項目六 任務2三相異步電動機的能耗制動與回饋制動控制

項目六：T68型臥式鏜床電氣控制閱讀賞析4123三相異步電動機的能耗制動與回饋制動56三相異步電動機的反接制動三相異步電動機的制動控制安裝調試三相異步電動機的變頻調速三相異步電動機的變極調速三相異步電動機的變轉差率調速T68型臥式鏜床電氣控制電路賞析7切除通入三相異步電動機定子繞組的三相交流電，然后迅速接入直流電。1.能耗制動的實現(xiàn)方法KM1接通KM2斷開時，三相定子繞組接入三相交流電，電動機運行在電動狀態(tài)。一、三相異步電動機的能耗制動KM1斷開KM2接通時，定子繞組上的三相交流電被切除，接入直流電，電動機進入能耗制動狀態(tài)。電動機能耗制動原理圖當轉子轉速n下降到0時，轉子導體與恒定磁場之間沒了相對運動，不再切割磁力線，不再有感應電動勢、感應電流和電磁轉矩。若電動機帶的不是位能性恒轉矩負載，就會停轉。三相交流電被直流電取代后，圓形的旋轉磁場被靜止的恒定磁場取代。轉子因慣性仍按原方向旋轉，轉子導體切割恒定磁場，切割方向與電動狀態(tài)時相反。轉子導體內產(chǎn)生的感應電動勢、感應電流和電磁轉矩T的方向都與電動狀態(tài)時相反，電磁轉矩T與n反向，成為制動轉矩。電動機轉速n下降的過程，是轉子動能轉換為電能被轉子電阻消耗的過程。動能耗盡，轉子就停轉，因而得名能耗制動。電磁轉矩T與負載轉矩TL同向，共同迫使電動機迅速減速。2.能耗制動原理調節(jié)可變電阻RP的阻值，就能改變通入電動機定子繞組的直流電流的大小，從而改變恒定磁場的強弱，控制能耗制動的強度。3.時間原則單向運行能耗制動控制電路當時間繼電器KT故障時，長按停止按鈕SB1，可對能耗制動進行手動控制。交、直流電源電氣互鎖復式按鈕：完成交流到直流的切換變壓器和整流電路UR:可控硅整流器當KT故障，不能如期切除直流電時，能耗制動就不能自鎖。時間繼電器的瞬動觸頭4.速度原則可逆運行能耗制動控制電路自鎖正轉對應觸頭KS-1，反轉對應觸頭KS-2。正反轉電氣互鎖交、直流電氣互鎖交、直流電氣互鎖變壓器和整流電路VC：控制電路有電源的整流器應用：能耗制動時，整流電源為220V交流電（L3-N）。由于定子繞組U、V兩相被短接成一相，所以只有單方向的制動轉矩，制動效果不好。適用于容量在10kW以下，且對制動要求不高的電動機。5.無變壓器單管能耗制動控制電路L3經(jīng)KM2的主觸頭接至定子繞組U、V兩相，中性線N串聯(lián)整流二極管VD經(jīng)由KM2的主觸頭接入W相，構成閉合回路。1）適用于要求準確停車和起動、制動頻繁的場合。2）時間原則能耗制動，適于負載轉矩較穩(wěn)定的情況。3）速度原則能耗制動，適于便于通過傳動機構反映電動機轉速的情況。應用：缺點：優(yōu)點：1）制動平穩(wěn)，能實現(xiàn)準確、快速停車。2）制動過程消耗的主要是動能，而非電能，經(jīng)濟性好。3）轉子轉速降為0時，電磁轉矩也為0，不會反向起動。1）設備投資大。需要一套直流電源；如果沒有直流電源，就要利用變壓器和整流電路，把交流電整流成直流電。2）隨著轉子轉速下降，制動轉矩會減小，制動效果變差。6.能耗制動的特點及應用分析如下接線示意圖，判斷圖中電動機能進行何種控制，并畫出對應的電氣原理圖。7.拓展訓練電動機可逆運行速度原則能耗制動控制參考答案：正在電動運行的三相異步電動機，受到某種因素的影響而使轉子轉速n大于同步轉速n1時，就進入了回饋制動狀態(tài)。1.回饋制動的實現(xiàn)方法當n>n1時，轉子導體切割旋轉磁場的方向與電動狀態(tài)時相反，轉子感應電動勢、感應電流和電磁轉矩的方向，都與電動狀態(tài)時相反，電磁轉矩T與轉子轉速n反向，變成制動轉矩。2.回饋制動的工作原理由于n>n1是外加轉矩作用的結果，所以制動過程不但不從電網(wǎng)吸收電功率，反而向電網(wǎng)輸出電功率（由拖動系統(tǒng)的機械能轉換而來），故稱為回饋制動或再生發(fā)電制動。二、三相異步電動機的回饋制動回饋制動時，電動機的轉差率s為負值。在機械特性圖上，電動機的運行點位于第Ⅱ或第Ⅳ象限。3.回饋制動的分類回饋制動分為反向回饋制動和正向回饋制動兩大類。1）反向回饋制動2）正向回饋制動起重機提升機構電動機，高速（比同步轉速n1高）穩(wěn)定下放重物時的制動狀態(tài)。在變頻調速或變極調速時，電動機由高速檔轉換為低速檔過程中呈現(xiàn)的制動狀態(tài)。這里的“反向”與“正向”，是與電動運行時電動機轉子的轉向比較而言的。一臺電動運行、正在提升重物的三相繞線轉子異步電動機，改變接入其定子繞組的三相交流電源的相序，并且在轉子電路串入制動電阻Rbx。①反向回饋制動的實現(xiàn)方法a)電動狀態(tài)提升重物1）反向回饋制動b)反向回饋制動下放重物②反向回饋制動的實現(xiàn)過程分析轉子電路串入制動電阻Rbx，使得轉子電流I2和電磁轉矩T的數(shù)值都變小。接入定子繞組的交流電源相序改變，旋轉磁場n1反向。由于機械慣性，轉子轉速n的大小和方向都不突變，所以轉子導體切割磁力線的方向改變了，轉子感應電動勢、感應電流I2和電磁轉矩T都跟著反向，T變?yōu)橹苿愚D矩。此時，電動機所帶的是位能性恒轉矩負載，所以負載轉矩TL的方向和大小保持不變。T和TL都是制動轉矩，迫使電動機的轉速n迅速下降。電動機起初運行在固有機械特性1的a'點。調換接入定子繞組的三相電源的任意兩相，并在轉子回路串入電阻，運行點躍變到人為機械特性2上的b'點。隨著轉速n的下降，運行點沿著人為機械特性2逐漸向下移動。當運行點下移至c點，轉速n下降至0時，T和TL都不為0，二者同方向，共同使電動機反向起動并不斷加速。運行點進入第Ⅲ象限，沿著人為機械特性2繼續(xù)下移。當轉速升高到“-n1”時，電磁轉矩T變?yōu)?，負載轉矩TL仍然恒定不變，帶動電動機繼續(xù)加速，使運行點進入第Ⅳ象限。電動機機械特性圖②反向回饋制動的實現(xiàn)過程分析在第Ⅰ象限，TL為制動轉矩，T為驅動轉矩，電動機處于正轉電動狀態(tài)。電動機的機械特性圖運行點進入第Ⅳ象限，電磁轉矩T變?yōu)檎担S著轉速的升高而增大。當T=TL時，電動機穩(wěn)定在人為機械特性2上的a點，高速下放重物。電動機由電動到反向回饋制動的全過程，不論運行點在哪個象限，TL都為正值。在第Ⅰ和第Ⅳ象限，電磁轉矩T為正值。在第Ⅱ和第Ⅲ象限，電磁轉矩T為負值。在第Ⅱ象限，TL和T都為制動轉矩，電動機處于正轉反接制動狀態(tài)。在第Ⅲ象限，TL和T都為驅動轉矩，電動機處于反向電動加速狀態(tài)。在第Ⅳ象限，TL為驅動轉矩，T為制動轉矩，電動機處于反向回饋制動狀態(tài)。②反向回饋制動的實現(xiàn)過程分析a.電動機由正向電動狀態(tài)變換到反向回饋制動狀態(tài)，必然要經(jīng)歷電源反接制動(第Ⅱ象限)和反向電動加速(第Ⅲ象限)這兩個過程。b.反向回饋制動時，轉子回路所串接的電阻值越大，最后穩(wěn)定下放重物的速度就越高。電動機的機械特性圖c.由于下放重物的速度過高容易引發(fā)安全事故，所以反向回饋制動時，轉子回路所串接的電阻值不宜過大。③反向回饋制動的注意事項如：人為機械特性3所串的電阻值比人為機械特性2所串的電阻值大，b點比a點對應的下放速度就高。如果所串接的電阻值過大，在進入回饋制動后，應及時短接一部分轉子電阻。正向回饋制動發(fā)生在變極調速或變頻調速時，電動機由高速檔變?yōu)榈退贆n的降速過程中。電動機2極運行時，對應的同步轉速為3000r/min，以n1表示。電動機4極運行時，對應的同步轉速為1500r/min，以n1’表示。

以2極變4極變極調速為例：電動機2極運行時，運行點為2極對應的機械特性曲線1上的a點。電動機2/4極調速的機械特性圖2）正向回饋制動由2極變4極的瞬間，由于機械慣性，電動機的轉速n不能突變，運行點由a點躍變到4極對應的機械特性曲線2上的b點。a點在第Ⅰ象限，電動機處于正轉電動運行狀態(tài)，對應的電磁轉矩T和負載轉矩TL都為正值。T為驅動轉矩，TL為制動轉矩。電動運行當轉速n降至1500r/min，運行點下移到n1'點時，電磁轉矩T變?yōu)?，正向回饋制動結束。電動機2/4極調速的機械特性圖正向回饋制動電動減速在負載轉矩TL作用下，轉速n繼續(xù)下降，運行點回到第Ⅰ象限，電磁轉矩T回歸正值并逐漸增大，電動機恢復電動運行。b點位于第Ⅱ象限，對應的轉速n方向不變，電動機仍然正向運轉，但n高于同步轉速n1'(1500r/min)。在第Ⅱ象限，電動機進入正向回饋制動狀態(tài)：電磁轉矩T為負值，變?yōu)橹苿愚D矩；負載轉矩TL仍為正值，仍為制動轉矩；T和TL共同作用，迫使轉速n迅速下降；高速旋轉的動能變成電能回饋給電網(wǎng)。當電磁轉矩T增大到等于TL時，電動機在c點低速運行。電動運行2）正向回饋制動四、電動機的機械制動控制電動機的機械制動：利用機械裝置的機械力，強迫電動機脫離電源后迅速停轉。常用的機械制動裝置有電磁抱閘和電磁離合器。1.電磁抱閘的結構由制動電磁鐵和閘瓦制動器兩部分組成。制動電磁鐵包括鐵心、銜鐵和線圈。閘瓦制動器包括閘輪、閘瓦。閘輪與電動機裝在同一根轉軸上。杠桿和彈簧等都是附件。電磁抱閘制動工作原理示意圖2.電磁抱閘的工作原理需要起動電動機時，給制動電磁鐵的線圈和電動機的定子繞組通電（同時通電或者先給制動電磁鐵線圈通電）。制動電磁鐵的銜鐵吸合，彈簧被拉伸，杠桿被提起，使制動器的閘瓦與閘輪分開，讓閘輪隨電動機的轉軸一起轉動。需要電動機停車時，讓制動電磁鐵線圈和電動機定子繞組都失電。制動電磁鐵的銜鐵在彈簧的彈性回復作用下與鐵心分開，杠桿落下，使制動器的閘瓦抱住閘輪，電動機的轉軸被制動，迫使電動機停轉。主電路中的YB為制動電磁鐵線圈。3.電磁抱閘斷電制動控制電路控制電路中，KM1的輔助常開觸頭串聯(lián)在KM2的線圈電路中，二者是順序控制關系：KM1先得電，KM2后得電。這種順序控制能保證在閘瓦松開閘輪之后，再讓電動機起動。如果KM1故障，不能接通制動電磁鐵線圈、閘瓦不能松開閘輪，KM2也不能得電，使電動機斷電不會起動，可避免電動機軸