電動機的制動方式

1、電動機的制動方式2009年06月26日 10:44電動機的制動方式 電動機的制動方式主要有機械制動和電氣制動，機械制動是通過機械裝置來卡住電機主軸，使其減速，如電磁抱閘、電磁離合器等電磁鐵制動器。電氣制動時在應用中多采用電氣制動，常用的電氣制動方式有： 1. 短接制動 制動時將電機的繞組短接，利用繞組自身的電阻消耗能量。由于繞組的電阻較小，耗能很快，有一定的危險性，可能燒毀電機。 2. 反接制動 直流電機制動，將電機的電源正負極反接，改變電樞電流的方向，這樣轉(zhuǎn)矩的方向也改變，使得轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的方向相反。交流電機制動采用改變相序的方法產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，原理類似。反接制動制動力強，制動迅速，控制電路簡單

2、，設備投資少，但制動準確性差，制動過程中沖擊力強烈，易損壞傳動部件。 3. 能耗制動 制動時在電機的繞組中串接電阻，電動機相當于發(fā)電機，將擁有的能量轉(zhuǎn)換成電能消耗在所串接電阻上。這種方法在各種電機制動中廣泛應用，變頻控制也用到了。從高速到低速（零速），這時電氣的頻率變化很快，但電動機的轉(zhuǎn)子帶著負載（生產(chǎn)機械）有較大的機械慣性，不可能很快的停止，這樣就產(chǎn)生反電勢EU（端電壓）電動機處于發(fā)電狀態(tài)，其產(chǎn)生反向電壓轉(zhuǎn)矩與原電動狀態(tài)轉(zhuǎn)矩相反，而使電動機具有較強的制動力矩，迫使轉(zhuǎn)子較快停下來但由于通常變頻器是交直交主電力AC/DC整流電路是不可逆的因此無法回饋到電網(wǎng)上去，結果造成主電路電容器二端電壓升高，

3、稱泵升電壓，當超過設定上限值電壓時，制動回路導通，這就是制動單元的工作過程，制動電阻流過電源，從而將動能變熱能消耗電壓隨之下降，待到設定下限值時即斷.這種制動方法屬不可控，制動力矩有波動，制動時間是可人為設定的。 制動電阻的選取經(jīng)驗： 電阻值越小，制動力矩越大，流過制動單元的電流越大; 不可以使制動單元的工作電流大于其允許最大電流，否則要損壞器件; 制動時間可人為選擇; 小容量變頻器(7.5KW)一般是內(nèi)接制動單元和制動電阻的; 當在快速制動出現(xiàn)過電壓時說明電阻值過大來不及放電，應減少電阻值. 4. 直流制動 主要用于變頻控制中。在電動機定子加直流電壓，此時變頻器的輸出頻率為零，這時定子產(chǎn)生靜

4、止的恒定磁場，轉(zhuǎn)動著的轉(zhuǎn)子切割此磁場產(chǎn)生制動力矩，迫使電動機轉(zhuǎn)子較快的停止，這樣電動機存諸的動能換成電能消耗于步電動機的轉(zhuǎn)子電路中。 5. 能量回饋制動 當采用有源逆變技術控制電機時，將制動時再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，并將電能消耗在電網(wǎng)上從而實現(xiàn)制動。能量回饋裝置系統(tǒng)具有的優(yōu)越性遠勝過能耗制動和直流制動所以近年來不少使用單位結合使用設備的特點紛紛提出要求配備能量回饋裝置的要求國外也僅有ABB、西門子、富士、安川、芬蘭Vacon等少數(shù)不多的公司能提供產(chǎn)品國內(nèi)幾乎空白。 6. 并聯(lián)電容制動 一種電容放電式三相單相伺服電機電制動方法，其特征在于：在旋轉(zhuǎn)的電機需要制動時，將原電

5、源輸入斷開，并同時將充有電能的電容連接在伺服電機繞組上，通過電機繞組放電，在電機內(nèi)產(chǎn)生直流磁場，在直流磁場作用下，使電機轉(zhuǎn)子制動，進行電機制動，同時電容的電能消耗，當電機制動后，電容的電能耗盡。其方法能耗溫升小，防止電機燒毀，電機壽命長，制動效果好。該結構便于現(xiàn)場更換，提高電制動效果，提高了電動執(zhí)行器的可靠性   單日志頁面顯示設置 關閉 網(wǎng)易首頁 網(wǎng)易博客 博客首頁 博客拍拍 精美風格 博客圈子 博客活動 娛樂中心 博客話題 找 朋 友 博客復制 手機博客 短信寫博 意見反饋 更多>> 窗體頂端搜 索窗體底端登錄| 注冊  琛天偉

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7、式附原理案列 工業(yè)變頻   2009-06-16 16:00   閱讀1384   評論1   字號： 大大  中中  小小 一、再生回饋制動再生回饋制動是在外加轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩改變方向成為制動轉(zhuǎn)矩的運行狀態(tài)。再生回饋制動與反接制動和能耗制動不同，再生回饋制動不能制動到停止狀態(tài)。二、反接制動反接制動是在電機定子三根電源線中的任意兩根對調(diào)而使電機輸出轉(zhuǎn)矩反向產(chǎn)生制動，或者在轉(zhuǎn)子電路上串接較大附加電阻使轉(zhuǎn)速反向，而產(chǎn)生制動。三、能耗制動電機在正常運行中，為了迅速停車，在電

8、機定子線圈中接入直流電源，在定子線圈中通入直流電流，形成磁場，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁場，而在轉(zhuǎn)子中形成感應電勢和電流，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與電機的轉(zhuǎn)速方向相反，產(chǎn)生制動作用，最終使電機停止。于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁場，而在轉(zhuǎn)子中形成感應電勢和電流，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與電機的轉(zhuǎn)速方向相反，產(chǎn)生制動作用，最終使電機停止。1.能耗制動的原理如果三相異步電動機定子繞組斷開三相電源后，則電機內(nèi)無磁通勢。從而電磁轉(zhuǎn)矩 0，電動機在負載轉(zhuǎn)矩作用下，自然停車，這是自然制動過程。能耗制動的電路原理圖如圖5.22所示，三相異步電動機定子繞組切斷三相交流電源后（1K斷開），同時，在定子繞組任意兩相上接入直流電流 ( 也稱直流

9、勵磁電流)，即接通開關2K，從而在電機內(nèi)形成一個不旋轉(zhuǎn)的空間位置固定的磁通勢 ，最大幅值為 。在三相交流電源切斷后的瞬間，電動機轉(zhuǎn)子由于機械慣性其轉(zhuǎn)速 不能突變，而繼續(xù)維持原逆時針方向旋轉(zhuǎn)。此時，直流電流 產(chǎn)生的空間固定不轉(zhuǎn)的磁通勢 相對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子是一個旋轉(zhuǎn)磁通勢；旋轉(zhuǎn)方向為順時針，轉(zhuǎn)速大小為 。這種相對運動導致了轉(zhuǎn)子繞組有感應電動勢 ，并產(chǎn)生電流 和電磁轉(zhuǎn)矩 ，根據(jù)左手定則可知， 的方向與磁通勢 相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是一樣的，但與轉(zhuǎn)速 的方向相反，電動機處于制動運行狀態(tài)，電機轉(zhuǎn)速迅速下降，直到轉(zhuǎn)速 時，磁通勢 與轉(zhuǎn)子相對靜止， 0, 0,  , 減速過程結束，電動機將停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了

10、快速制動停車。如果負載是反抗性負載，則電機轉(zhuǎn)速 將停車。如果負載是位能性負載，則電機轉(zhuǎn)速 時必須立即用機械抱閘，將電機軸剎住停車。圖5.22    能耗制動接線圖由于制動過程，轉(zhuǎn)軸的機械能轉(zhuǎn)換成電能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，因此，稱為能耗制動。2.能耗制動的機械特性三相異步電動機能耗制動的機械特性的推導類似于三相異步電動機固有機械特性的推導。當異步電動機切斷三相交流電源，接入直流電流 時的等值電路如圖5.23所示。它是轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)及轉(zhuǎn)子電路的頻率都折合到定子邊界的結果。        圖5.

11、23   能耗制動的等值電路            圖5.24   能耗制動的電流關系圖中 為能耗制動轉(zhuǎn)差率。當直流磁通勢 于轉(zhuǎn)子之間相對轉(zhuǎn)速（既轉(zhuǎn)差）不變時，即 ，且 的相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速為 ，則轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢 的大小和頻率為：圖中 為等值電流，它是通過三相異步電動機定子繞組接入直流電流 換算得到的。利用三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁通勢 等效替代直流磁通勢 的辦法，可推導出 與 的關系如下：當電動機定子繞組為 形接法時，有當電動機定子繞組

12、為形接法時，有根據(jù)等值電路畫出能耗制動時各電流之間的關系圖如圖5.24 所示，則      (5.25)忽略勵磁電阻 的鐵損耗作用，則                   (5.26)對于轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角 ，有             

13、60;                         (5.27)將式（5.26）、（5.27）代入式（5.25），整理各得則             (5.28)上式為能耗制動的機械特性表達式。和電動機運行狀態(tài)時的機械特性參數(shù)表達式推導

14、方法一樣，可導出能耗制動時的最大轉(zhuǎn)矩 及相應的轉(zhuǎn)差率 為                           (5.29)根據(jù)式（5.28）畫出三相異步電動機能耗制動時的機械特性如圖 5.25 所示，圖中曲線 圖5.25  能耗制動的機械特性      

15、60;              圖5.26  能耗制動過程1為直流電流為 ，轉(zhuǎn)子串入電阻 時的特性；曲線2為直流電流為 ，轉(zhuǎn)子串入電阻 時的特性；曲線3為直流電流為 ( )，轉(zhuǎn)子串入電阻 時的特性；曲線4為電機運行的固有特性。3.制動過程分析   三相異步電動機工作于電動運行狀態(tài)時，采用能耗制動停車，電動機的運行點如圖5.26所示。即 。改變直流電流 的大小而改變制動轉(zhuǎn)矩的大小，從而改變制動時間的大小。4.直流電流 的選擇對于三相鼠籠

16、式異步電動機取                     對于三相繞線式異步電動機取式中 為異步電動機的空載電流，一般取 。能耗制動廣泛應用于要求平穩(wěn)準確停車的場合。也可用于起重機一類帶位能性負載的機械限制重物下放的速度，使重物保持勻速下降，只需改變直流電流 的大?。ㄕ{(diào)節(jié)電位器 RP）或改變轉(zhuǎn)子回路串電阻R值，則可達到目的。5.3.2 反接制動三相異步電動機的反接制動分為定子電源反接的反接制動和倒拉

17、反接制動兩種1.定子電源反接的反接制動（1）反接制動原理三相繞線式異步電動機處于正常電動運行，當改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r，如圖5.27電路接線圖中1K斷開，2K閉合則改變了電源相序，電動機便進入了反接制動過程。由于電源相序改變，圓形旋轉(zhuǎn)磁場反向，而轉(zhuǎn)子不可能立即改變轉(zhuǎn)向，因而轉(zhuǎn)子感應電動勢反向，電流反向，則電磁轉(zhuǎn)矩也反向，電動機處于制動運行狀態(tài)，電動轉(zhuǎn)速迅速下降，直到轉(zhuǎn)速 ，電機將停轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了快速制動停車。（2）機械特性電動機的固有特性如圖5.28所示的曲線1。當定子兩相反接時，旋轉(zhuǎn)磁場改變方向，則同步轉(zhuǎn)速為 ，轉(zhuǎn)差率 ，反接制動機械特性變?yōu)榍€2。根據(jù)異步電動機等值電路中表示機械負載的附加電

18、阻 ，則機械功率為即負載向電動機內(nèi)輸入機械功率。而定子傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率為表明定子仍向電源吸收電功率，再由定子向轉(zhuǎn)子傳遞電磁功率。由于表明轉(zhuǎn)子回路的銅損耗來自定子吸收電源的電功率和負載送入的機械功率，這個數(shù)值很大。若不在轉(zhuǎn)子回路串入較大的電阻器，轉(zhuǎn)子銅損耗將無法消耗，將導致電機轉(zhuǎn)子繞組過熱而損壞，因此，電機轉(zhuǎn)子回路必須串入大電阻R，此時，反接制動的機械特性為曲線3。（3）制動過程分析三相繞線式異步電動機工作于電動狀態(tài)時，開關1K 閉合2K 斷開。當電機定子電源反接時，開關1K 斷開2K 閉合，同時轉(zhuǎn)子回路串入大電阻，即3K 斷開，電動機的運行點以 ，使得電動機快速停車。如果電動機拖動較小的反

19、抗性恒轉(zhuǎn)矩負載或位能性恒轉(zhuǎn)矩負載運行，并采用定子電源反接的反接制動停車，那么必須當電機轉(zhuǎn)速 時切斷電源并停車，否則電動機將反向起動到 點。（4）反接制動電阻的計算根據(jù)新要求的最大制動轉(zhuǎn)矩進行。例5.6  JZR518型繞線式異步電動機， 22kW, , V, A,  。如果拖動額定負載運行時，采用反接制動停車，要求制動開始時最大制動轉(zhuǎn)矩為 ，求轉(zhuǎn)子每相串入的制動電阻值。解:電動機額定轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子每相電阻制動后瞬間電動機轉(zhuǎn)差率過制動開始點（ 1.964, ）的反接制動機械特性的臨界轉(zhuǎn)差率為固有機械特性的 為轉(zhuǎn)子串入反接制動電阻為定子電源反接的反接制動廣泛用于要求迅速停車和需要反

20、轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械上，多用于三圖5.27   定子電源反接的反接制動         圖5.28   反接制動的機械特性相繞線式異步電動機中。對于三相鼠籠式異步電動機由于轉(zhuǎn)子回路無法串電阻，則反接制動只能用于不頻繁制動的場合。2.倒拉反接制動這里僅對倒拉反接制動過程進行分析。倒拉反接制動狀態(tài)指三相繞線式異步電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載時，在轉(zhuǎn)子回路上串入較大電阻，使機械特性變?yōu)閳D5.29（b）所示的曲線2，電動機反轉(zhuǎn)運行于第象限的B點。曲線1為電動機的固有特性。倒拉反接制動適用于位能

21、性恒轉(zhuǎn)矩負載。例如，起重機將重物保持均勻速度下降時，使得位能性負載重物倒過來拉著電動機反轉(zhuǎn)。如圖5.29（a）所示電動機定子電源斷開時（既1K斷開2K閉和）。工作運行于 點，即轉(zhuǎn)數(shù) ，處于停車狀態(tài)。電動機按提升方向接通電源（既1K閉和，并在轉(zhuǎn)子回路串入電阻 ，即2K斷開）。由于起動轉(zhuǎn)矩 負載轉(zhuǎn)矩 ,電機被重物拖著反轉(zhuǎn)，電機運行點由 點加速到 點，電磁轉(zhuǎn)矩 ,電動機處于穩(wěn)定的反接制動運行狀態(tài)，且電機以 的轉(zhuǎn)速重物勻速下放。（a）接線原理圖             &#

22、160;            （b）機械特性 圖5.29   倒拉反接制動4.直流電流 的選擇對于三相鼠籠式異步電動機取                     對于三相繞線式異步電動機取式中 為異步電動機的空載電流，一般取 。能耗制動廣泛應用于要求平穩(wěn)準確停車的場合

23、。也可用于起重機一類帶位能性負載的機械限制重物下放的速度，使重物保持勻速下降，只需改變直流電流 的大小（調(diào)節(jié)電位器 RP）或改變轉(zhuǎn)子回路串電阻R值，則可達到目的。5.3.3 回饋制動前面所述反接制動機械特性，如圖5.28所示曲線2或曲線3。當三相異步電機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，定子電源接成負相序 時，電動機運行于第象限的 點（稱為回饋制動運行點），對應的電磁轉(zhuǎn)矩 ，轉(zhuǎn)速 ，且 , 則稱為反向回饋制動運行。例如，起重機下放重物（如圖5.30所示），電機利用回饋制動下放重物時，定子兩相反接，這時同步轉(zhuǎn)速由 起動轉(zhuǎn)矩為 （圖5.28的C點）。由于轉(zhuǎn)矩 , 則 ,電機將反向加速運行到 點。以 的轉(zhuǎn)速使重

24、物勻速下放。下放過程中，重物貯存的位能不斷被電機定子繞組吸收，并轉(zhuǎn)換成電能“回饋”到電網(wǎng)中。為防止下降轉(zhuǎn)速過快，轉(zhuǎn)子串電阻 值不宜太大。                          圖5.30    起重機下放重物的回饋制動同理，正向回饋制動運行是指電動機工作于第象限，且電機轉(zhuǎn)速 ,轉(zhuǎn)差率 。電動機輸入的機械功率

25、 ， 電磁功率 ，電動機的輸入功率 。即正向回饋制動過程中，轉(zhuǎn)子送出的電磁功率 , 除了定子繞組上的銅損耗        外，其余的回饋給定子電源了。例如下章敘述的變極或變頻調(diào)速過程，則為正向回饋制動過程。5.3.4 三相異步電動機的各種運行狀態(tài)和直流電動機一樣，三相異步電動機按其轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 的方向的異同，可分為電動運行狀態(tài)和制動運行狀態(tài)。各種運行狀態(tài)如圖5.31 所示。1.電動運行狀態(tài)當 與 同方向，機械特性及其穩(wěn)定運行點在第、象限。若電機運行于第象限， , , 稱為正向電動狀態(tài)，其穩(wěn)定運行點 、 稱為正向電動運行點；若

26、電機運行于第象限， , , 稱為反向電動狀態(tài)，其穩(wěn)定運行點 、 稱為反向運行點。在電動狀態(tài)，電機通過定子向電網(wǎng)吸收電能，經(jīng)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換成機械能輸出。                                      

27、;                          2.制動運行狀態(tài)                       &#

28、160;   圖5.31    三相異步電動機的各種運行狀態(tài)當 與 反方向，機械特性及其穩(wěn)定運行點在第、象限。能耗制動、反接制動、倒拉反接制動和回饋制動點等各種制動運行過程和狀態(tài)根據(jù)上述分析結果繪于圖5.31中。例5.7  某起重機吊鉤由一臺繞線式三相異步電動機拖動，電動機額定數(shù)據(jù)為： kW, , ,  ,  。電動機的負載轉(zhuǎn)矩 的情況是：提升重物  ，下放重物 。 (1)提升重物，要求有低速、高速二檔，且高速時轉(zhuǎn)速 為工作在固有特性上的轉(zhuǎn)速，低速時轉(zhuǎn)速 ，工作于轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩檔轉(zhuǎn)速各為多少及轉(zhuǎn)子回路應串入的電阻值。(2)下放重物要求有低速、高速二檔，且高速時轉(zhuǎn)速 為工作在負序電源的固有機械特性上的轉(zhuǎn)速，低速時轉(zhuǎn)速 ，仍然工作于轉(zhuǎn)子回路串電阻的特性上。求兩檔轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子應串入的電阻值。說明電動機運行在哪種狀態(tài)。解:（1）根據(jù)題意畫出該電動機運行時相應的機械特性，見下圖所示。點A、B是提升重物時的兩個工作點。(2)計算固有機械特性的有關數(shù)據(jù)：額定轉(zhuǎn)差率固有機械特性的臨界轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)矩1)提升重物轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子回路串入電