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(jī)的制動控制線路制動方式：機(jī)械制動：機(jī)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(shí)質(zhì)是產(chǎn)生反向制動轉(zhuǎn)矩。2.4.1、反接制動控制線路原理：電動機(jī)反接制動方法就是在想要停車時，將電動機(jī)上三相電源的相序改變，使之產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)矩，這樣電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就能迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時將電源切除?；仡?/26/20241機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機(jī)的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路原理：電動機(jī)能耗制動方法就是在電動機(jī)脫離三相交流電源后，在定子繞組中加入一個直流電源，產(chǎn)生一個恒定磁場，慣性運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組切割恒定磁力線，產(chǎn)生與慣性轉(zhuǎn)動方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，對轉(zhuǎn)子起制動作用，當(dāng)轉(zhuǎn)速將至零時再切除直流電源，也就是，轉(zhuǎn)子原來儲存的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，轉(zhuǎn)速為零時再將其切除。能耗制動方式：可以通過手動的復(fù)合按鈕來實(shí)現(xiàn)，也可以按照時間原則，或按照速度原則來實(shí)現(xiàn)。2/26/20242機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機(jī)的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路——用復(fù)合按鈕實(shí)現(xiàn)變壓器整流電路調(diào)節(jié)制動電流的電阻制動時該觸點(diǎn)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(zhuǎn)磁場消失，此時該接觸器的主觸點(diǎn)閉合，為三相異步電動機(jī)的任意兩相定子繞組通入直流電，產(chǎn)生一個穩(wěn)定磁場。熱繼電器的動斷觸點(diǎn)啟動按鈕停止按鈕的復(fù)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2/26/20243機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機(jī)的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路——用復(fù)合按鈕實(shí)現(xiàn)2/26/20244機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所◆主電路中接觸器KM1的主觸點(diǎn)閉合，將三相交流電源接至電動機(jī)◆

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

電源，作慣性運(yùn)轉(zhuǎn)SB1動合觸點(diǎn)閉合KM2得電電動機(jī)M接入直

流，制動開始釋放SB1KM2失電電動機(jī)M切除直流

電源，制動結(jié)束啟動按鈕能耗制動按鈕2/26/20245機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機(jī)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(diǎn)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(diǎn)KT延時斷開常閉觸點(diǎn)互鎖按鈕2/26/20246機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)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(diǎn)斷開KM1常開

觸點(diǎn)閉合自鎖KM1主觸點(diǎn)閉合電機(jī)

全壓

啟動制動：按下SB1SB1常閉觸點(diǎn)斷開KM1斷電KM1主

觸點(diǎn)斷開電機(jī)脫離交流電源KM1輔常閉

觸點(diǎn)閉合KM2得電KM2輔常閉

觸點(diǎn)斷開互鎖KM2主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)通入直流電實(shí)現(xiàn)能耗制動SB1常開觸點(diǎn)閉合KT得電延時KT延時常閉觸點(diǎn)斷開延時KM2斷電KM2主觸點(diǎn)斷開能耗制動結(jié)束電動機(jī)自由停車至零KM2輔常開觸點(diǎn)斷開KT線圈斷電KM2輔常開觸點(diǎn)閉合與KT常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合自鎖2/26/20247機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所KT常開瞬動觸點(diǎn)與KM2輔助常開觸點(diǎn)串聯(lián)組成聯(lián)合自鎖，是考慮時間繼電器線圈斷線或機(jī)械卡阻時，電動機(jī)在按下按鈕SB1后電動機(jī)能迅速制動，兩相的定子繞組不致長期接入直流電源。應(yīng)用：適用于負(fù)載轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定的生產(chǎn)設(shè)備上。2/26/20248機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機(jī)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(diǎn)KS22/26/20249機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所按下SB1KM1線圈失電◆當(dāng)速度在120~3000r/min范圍內(nèi)，速度繼電器常開觸頭閉合。◆當(dāng)n<100r/min時，其觸點(diǎn)復(fù)位。啟動按鈕能耗制動按鈕SB1常閉

觸點(diǎn)斷開KM1主

觸點(diǎn)斷開電機(jī)脫離

交流電KM1常閉輔助觸點(diǎn)閉合SB1常開觸點(diǎn)閉合(ks已閉合)KM2得電KM2主觸點(diǎn)閉合定子通直流電進(jìn)入能耗制動當(dāng)n<100r/min時繼電器動作Ks打開KM2線圈失電KM2主觸點(diǎn)斷開切除直流制動結(jié)束對于負(fù)載轉(zhuǎn)速經(jīng)常因生產(chǎn)加工需要變化的生產(chǎn)機(jī)械，采用速度原則控制能耗制動。2/26/202410機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所2基本電氣控制電路2.4、交流異步電動機(jī)的制動控制線路2.4.2、能耗制動控制線路——可逆運(yùn)行能耗制動控制線路KS1KS2正轉(zhuǎn)接觸器反轉(zhuǎn)接觸器能耗制動接觸器速度繼電器正轉(zhuǎn)動作速度繼電器反轉(zhuǎn)動作停止按鈕正轉(zhuǎn)啟動按鈕反轉(zhuǎn)啟動按鈕2/26/202411機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所停止按鈕正轉(zhuǎn)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(diǎn)斷開與KM2互鎖輔常閉觸點(diǎn)斷開切斷KM3線圈回路輔常開觸點(diǎn)閉合自鎖主觸點(diǎn)閉合電機(jī)全壓啟動運(yùn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到120r/min速度繼電器動作KS1常開觸點(diǎn)閉合為能耗制動做準(zhǔn)備2/26/202412機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所停止按鈕正轉(zhuǎn)啟動按鈕能耗制動：按下停止按鈕SB1SB1常開觸點(diǎn)閉合SB1常閉

觸點(diǎn)斷開KM1線

圈失電主觸點(diǎn)斷開電機(jī)脫離交流電慣性運(yùn)動輔常閉觸點(diǎn)閉合KM3線圈得電KS1閉合輔常閉觸點(diǎn)斷開切斷KM1、KM2線圈啟動回路輔常開觸點(diǎn)斷開自鎖主觸點(diǎn)閉合電動機(jī)通入直流電流實(shí)現(xiàn)能耗制動當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速下

降至100r/minKS1常開觸點(diǎn)斷開KM3線圈失電能耗制動結(jié)束，電機(jī)自由停車2/26/202413機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所作業(yè)一：2.4、2.5、2.7空一頁作業(yè)二：2.9、2.10、2.172/26/202414機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3.1概述3電機(jī)調(diào)速控制線路◆電機(jī)拖動的應(yīng)用定義：電機(jī)拖動，也叫電力拖動，就是把電源的能量，經(jīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動機(jī)械，使機(jī)械運(yùn)動，包括直線運(yùn)動，轉(zhuǎn)動，或其它形式的運(yùn)動。電力拖動，是一門以電力，電機(jī)，自控為基礎(chǔ)的，應(yīng)用廣泛的學(xué)科。調(diào)速：在生產(chǎn)實(shí)踐中，許多生產(chǎn)機(jī)械的電力拖動系統(tǒng)運(yùn)行速度需要根據(jù)加工工藝要求而人為調(diào)節(jié)。這種負(fù)載不變，人為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過程稱為調(diào)速。2/26/202415機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3.1概述3電機(jī)調(diào)速控制線路◆電機(jī)的分類按工作電源分交流電動機(jī)直流電動機(jī)單相電動機(jī)三相電動機(jī)(a)直流電動機(jī)(b)單相交流電動機(jī)(c)三相交流電動機(jī)

直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。直流電動機(jī)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(zhuǎn)的。

交流電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子就是電磁鐵，轉(zhuǎn)子就是線圈。交流電動機(jī)沒有換向器，主要是通電線圈在磁場里轉(zhuǎn)動。2/26/202416機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3.1概述3電機(jī)調(diào)速控制線路◆電機(jī)的分類按結(jié)構(gòu)及工作原理分同步電動機(jī)異步電動機(jī)感應(yīng)電動機(jī)交流換向器電動機(jī)永磁同步電動機(jī)磁滯同步電動機(jī)磁阻同步電動機(jī)三相異步電動機(jī)罩極異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)同步電機(jī)和異步電機(jī)的定子繞組是相同的，主要區(qū)別在于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)子是短路的繞組，靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流。相比之下，同步電機(jī)較復(fù)雜，造價高。

2/26/202417機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所◆電機(jī)的分類按用途分控制用電動機(jī)驅(qū)動用電動機(jī)按起動與運(yùn)行方式分類電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)電容起動式電動機(jī)電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)分相式電動機(jī)電動工具用電動機(jī)其它通用小型機(jī)械設(shè)備用電動機(jī)家電用電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)伺服電動機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)籠型感應(yīng)電動機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)分恒速電動機(jī)高速電動機(jī)低速電動機(jī)調(diào)速電動機(jī)2/26/202418機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3.2三相異步電動機(jī)簡介3電機(jī)調(diào)速控制線路三相異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。結(jié)構(gòu)簡單、制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，成本低，效率高，得以廣泛應(yīng)用。但是，功率因數(shù)低、起動和調(diào)速性能差。2/26/202419機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.2三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)◆定子部分1、定子鐵心：由導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成——導(dǎo)磁部分。2、定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)——導(dǎo)電部分。3、機(jī)座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。(a)定子(b)定子鐵心2/26/202420機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所◆轉(zhuǎn)子部分1、轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。2、轉(zhuǎn)子繞組：繞線型感應(yīng)電動機(jī)籠型感應(yīng)電動機(jī)

1)鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個多相對稱短路繞組。

2)繞線式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。2/26/202421機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所包括端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護(hù)作用外，在端蓋上改裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)扇則用來通風(fēng)冷卻?！羝渌糠?/26/202422機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)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(yīng)電動機(jī)的外形圖。2/26/202423機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所籠型定子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)2/26/202424機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所2/26/202425機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖2/26/202426機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所繞線式電動機(jī)可以通過轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)外接電阻器來改變轉(zhuǎn)子回路電阻，從而增大啟動轉(zhuǎn)矩。啟動電路較復(fù)雜，最大的優(yōu)點(diǎn)就是啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小，調(diào)速性能較好，一般用于需要調(diào)速的地方，比如冶金、起重等。但比鼠籠型異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴，運(yùn)行的可靠性也較差。籠型電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路電阻固定。通電后，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速上升而增大。結(jié)構(gòu)簡單，價格低，啟動電路簡單（小功率的可以直接啟動），啟動轉(zhuǎn)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(jī)，大部分都是籠型電動機(jī)。2/26/202427機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3.3三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理3電機(jī)調(diào)速控制線路鼠籠型轉(zhuǎn)子隨旋轉(zhuǎn)磁極而轉(zhuǎn)動的實(shí)驗(yàn)2/26/202428機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3.3三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理3電機(jī)調(diào)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(chǎn)生的合成磁場隨電流變化而旋轉(zhuǎn)，從

而產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。◆

磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢和電流(右手定則)?！?/p>

電磁力：轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（左手定則）。FF2/26/202429機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3.4三相異步電動機(jī)的兩個基本概念3電機(jī)調(diào)速控制線路概念一：極數(shù)三相異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場含有的磁極個數(shù)就是極數(shù)，稱為極數(shù)。由于磁極是成對出現(xiàn)的，所以電機(jī)有2、4、6、8……極之分。對于每相只有一個線圈的電機(jī)，繞組始端之間相差120°的空間角，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場只有一對磁極(p=1)。極數(shù)為22/26/202430機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所iA=0;iB<0;Y進(jìn),B出iC>0;C進(jìn),Z出iA>0;A進(jìn),X出iB<0;Y進(jìn),B出iC=0;iA>0;A進(jìn),X出iB<0;Y進(jìn),B出iC=0;2/26/202431機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場

即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°?！?/p>

旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向改變——任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線2/26/202432機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所由前面分析可知，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1(同步轉(zhuǎn)速)相等，即：如果:，則：

無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條

無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差異。概念二：轉(zhuǎn)差率3.4三相異步電動機(jī)的兩個基本概念2/26/202433機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小或負(fù)載大小。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：額定運(yùn)行時，轉(zhuǎn)差率一般在0.01～0.06之間，即電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個基本物理量，它反映電機(jī)的各種運(yùn)行情況。轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時，n=0，s=1；電機(jī)理想空載時，