第2章 基本電氣控制電路【第4講】

2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機的制動控制線路制動方式：機械制動：機械抱閘、液壓或氣壓制動電氣制動：反接制動、能耗制動、電容制動等，

實質是產生反向制動轉矩。2.4.1、反接制動控制線路原理：電動機反接制動方法就是在想要停車時，將電動機上三相電源的相序改變，使之產生與轉子慣性轉動方向相反的轉矩，這樣電動機的轉速就能迅速下降，當轉速接近零時將電源切除?；仡?/23/20241機電系統(tǒng)與測控技術研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路原理：電動機能耗制動方法就是在電動機脫離三相交流電源后，在定子繞組中加入一個直流電源，產生一個恒定磁場，慣性運轉的轉子繞組切割恒定磁力線，產生與慣性轉動方向相反的電磁轉矩，對轉子起制動作用，當轉速將至零時再切除直流電源，也就是，轉子原來儲存的機械能轉變?yōu)殡娔?，消耗在轉子回路的電阻上，轉速為零時再將其切除。能耗制動方式：可以通過手動的復合按鈕來實現(xiàn)，也可以按照時間原則，或按照速度原則來實現(xiàn)。1/23/20242機電系統(tǒng)與測控技術研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路——用復合按鈕實現(xiàn)變壓器整流電路調節(jié)制動電流的電阻制動時該觸點閉合，給變壓整流電路供電由于能耗制動時已將三相交流電源去掉，旋轉磁場消失，此時該接觸器的主觸點閉合，為三相異步電動機的任意兩相定子繞組通入直流電，產生一個穩(wěn)定磁場。熱繼電器的動斷觸點啟動按鈕停止按鈕的復合按鈕，即能耗制動按鈕自鎖按鈕制動時鎖住KM1，防止此時KM1閉合而燒毀整流電路啟動時該線圈得電制動時該線圈得電1/23/20243機電系統(tǒng)與測控技術研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路——用復合按鈕實現(xiàn)1/23/20244機電系統(tǒng)與測控技術研究所◆主電路中接觸器KM1的主觸點閉合，將三相交流電源接至電動機◆

KM2的主觸點閉合，將全波整流裝置提供的直流電源接至電動機。按下SB2SB1動斷觸點斷開KM1得電并自鎖電動機M運行按下SB1KM1失電電動機M脫離三相

電源，作慣性運轉SB1動合觸點閉合KM2得電電動機M接入直

流，制動開始釋放SB1KM2失電電動機M切除直流

電源，制動結束啟動按鈕能耗制動按鈕1/23/20245機電系統(tǒng)與測控技術研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路——按時間原則熱繼電器動斷觸點啟動按鈕能耗制動按鈕自鎖按鈕制動時鎖住KM1，防止此時KM1閉合而燒毀整流電路時間繼電器線圈KT輔助常開觸點KT延時斷開常閉觸點互鎖按鈕1/23/20246機電系統(tǒng)與測控技術研究所啟動按鈕能耗制動按鈕啟動：按下SB2KM1得電互鎖KM1常閉

觸點斷開KM1常開

觸點閉合自鎖KM1主觸點閉合電機

全壓

啟動制動：按下SB1SB1常閉觸點斷開KM1斷電KM1主

觸點斷開電機脫離交流電源KM1輔常閉

觸點閉合KM2得電KM2輔常閉

觸點斷開互鎖KM2主觸點閉合，電機通入直流電實現(xiàn)能耗制動SB1常開觸點閉合KT得電延時KT延時常閉觸點斷開延時KM2斷電KM2主觸點斷開能耗制動結束電動機自由停車至零KM2輔常開觸點斷開KT線圈斷電KM2輔常開觸點閉合與KT常開觸點實現(xiàn)聯(lián)合自鎖1/23/20247機電系統(tǒng)與測控技術研究所KT常開瞬動觸點與KM2輔助常開觸點串聯(lián)組成聯(lián)合自鎖，是考慮時間繼電器線圈斷線或機械卡阻時，電動機在按下按鈕SB1后電動機能迅速制動，兩相的定子繞組不致長期接入直流電源。應用：適用于負載轉速比較穩(wěn)定的生產設備上。1/23/20248機電系統(tǒng)與測控技術研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路——按速度原則速度繼電器啟動按鈕能耗制動按鈕自鎖按鈕互鎖按鈕速度繼電器常開觸點KS21/23/20249機電系統(tǒng)與測控技術研究所按下SB1KM1線圈失電◆當速度在120~3000r/min范圍內，速度繼電器常開觸頭閉合。◆當n<100r/min時，其觸點復位。啟動按鈕能耗制動按鈕SB1常閉

觸點斷開KM1主

觸點斷開電機脫離

交流電KM1常閉輔助觸點閉合SB1常開觸點閉合(ks已閉合)KM2得電KM2主觸點閉合定子通直流電進入能耗制動當n<100r/min時繼電器動作Ks打開KM2線圈失電KM2主觸點斷開切除直流制動結束對于負載轉速經常因生產加工需要變化的生產機械，采用速度原則控制能耗制動。1/23/202410機電系統(tǒng)與測控技術研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路——可逆運行能耗制動控制線路KS1KS2正轉接觸器反轉接觸器能耗制動接觸器速度繼電器正轉動作速度繼電器反轉動作停止按鈕正轉啟動按鈕反轉啟動按鈕1/23/202411機電系統(tǒng)與測控技術研究所停止按鈕正轉啟動按鈕正向啟動：按下正向啟

動按鈕SB2KM1線

圈得電輔常閉觸點斷開與KM2互鎖輔常閉觸點斷開切斷KM3線圈回路輔常開觸點閉合自鎖主觸點閉合電機全壓啟動運行電機轉速上升到120r/min速度繼電器動作KS1常開觸點閉合為能耗制動做準備1/23/202412機電系統(tǒng)與測控技術研究所停止按鈕正轉啟動按鈕能耗制動：按下停止按鈕SB1SB1常開觸點閉合SB1常閉

觸點斷開KM1線

圈失電主觸點斷開電機脫離交流電慣性運動輔常閉觸點閉合KM3線圈得電KS1閉合輔常閉觸點斷開切斷KM1、KM2線圈啟動回路輔常開觸點斷開自鎖主觸點閉合電動機通入直流電流實現(xiàn)能耗制動當電機轉速下

降至100r/minKS1常開觸點斷開KM3線圈失電能耗制動結束，電機自由停車1/23/202413機電系統(tǒng)與測控技術研究所作業(yè)一：2.4、2.5、2.7空一頁作業(yè)二：2.9、2.10、2.171/23/202414機電系統(tǒng)與測控技術研究所3.1概述3電機調速控制線路◆電機拖動的應用定義：電機拖動，也叫電力拖動，就是把電源的能量，經電動機轉化為機械能，帶動機械，使機械運動，包括直線運動，轉動，或其它形式的運動。電力拖動，是一門以電力，電機，自控為基礎的，應用廣泛的學科。調速：在生產實踐中，許多生產機械的電力拖動系統(tǒng)運行速度需要根據加工工藝要求而人為調節(jié)。這種負載不變，人為調節(jié)轉速的過程稱為調速。1/23/202415機電系統(tǒng)與測控技術研究所3.1概述3電機調速控制線路◆電機的分類按工作電源分交流電動機直流電動機單相電動機三相電動機(a)直流電動機(b)單相交流電動機(c)三相交流電動機

直流電機由定子和轉子兩部分組成。

直流電機的轉子則由電樞、換向器和轉軸等部件構成。直流電動機是利用換向器來自動改變線圈中的電流方向，從而使線圈受力方向一致而連續(xù)旋轉的。

交流電動機由定子和轉子組成，定子就是電磁鐵，轉子就是線圈。交流電動機沒有換向器，主要是通電線圈在磁場里轉動。1/23/202416機電系統(tǒng)與測控技術研究所3.1概述3電機調速控制線路◆電機的分類按結構及工作原理分同步電動機異步電動機感應電動機交流換向器電動機永磁同步電動機磁滯同步電動機磁阻同步電動機三相異步電動機罩極異步電動機單相異步電動機同步電機和異步電機的定子繞組是相同的，主要區(qū)別在于轉子的結構。同步電機的轉子上有直流勵磁繞組，所以需要外加勵磁電源，通過滑環(huán)引入電流；而異步電機的轉子是短路的繞組，靠電磁感應產生電流。相比之下，同步電機較復雜，造價高。

1/23/202417機電系統(tǒng)與測控技術研究所◆電機的分類按用途分控制用電動機驅動用電動機按起動與運行方式分類電容起動運轉式電動機電容起動式電動機電容運轉式電動機分相式電動機電動工具用電動機其它通用小型機械設備用電動機家電用電動機步進電動機伺服電動機按轉子結構分繞線轉子感應電動機籠型感應電動機按運轉結構分恒速電動機高速電動機低速電動機調速電動機1/23/202418機電系統(tǒng)與測控技術研究所3.2三相異步電動機簡介3電機調速控制線路三相異步電機主要用作電動機，拖動各種生產機械。結構簡單、制造、使用和維護方便，運行可靠，成本低，效率高，得以廣泛應用。但是，功率因數低、起動和調速性能差。1/23/202419機電系統(tǒng)與測控技術研究所3電機調速控制線路3.2三相異步電動機的基本結構◆定子部分1、定子鐵心：由導磁性能很好的硅鋼片疊成——導磁部分。2、定子繞組：放在定子鐵心內圓槽內——導電部分。3、機座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強的機械強度和剛度。(a)定子(b)定子鐵心1/23/202420機電系統(tǒng)與測控技術研究所◆轉子部分1、轉子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。2、轉子繞組：繞線型感應電動機籠型感應電動機

1)鼠籠式轉子：轉子鐵心的每個槽內插入一根裸導條，形成一個多相對稱短路繞組。

2)繞線式轉子：轉子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉子鐵心槽內。1/23/202421機電系統(tǒng)與測控技術研究所包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上改裝有軸承，用以支撐轉子軸。風扇則用來通風冷卻?！羝渌糠?/23/202422機電系統(tǒng)與測控技術研究所下圖是它主要部件的拆分圖。

右圖是一臺三相籠型感應電動機的外形圖。1/23/202423機電系統(tǒng)與測控技術研究所籠型定子鐵心和繞組結構1/23/202424機電系統(tǒng)與測控技術研究所1/23/202425機電系統(tǒng)與測控技術研究所三相繞線型轉子結構圖1/23/202426機電系統(tǒng)與測控技術研究所繞線式電動機可以通過轉子上的滑環(huán)外接電阻器來改變轉子回路電阻，從而增大啟動轉矩。啟動電路較復雜，最大的優(yōu)點就是啟動轉矩大，啟動電流小，調速性能較好，一般用于需要調速的地方，比如冶金、起重等。但比鼠籠型異步電動機結構復雜，價格較貴，運行的可靠性也較差?；\型電動機轉子回路電阻固定。通電后，轉矩隨轉速上升而增大。結構簡單，價格低，啟動電路簡單（小功率的可以直接啟動），啟動轉矩比較小，啟動電流大，沒有特殊要求的場合都可以使用，所以我們平時看到的電機，大部分都是籠型電動機。1/23/202427機電系統(tǒng)與測控技術研究所3.3三相異步電動機的轉動原理3電機調速控制線路鼠籠型轉子隨旋轉磁極而轉動的實驗1/23/202428機電系統(tǒng)與測控技術研究所3.3三相異步電動機的轉動原理3電機調速控制線路U2U1W2V1W1V2◆

電生磁：三相對稱定子繞組通三相對稱電流后，它們共同產生的合成磁場隨電流變化而旋轉，從

而產生圓形旋轉磁場。◆

磁生電：旋轉磁場切割轉子導體感應電動勢和電流(右手定則)?！?/p>

電磁力：轉子載流（有功分

量電流）體在磁場作用下受電磁

力作用，形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，將電能轉化為機械能（左手定則）。FF1/23/202429機電系統(tǒng)與測控技術研究所3.4三相異步電動機的兩個基本概念3電機調速控制線路概念一：極數三相異步電機旋轉磁場含有的磁極個數就是極數，稱為極數。由于磁極是成對出現(xiàn)的，所以電機有2、4、6、8……極之分。對于每相只有一個線圈的電機，繞組始端之間相差120°的空間角，則產生的旋轉磁場只有一對磁極(p=1)。極數為21/23/202430機電系統(tǒng)與測控技術研究所iA=0;iB<0;Y進,B出iC>0;C進,Z出iA>0;A進,X出iB<0;Y進,B出iC=0;iA>0;A進,X出iB<0;Y進,B出iC=0;1/23/202431機電系統(tǒng)與測控技術研究所分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°。※

旋轉磁場的旋轉方向改變——任意調換兩根電源進線1/23/202432機電系統(tǒng)與測控技術研究所由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速n1(同步轉速)相等，即：如果:，則：

無轉子電動勢和轉子電流

轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條

無轉矩因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差異。概念二：轉差率3.4三相異步電動機的兩個基本概念1/23/202433機電系統(tǒng)與測控技術研究所負載越大，轉速越低，轉差率越大；反之，轉差率越小。轉差率的大小能夠反映電機的轉速大小或負載大小。電機的轉速為：額定運行時，轉差率一般在0.01～0.06之間，即電機轉速接近同步轉速。

轉差率是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種運行情況。轉子未轉動時，n=0，s=1；電機理想空載時，