交流電動機(jī)制動 Braking of AC motor

1、交流電動機(jī)制動 Braking of AC motor 交流電動機(jī)制動(braking of AC motor) 將交流電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向改變?yōu)榕c轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，以實現(xiàn)電動機(jī)的停轉(zhuǎn)或限速的方法。制動的目的是使電動機(jī)轉(zhuǎn)子盡快地停轉(zhuǎn)或由高速迅速地變?yōu)榈退伲蛳拗莆荒苄载?fù)載的下降速度。交流電動機(jī)的制動方式和直流電動機(jī)的一樣，也可分為能耗制動、反接制動和回饋制動。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，軟起動器(或固態(tài)軟起動器)正在推廣應(yīng)用。 能耗制動可分為感應(yīng)電動機(jī)的能耗制動和同步電動機(jī)的能耗制動。(1)感應(yīng)電動機(jī)的能耗制動。將正在電動運行的感應(yīng)電動機(jī)定子繞組從交流電網(wǎng)斷開，接到一直流電源上，由直流電流勵磁，

2、在氣隙中建立一恒定磁場，由慣性作用拖動的轉(zhuǎn)子繞組切割這一磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，該電流與磁場作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩起制動作用。這時轉(zhuǎn)子的動能全部變換成電能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻 上，故稱能耗制動。能耗制動多用來使感應(yīng)電動機(jī)迅速停車，其典型線路和機(jī)械特性如圖l所示。圖1(b)中 P點為電動機(jī)的原工作點，第二象限的曲線為加入直流后的機(jī)械特性。改變圖1(a)中變壓器二次電壓可調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，從而可以控制制動轉(zhuǎn)矩的大小。若電機(jī)為繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)，改變轉(zhuǎn)子附加電阻，也可調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩的大小。(2)同步電動機(jī)的能耗制動。其接線圖如圖2所示。能耗制動時，將運轉(zhuǎn)的同步電動機(jī)從交流電網(wǎng)斷開，并立即將定子繞組接到一制

3、動電阻上(或頻敏變阻器)，并保持勵磁電流不變，同步電動機(jī)靠慣性作用拖動旋轉(zhuǎn)而向制動電阻供電，成為發(fā)電機(jī)運行，此時產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，機(jī)械系統(tǒng)貯存的動能轉(zhuǎn)換成電能消耗在制動電阻上，電機(jī)將迅速停轉(zhuǎn)。反接制動常用于需要迅速停車或迅速反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械中。它分為正轉(zhuǎn)反接制動和正接反轉(zhuǎn)制動兩種。 (1)正轉(zhuǎn)反接制動.將正在電動狀態(tài)下運行的感應(yīng)電動機(jī)的定子三根供電線中任意兩根對調(diào)，由于改變了定子電流相序，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場立即反轉(zhuǎn)，從原來與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致改變?yōu)榕c轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，于是電動機(jī)運行于轉(zhuǎn)差率1<S<2的正轉(zhuǎn)反接制動狀態(tài)，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)子起制動作用。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零時，必須立即斷開電源，否則

4、電動機(jī)將反向起動。其機(jī)械特性如圖3 所示。由于反接制動電流很大，對于繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)，反接制動時應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路串入附加電阻器(或頻敏變阻器)，對于籠型感應(yīng)電動機(jī)一般只限用于10kw以下的容量。(2)正接反轉(zhuǎn)制動。當(dāng)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)拖動位能性負(fù)載，如起重機(jī)下放重物時，可保持電動機(jī)運行時定子接線不變，而增大串入轉(zhuǎn)子回路的電阻，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速從正轉(zhuǎn)逐漸降至零，然后變?yōu)榉崔D(zhuǎn)，此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率大于l，處于正接反轉(zhuǎn)制動狀 態(tài)，從而保證重物下降。改變轉(zhuǎn)子串入電阻可以獲得不同的下降速度，其機(jī)械特性如圖4所示?；仞佒苿佑址Q再生制動。用于帶位能性負(fù)載或慣性作用而超速的感應(yīng)電動機(jī)。位能性負(fù)載如起重機(jī)提升與下放重物這

5、類的負(fù)載，不論運動方向如何，重力作用總是向下的，重力轉(zhuǎn)矩的方向也總是不變的。當(dāng)電動機(jī)被位能性負(fù)載或慣性作用驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時，感應(yīng)電動機(jī)即成為發(fā)電機(jī)運行，此時電機(jī)的有功電流和電磁轉(zhuǎn)矩改變方向，從而制止轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步增加，起到了制動作用。其機(jī)械特性如圖5所示。圖中P點為發(fā)電機(jī)運行時的工作點?；仞佒苿映Ｓ糜谄鹬貦C(jī)下放重物時的制動。感應(yīng)電動機(jī)變極調(diào)速中由少極數(shù)變?yōu)槎鄻O數(shù)，或變頻調(diào)速中由高頻調(diào)為低頻時，由于同步轉(zhuǎn)速突然下降很多，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，此時感應(yīng)電動機(jī)也處于回饋制動狀態(tài)。圖5感應(yīng)電動機(jī)回饋制動機(jī)械特性軟起動器這種軟起動器不僅能實現(xiàn)交流電動機(jī)軟起動(見交流電動機(jī)軟起動)，還能實現(xiàn)交流

6、電動機(jī)軟停車、軟制動。軟停車改變了常規(guī)關(guān)機(jī)時停止供電由機(jī)械阻力矩使電動機(jī)停車的方法，而是使電動機(jī)的工作電壓由額定電壓逐步減少到零。在軟停車的控制中，晶閘管導(dǎo)通角。逐步改變使電動機(jī)的工作電壓逐步降低，直至電動機(jī)停機(jī)。圖6為軟停車的電壓特性曲線。圖6軟停車的電壓特性曲線。從圖6中可以看出，軟停車的電壓變化率是可以任意設(shè)定的，如曲線l或2，也就是說停機(jī)的時間可以根據(jù)負(fù)載的特性和電動機(jī)工作情況加以調(diào)整。這種軟停車適用于水泵類負(fù)載的停機(jī)控制。因為拖動水泵類負(fù)載的電動機(jī)若突然斷電而停止工作，會由于水流的巨大慣量而產(chǎn)生水擊，容易造成水泵的損壞。在軟制動的控制中，一般可采用能耗制動技術(shù)，即制動時除停止供給電動

7、機(jī)交流電源外，同時給電動機(jī)定 子繞組通入直流電，由此產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩使電動機(jī)快速停車。圖7 為軟制動主回路原理圖。 軟制動時，將原來用于軟起動時工作的晶閘管 VTIVT6只保留VTI和VT6繼續(xù)工作，其余則關(guān)斷，另外還打開續(xù)流晶閘管VT7。為避免制動時的沖 擊，晶閘管VTI、VT6和VT7的導(dǎo)通角應(yīng)逐漸變化，其變化速率可以進(jìn)行調(diào)整。 在這種軟制動的控制中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由額定轉(zhuǎn)速能快速而平穩(wěn)地減速至停機(jī)，或減速至一定轉(zhuǎn)速(如10%nN)時，發(fā)出控制信號使機(jī)械抱閘動作，達(dá)到準(zhǔn)確停車的目的。圖8為軟制動的轉(zhuǎn)速特性曲線。在軟制動過程中，其制動控制電流的變化率是可調(diào)的，也就是制動時間是可調(diào)的。這種軟制動適

8、用于設(shè)備要求精確定位制動控制的場合。在軟制動的控制中，除采用能耗制動技術(shù)的控制方案外，為增大電動機(jī)的制動轉(zhuǎn)矩，以及使電動機(jī)在制動時三相繞組發(fā)熱均勻，還可采用反接制動技術(shù)的控制方案以及其他控制策略。第14章  他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性原理簡述    電動機(jī)的機(jī)械特性是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系n=f(T)。機(jī)械特性是電動機(jī)機(jī)械性能的主要表現(xiàn)，它與負(fù)載的機(jī)械特性，運動方程式相聯(lián)系，將決定拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行及過渡過程的工作情況。    機(jī)械特性中的是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩是不同的，其間差一空載轉(zhuǎn)矩，即 &#

9、160;  在一般情況下，因為空載轉(zhuǎn)矩相比或很小，所以在一般的工程計算中可以略去，即    在電機(jī)學(xué)中已知直流電動機(jī)的機(jī)械特性方程式為    式中為電樞回路總電阻，包括及電樞回路串聯(lián)電阻，為理想空載轉(zhuǎn)速記為，記為，為機(jī)械特性的斜率。    當(dāng)， ，電樞回路沒有串電阻時的機(jī)械特性稱為直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性。當(dāng)改變或或電樞回路串電阻時，其機(jī)械特性的或?qū)⑾鄳?yīng)變化，此時稱為直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性。    若不計電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)電動機(jī)正向運行時，其機(jī)械特性是一條橫跨I、

10、II、IV象限的直線。其中第I象限為電動機(jī)運行狀態(tài)，其特點是電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向（轉(zhuǎn)速的方向）相同，第II、IV象限為制動運行狀態(tài)。電動機(jī)在制動狀態(tài)運行，是產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)向相反的阻力矩，以使電機(jī)拖動系統(tǒng)迅速停車或限制轉(zhuǎn)速的升高。制動狀態(tài)轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反，此時電動機(jī)從輸出軸上吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為電能反饋回電網(wǎng)或消耗在電阻中。第III象限為反向電動運行。    制動運行的方式分為能耗制動、反接制動和回饋制動。1能耗制動    能耗制動的接線圖如圖14-1所示，其機(jī)械特性為一過原點的直線，如圖 14-2 所示。圖14-1 能耗制動

11、接線原理圖       圖14-2  能耗制動的機(jī)械特性    如果負(fù)載為反抗性負(fù)載，閘刀合向制動方向，電動機(jī)的運行點由A點變到B點，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩使拖動系統(tǒng)很快停車，T和n的變化在機(jī)械特性的第II象限B0段，這一段稱之為能耗制動過程。    若是位能性負(fù)載，轉(zhuǎn)速由B點變到0點后，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，將拖動電動機(jī)反向轉(zhuǎn)動，最后穩(wěn)定在特性曲線的C點運行，制動轉(zhuǎn)矩限制了轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步增加，此種運行狀態(tài)稱為能耗制動運行。    電動機(jī)電樞回路串的

12、電阻值不同，機(jī)械特性的斜率不同，運行點B、C不同。選擇不同的阻值，可以得到不同的初始制動轉(zhuǎn)矩。    能耗制動中，系統(tǒng)中的動能全部轉(zhuǎn)換為電能消耗在電樞回路的電阻上。    能耗制動是一個轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的動態(tài)過程，為了測取曲線上的點，本實驗采取將電動機(jī)同軸連接的發(fā)電機(jī)作為電動機(jī)拖動被試電動機(jī)轉(zhuǎn)動，維持在某一轉(zhuǎn)速時即可測出該轉(zhuǎn)速和對應(yīng)的電樞電流值。由于，而不變，則轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比，所以和機(jī)械特性成比例關(guān)系。    本次實驗只做能耗制動過程（第II象限） 2反接制動    反接制

13、動分為電壓反接制動和電勢反接制動兩種。    （1）電壓反接制動    電壓反接制動的接線圖如圖14-3所示    閘刀合在上方為正向電動運行，合在下方，電樞回路串入電阻為電壓反接制動。反接后不變，反向，反向，所以反向。在機(jī)械特性上，反接瞬間，運行點變到B，轉(zhuǎn)矩為負(fù)，產(chǎn)生制動作用，轉(zhuǎn)速逐漸降低為零，運行點變到C點，此時應(yīng)立即拉開閘刀，否則電動機(jī)有可能反向轉(zhuǎn)動。整個過程如圖14-4所示。圖14-3 電壓反接制動的接線原理圖 圖14-4  電壓反接制動的機(jī)械特性   

14、（2）電勢反接制動    接線仍為電動機(jī)正向運行，負(fù)載為位能性負(fù)載。電動機(jī)正向運行時，電樞回路串入電阻，運行點由A點變到B點，然后隨著轉(zhuǎn)速的下降，經(jīng)過C點轉(zhuǎn)速為零，由于負(fù)載的作用，電動機(jī)將反向轉(zhuǎn)動，最后在電動機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載的機(jī)械特性交于第IV象限的D點穩(wěn)定運行，如圖14-5所示。 圖14-5  電勢反接制動的機(jī)械特性    本實驗中要做的是電勢反接制動。用另一臺直流電動機(jī)拖動被試電動機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，模擬位能性負(fù)載的作用。同樣也是測取轉(zhuǎn)速和電樞電流，因為，不變，則轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比，以模擬與其成正比的機(jī)械特性。 3 

15、; 回饋制動（或稱再生制動）回饋制動分為正向回饋制動和反向回饋制動兩種。     （1）正向回饋制動    電動機(jī)在正向運行時，由于負(fù)載或電樞電壓降低等原因，使得轉(zhuǎn)速高于時，電動機(jī)，這時電動機(jī)向電網(wǎng)回饋能量，運行在第II象限機(jī)械特性BC，見圖14-6所示，因為轉(zhuǎn)向為正，所以稱為正向回饋。圖14-6   正向回饋的機(jī)械特性    本次實驗中做的是正向回饋。由另一臺直流電動機(jī)拖動被試直流電動機(jī)，使其轉(zhuǎn)速高于，測取轉(zhuǎn)速和電樞電流。因為，不變，則轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比，以模擬與其成正比的機(jī)械特性

16、。    （2）反向回饋制動    反向回饋是在帶動位能性負(fù)載的情況下發(fā)生的。電動機(jī)按反轉(zhuǎn)接線，如圖14-3所示。電動機(jī)在正向運行的狀態(tài)，閘刀合向反接制動方向，運行點到B點，電動機(jī)經(jīng)過反接制動過程，轉(zhuǎn)速為零，運行點到C點，再反向起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速為負(fù)，最后在位能性負(fù)載的帶動下，直到，穩(wěn)定在E點運行。整個變化過程如圖14-7所示。     在E點，由于，所以，負(fù)載具有的動能轉(zhuǎn)化為電能回饋到電網(wǎng)，同時由于轉(zhuǎn)向為負(fù)，所以稱為反向回饋。實驗十四  他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性實驗一、實驗?zāi)康?#160; 

17、;  了解直流電動機(jī)各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的機(jī)械特性。二、實驗內(nèi)容    1求取電動機(jī)電動及正向回饋制動時的機(jī)械特性曲線。    2求取電動機(jī)電動及電勢反接制動時的機(jī)械特性曲線。    3求取直流電動機(jī)不同制動電阻值時的能耗制動曲線。三、實驗說明及操作步驟    實驗線路如圖14-8，圖中為被試他勵直流電動機(jī)，其額定值為：  ，；為直流發(fā)電機(jī)，作的負(fù)載；為渦流測功機(jī)，與被試電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)同軸相聯(lián)（虛線所示）。    被試電機(jī)與直流發(fā)

18、電機(jī)用同一直流穩(wěn)壓電源和勵磁電源。    直流電壓表選用掛件上的電壓表，量程為；電流表選用掛件上的電流表，量程為；電流表選用直流電機(jī)勵磁電源上的勵磁電流表；電流表選用掛件上的電流表，量程為；電流表選用直流穩(wěn)壓電源上的電樞電流表。    開關(guān)、為掛件上的、。    電阻、及依不同的實驗而選不同的值。 圖 14-8 直流電機(jī)機(jī)械特性接線圖1電動及正向回饋制動特性    圖14-8中，電阻選用掛件上的（接端，即兩只電阻串聯(lián)），電阻選用掛件上的（接端，即兩只電阻串聯(lián)），電阻選用掛件上

19、的，電阻選用掛件上的（實際接線為：端短接，端短接，端引出，即兩只串聯(lián)的再和兩只并聯(lián)的相加）。    操作步驟如下：    （1）將掛箱上紅色開關(guān)至“ON”位置；掛箱上紅色開關(guān)至“ON”位置,“”開關(guān)合向下方，“轉(zhuǎn)速控制/轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)合向“轉(zhuǎn)速控制”端；開關(guān)合向1-1端，合向2-2端；電阻、及置最大值，置最小值。    （2）合上電源開關(guān)（實驗臺左側(cè)端面），按下“閉合”按鈕（左下方綠色按鈕），此時紅燈滅，綠燈亮。合上直流電機(jī)勵磁電源開關(guān)（紅色開關(guān)至“ON”位置），再合上直流穩(wěn)壓電源開關(guān)（紅色開關(guān)至“O

20、N”位置），觀察勵磁電流表讀數(shù)大?。ㄈ魺o讀數(shù)，切不可起動電動機(jī)），按下可調(diào)直流穩(wěn)壓電源上的“復(fù)位”（白色）按鈕，使電動機(jī)起動，然后把調(diào)至阻值最小。    （3）調(diào)節(jié)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源上的“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕，使電動機(jī)電壓，調(diào)節(jié)電阻使電動機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)電阻及使電動機(jī)電樞電流。注意：以上三個量的調(diào)節(jié)過程是互有影響的，必須互相配合反復(fù)調(diào)節(jié)才可調(diào)出。當(dāng)電動機(jī)運行滿足、時，此時，即電動機(jī)的額定運行點。    （4）保持電動機(jī)的、不變，改變及阻值，測取電動機(jī)在額定負(fù)載至空載范圍的電樞電流、轉(zhuǎn)速，共取組數(shù)據(jù)記錄于表14-1中。  表14-1

21、60; 電動狀態(tài)運行實驗數(shù)據(jù)                                    （5）拆掉開關(guān)的2-2短接線，調(diào)節(jié)電阻，使發(fā)電機(jī)的空載電壓與直流電源電壓值相等，并且極性相同，把合向1-1端。    （6）先將調(diào)至最小，再將阻值逐漸增加，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過其理想空載轉(zhuǎn)速時，電動機(jī)則從第I象限進(jìn)入到第II象限，進(jìn)入回饋制動狀態(tài)運

22、行。    （7）繼續(xù)增加阻值，測取電動機(jī)回饋制動狀態(tài)運行時的、。做到電動機(jī)轉(zhuǎn)速不超過轉(zhuǎn)/分。共取組數(shù)據(jù)記錄于表14-2中。   表14-2  回饋制動狀態(tài)運行實驗數(shù)據(jù)                                 因為，而為常數(shù)，則，為簡便起見，只要求畫特性，見圖14-9。2電動及電勢反接制動特性    圖1

23、4-8中，電阻選用上的，電阻選用上的的滑線電阻（端短接，端引出，即），不用，電阻仍用上的 (接法同上)。    操作步驟如下：    （1）開關(guān)合向1-1端，合向2-2端(短接線拆掉)，把發(fā)電機(jī)電樞二端接線對調(diào)即電勢反接，電阻置最小值，、置最大值。    （2）起動電動機(jī)（同上），測量發(fā)電機(jī)的空載電壓看是否和直流穩(wěn)壓電源電壓極性相反，若極性相反可把合向1-1端。將電阻調(diào)至阻值為零。    （3）反復(fù)調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源電壓及電阻、，使、，此時，即電動機(jī)的額定運行點。 &

24、#160;  （4）先將調(diào)至最大，再將調(diào)至最大。    （5）保持電源電壓及、值不變，逐漸減小阻值，電機(jī)速度將減至零，繼續(xù)減小阻值，此時電動機(jī)進(jìn)入到電勢反接制動狀態(tài) (第IV象限)，直至電動機(jī)的。測取電機(jī)在I、IV象限的、，共取組數(shù)據(jù)記錄于表14-3中。                         

25、60;                                               表14-3 電動及反接制動運行實驗數(shù)據(jù)&

26、#160;                                   為簡便起見，畫特性曲線，見圖14-10。3.能耗制動特性    圖14-8中，電阻選用上的，電阻選用上的 (端短接，端引出，即四只電阻串聯(lián))，電阻選用上的（接端），選用上的（接法同上）。    操作步驟如下：    （1）把開關(guān)合向2-2端，電阻置，電阻置最大值，電阻置最小值, 電阻置 (把兩只串聯(lián)電阻調(diào)在零位，把兩只并聯(lián)電阻調(diào)在最大即位置)。    （2）開關(guān)合向1-1端。起動發(fā)電機(jī)(此時作電動機(jī)用)，調(diào)節(jié)電源電壓，使電壓，調(diào)節(jié)使電動機(jī)的（前面已測出）。    （3）將調(diào)至最大, 緩慢減小，電流增加，當(dāng)增加到時，再逐漸增加阻值，使電流減小到最小，在電動機(jī)的制動電流減小的過程中測取、,共取組數(shù)據(jù)記錄于表14-4中。表14-4  時能耗制動實驗數(shù)據(jù)