電氣控制與PLC應用（第2版）課件：三相異步電動機的制動控制

三相異步電動機的制動控制學習目標（1）了解三相異步電動機制動的目的、方法及原理；（2）了解電磁抱閘制動控制電路的組成，并能講述線路的工作原理；（3）掌握反接制動控制電路的組成，并能講述線路的工作原理；（4）掌握能耗制動控制電路的組成，并能講述線路的工作原理。一、任務導入

三相異步電動機從切斷電源到安全停止旋轉(zhuǎn)，由于機械慣性總要經(jīng)過一段時間，這樣使得非生產(chǎn)時間拖長，不能滿足生產(chǎn)機械要求迅速停車的要求，也影響勞動生產(chǎn)率。在實際生產(chǎn)中，為了保證工作設備的可靠性和人身安全，實現(xiàn)快速、準確停車，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)機械效率，通常對要求停轉(zhuǎn)的電動機采取相應措施，強迫其迅速停車，即對其實行制動控制。

對三相異步電動機進行制動時可采用兩種方法：機械制動和電氣制動。所謂機械制動是用機械裝置來強迫電動機迅速停轉(zhuǎn)，如電磁抱閘制動、電磁離合器制動等。電氣制動是使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動機旋轉(zhuǎn)方向相反以達到制動，如反接制動、能耗制動、回饋制動等。這些制動方法各有特點，適用于不同的場合，下面介紹幾種典型的制動控制。二、相關(guān)知識（一）電磁抱閘制動

電磁抱閘制動是利用電磁制動閘緊緊抱住與電動機同軸的制動輪使電動機迅速停止運動的一種機械制動方式。它分為斷電電磁抱閘制動和通電電磁抱閘制動兩種。

斷電電磁抱閘制動的控制線路如圖2.28所示。制動閘輪通過聯(lián)軸器直接或間接與電動機主軸相連，電動機轉(zhuǎn)動時，制動閘輪也跟著同軸轉(zhuǎn)動。當制動電磁鐵的線圈得電時，電磁克服彈簧的作用，迫使制動杠桿向上移動，從而使制動器的閘瓦與閘輪分開，無制動作用，電動機可以運轉(zhuǎn)；當制動電磁鐵的線圈失電時，在彈簧力的作用下，閘瓦緊緊抱住閘輪，使電動機能夠迅速停止運行。

斷電電磁抱閘制動控制線路的工作原理：合上刀開關(guān)QS，按下啟動按鈕SB2，KM線圈得電，KM常開輔助觸頭閉合形成自鎖，主觸頭閉合使電動機接通電源，同時電磁抱閘制動器的YB線圈得電，銜鐵與鐵芯吸合，銜鐵克服彈簧的作用，迫使制動杠桿向上移動，從而使制動器的閘瓦與閘輪分開，電動機正常啟動運行。

當按下停止按鈕SB1時，KM線圈失電，常開輔助觸頭解除自鎖，主觸頭切斷電動機電源，同時電磁抱閘制動器的線圈YB也失電，銜鐵與鐵芯分開，在彈簧拉力的作用下，閘瓦緊緊抱住閘輪，使電動機迅速制動而停轉(zhuǎn)。圖2.28斷電電磁抱閘制動的控制線路原理圖（二）電動機單向反接制動控制

反接制動是利用改變電動機定子繞組的電源相序，使定子繞組產(chǎn)生相反方向的旋轉(zhuǎn)磁場，迫使電動機迅速停轉(zhuǎn)的一種電氣制動方法。電動機單向反接制動的關(guān)鍵是當電動機轉(zhuǎn)速接近于零時，能自動地立即將電源切斷，以免電動機反向啟動，所以常采用速度繼電器來檢測電動機速度變化，當制動接近于零轉(zhuǎn)速（100r/min）時由速度繼電器自動切斷電源。

電動機單向反接制動的優(yōu)點是制動效果好、沖擊大，但是能量損耗大。因為電源反接制動時，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速接近電動機同步轉(zhuǎn)速的兩倍，所以定子繞組中的反接制動電流相當于全電壓直接啟動時電流的2倍。為避免對電動機及機械傳動系統(tǒng)的過大沖擊，延長其使用壽命，通常在10kW以上電動機的定子電路中串接對稱電阻或不對稱電阻，以減小沖擊電流。減小制動電流的電阻稱為反接制動電阻。電動機單向反接制動的控制線路如圖2.29所示。圖中電動機定子繞組上串聯(lián)了對稱的制動電阻R，KM2用來改變電動機定子繞組的電源相序，速度繼電器KS的軸與電動機軸相連。

電路的工作原理：合上電源刀開關(guān)QS，按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2，KM1線圈得電并自鎖，主觸頭閉合，電動機在全電壓下啟動，當電動機轉(zhuǎn)速上升到一定值時（140r/min），速度繼電器KS的常開觸頭閉合為制動做好準備。按下停止按鈕SB1，KM1線圈失電，觸頭釋放，自鎖解除，但電動機仍以慣性高速旋轉(zhuǎn)。當SB1按到底時，其常開觸頭閉合，使KM2線圈得電，改變了電動機定子繞組的電源相序，電動機M串接R反接制動，電動機轉(zhuǎn)速迅速下降。當轉(zhuǎn)速下降到一定值時（100r/min），KS釋放，KS常開觸頭復位，切斷KM2線圈電源。KM2失電，釋放觸頭斷開了電動機的反相序電源，反接制動結(jié)束，電動機自然停車至零。圖2.29電動機單向反接制動的控制線路（三）電動機雙向可逆運行反接制動控制由圖2.29中我們看出，該控制線路只能對電動機單向進行反接制動。在電氣控制系統(tǒng)中，通常還要求電動機在正反轉(zhuǎn)時都能進行反接制動。電動機雙向可逆運行反接制動控制電路如圖2.30所示。從圖中可以看出，該控制線路所用器件較多，其中KM1既是正轉(zhuǎn)運行接觸器，又是反轉(zhuǎn)運行時的反接制動接觸器；KM2既是反轉(zhuǎn)運行接觸器，又是正轉(zhuǎn)時的反接制動接觸器；KM3為短接制動電阻R接觸器；中間繼電器KA1、KA2和接觸器KM1、KM3配合完成電動機的正向啟動、反接制動；中間繼電器KA3、KA4和接觸器KM2、KM4配合完成電動機的反向啟動、反接制動；速度繼電器KS有兩對觸頭KS-1和KS-2，分別控制電動機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時反接制動的時間；R在電動機啟動時作定子串電阻減壓啟動用，停車時作為反接制動電阻。圖2.30電動機雙向可逆運行反接制動控制原理圖電路的工作原理：合上電源刀開關(guān)QS，按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2，正轉(zhuǎn)中間繼電器KA3線圈得電形成自鎖，其常閉觸頭互鎖了中間繼電器KA4線圈電路。KA3常開觸頭閉合，使KM1線圈得電。KMI線圈得電，其常開輔助觸頭閉合，為制動做好準備，主觸頭閉合，使電動機定子繞組經(jīng)電阻R獲得電源，電動機開始降壓啟動。當電動機轉(zhuǎn)速達到一定值時，速度繼電器KS-1常開觸頭閉合，使中間繼電器KA1線圈得電并自鎖。由于KA1、KA3常開觸頭閉合，使KM3線圈得電。KM3線圈得電，其主觸頭閉合短接電阻R，使電動機在全壓下運行。此時按下停止按鈕SB1時，KA3線圈失電，其常開觸頭被釋放，使得KM1、KM3線圈相繼失電釋放它們各自的觸頭；但此時由于機械慣性，電動機高速旋轉(zhuǎn)，使KS-1繼續(xù)維持閉合狀態(tài)，KA1線圈仍然得電。KA1常開觸頭的閉合、KM1常閉觸頭的恢復，使KM2線圈得電。KM2線圈得電，其主觸頭閉合，使電動機定子上的電源相序已經(jīng)改變了，且電流也減小了，對電動機進行反接制動，電動機轉(zhuǎn)速迅速下降。當電動機轉(zhuǎn)速下降到一定值時，速度繼電器的常開觸頭KS-l復位，使KA1線圈斷電，接觸器KM2線圈斷電釋放，反接制動完成。電動機的反向啟動和反接制動與正轉(zhuǎn)時類似。（四）電動機單向運行能耗制動控制

能耗制動是一種應用廣泛的電氣制動方法。它是在電動機切斷交流電源后，立即向電動機定子繞組通入直流電源；定子繞組中流過直流電流，產(chǎn)生一個靜止不動的直流磁場；而此時電動機的轉(zhuǎn)子由于慣性仍按原來方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導體切割直流磁通，產(chǎn)生感生電流；在感生電流和靜止磁場的作用下，產(chǎn)生一個阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的制動力矩，使電動機轉(zhuǎn)速迅速下降；當轉(zhuǎn)速下降到零時，轉(zhuǎn)子導體與磁場之間無相對運動，感生電流消失，制動力矩變?yōu)榱?，電動機停止轉(zhuǎn)動，從而達到制動的目的。

在制動過程中，電流、轉(zhuǎn)速和時間三個參數(shù)量都在變化，因此可取其中一個作為控制信號。按時間原則控制的電動機單向運行能耗制動控制線路如圖2.31所示。電路的工作原理：合上電源刀開關(guān)QS，按下啟動按鈕SB2，KM1線圈得電，常開輔助觸頭自鎖，常閉輔助觸頭互鎖，主觸頭閉合，電動機全電壓啟動運行。需要電動機停止時，按下停止按鈕SB1，KM1線圈失電，釋放觸頭，電動機定子繞組失去交流電源。由于慣性轉(zhuǎn)子仍高速旋轉(zhuǎn)，同時KM2、KT線圈得電形成自鎖，KM2主觸頭閉合，使電動機定子繞組接入直流電源進行能耗制動，電動機轉(zhuǎn)速迅速下降。當轉(zhuǎn)速接近零時，時間繼電器KT的延時時間到，KT常閉觸頭延時打開，切斷KM2線圈的電源，KM2、KT的相應觸頭釋放，從而斷開了電動機定子繞組的直流電源，使電動機停止轉(zhuǎn)動，達到了能耗制動的目的。圖2.31電動機單向運行能耗制動控制原理圖習題與思考題1.三