从电网获得输入电功率。

图7.5.27　反接制动

1）倒拉反接制动

在绕线式电动机提升重物时，不改变电动机的电源接线，如果不断增加转子电路电阻，电动机的转子电流和电磁转矩大为减小，其转速也不断下降。若电阻达到一定值时，可使转速为零。如果再增加电阻，电动机产生的转矩小于负载转矩，则电动机将被重物抱着反转。这时电动机的转动方向与旋转磁场的方向相反而产生制动作用，称为倒拉反接制动。在这种制动转矩的作用下，限制了重物下降的速度，因此这种制动方法常用于起重机低速下放重物。

2）电源反接制动

（1）电源反接制动的实现。电源反接制动是通过改变电动机定子的相序来实现的。当电动机带动生产机械在图7.5.28中A点运行时，为了迅速停车或反转，可将电源线任意对调两极，则电动机的旋转磁场立刻改变转向。而电动机转子由于惯性作用，仍然保持原来的转向。此时电动机的转矩方向与转子的转动方向相反而起制动作用，这种制动称为电源反接制动。

（2）电源反接制动时的机械特性。电源反接制动的机械特性曲线如图7.5.28所示。在电源反接前，电动机稳定运行在固有特性曲线上的A点。电源反接后，定子磁场的旋转方向与电动状态的旋转方向相反，所以这时电动机的机械特性曲线绕坐标系旋转180°，如图7.5.28中第三象限所示，它的理想空载转速为M。但在电源反接瞬间，电动机和生产机械本身由于机械惯性的作用，转子的速度来不及改变。因此，对于原来运行在第一象限中的A点现在过渡到第二象限BC线上的B点运行，在电磁制动转矩作用下，迫使电动机沿BC线迅速下降，直到电动机速度下降到零（如图7.5.28中的C点），反接制动过程结束。如欲停车，必须立即切断电源，否则电动机就进入反向启动过程。

图7.5.28　电源反接制动

在电源反接制动过程中（如图7.5.28中的BC段），电动机的转差率1，并且在反接开始时（图7.5.28中的B点），n≈nS。如果转子电路中不串接制动电阻，则此时制动电流将比启动电流还要大。但因这时转子电流频率和感抗较大，功率因数很低，制动转矩比启动转矩还要小（TB＜TA）。为了限制过大的制动电流和增大制动转矩以提高制动效果，在绕线式电动机中，一般在转子电路中接入制动电阻R。接入制动电阻后的机械特性如图7.5.28中的BC线，这样在制动开始时可获得较大的制动转矩（＞TB）。因此改变制动电阻的数值，就可以调节制动转矩的大小，以适合各种生产机械的要求。同样制动电阻可采用分段（一般取2～6段）切除，使制动转矩保持在一定数值范围之内，以提高制动效果。

这种制动方法的优点是制动迅速，但很不经济，电能消耗大，有时可能会出现反转，多用于经常正、反转的生产机械。