電氣控制與PLC應(yīng)用（第2版）課件：三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）了解三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的目的、方法及原理；（2）了解電磁抱閘制動(dòng)控制電路的組成，并能講述線(xiàn)路的工作原理；（3）掌握反接制動(dòng)控制電路的組成，并能講述線(xiàn)路的工作原理；（4）掌握能耗制動(dòng)控制電路的組成，并能講述線(xiàn)路的工作原理。一、任務(wù)導(dǎo)入

三相異步電動(dòng)機(jī)從切斷電源到安全停止旋轉(zhuǎn)，由于機(jī)械慣性總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，這樣使得非生產(chǎn)時(shí)間拖長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械要求迅速停車(chē)的要求，也影響勞動(dòng)生產(chǎn)率。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證工作設(shè)備的可靠性和人身安全，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確停車(chē)，縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)機(jī)械效率，通常對(duì)要求停轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)采取相應(yīng)措施，強(qiáng)迫其迅速停車(chē)，即對(duì)其實(shí)行制動(dòng)控制。

對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)可采用兩種方法：機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。所謂機(jī)械制動(dòng)是用機(jī)械裝置來(lái)強(qiáng)迫電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)，如電磁抱閘制動(dòng)、電磁離合器制動(dòng)等。電氣制動(dòng)是使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反以達(dá)到制動(dòng)，如反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)、回饋制動(dòng)等。這些制動(dòng)方法各有特點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)合，下面介紹幾種典型的制動(dòng)控制。二、相關(guān)知識(shí)（一）電磁抱閘制動(dòng)

電磁抱閘制動(dòng)是利用電磁制動(dòng)閘緊緊抱住與電動(dòng)機(jī)同軸的制動(dòng)輪使電動(dòng)機(jī)迅速停止運(yùn)動(dòng)的一種機(jī)械制動(dòng)方式。它分為斷電電磁抱閘制動(dòng)和通電電磁抱閘制動(dòng)兩種。

斷電電磁抱閘制動(dòng)的控制線(xiàn)路如圖2.28所示。制動(dòng)閘輪通過(guò)聯(lián)軸器直接或間接與電動(dòng)機(jī)主軸相連，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，制動(dòng)閘輪也跟著同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)制動(dòng)電磁鐵的線(xiàn)圈得電時(shí)，電磁克服彈簧的作用，迫使制動(dòng)杠桿向上移動(dòng)，從而使制動(dòng)器的閘瓦與閘輪分開(kāi)，無(wú)制動(dòng)作用，電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)制動(dòng)電磁鐵的線(xiàn)圈失電時(shí)，在彈簧力的作用下，閘瓦緊緊抱住閘輪，使電動(dòng)機(jī)能夠迅速停止運(yùn)行。

斷電電磁抱閘制動(dòng)控制線(xiàn)路的工作原理：合上刀開(kāi)關(guān)QS，按下啟動(dòng)按鈕SB2，KM線(xiàn)圈得電，KM常開(kāi)輔助觸頭閉合形成自鎖，主觸頭閉合使電動(dòng)機(jī)接通電源，同時(shí)電磁抱閘制動(dòng)器的YB線(xiàn)圈得電，銜鐵與鐵芯吸合，銜鐵克服彈簧的作用，迫使制動(dòng)杠桿向上移動(dòng)，從而使制動(dòng)器的閘瓦與閘輪分開(kāi)，電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)行。

當(dāng)按下停止按鈕SB1時(shí)，KM線(xiàn)圈失電，常開(kāi)輔助觸頭解除自鎖，主觸頭切斷電動(dòng)機(jī)電源，同時(shí)電磁抱閘制動(dòng)器的線(xiàn)圈YB也失電，銜鐵與鐵芯分開(kāi)，在彈簧拉力的作用下，閘瓦緊緊抱住閘輪，使電動(dòng)機(jī)迅速制動(dòng)而停轉(zhuǎn)。圖2.28斷電電磁抱閘制動(dòng)的控制線(xiàn)路原理圖（二）電動(dòng)機(jī)單向反接制動(dòng)控制

反接制動(dòng)是利用改變電動(dòng)機(jī)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(chǎng)，迫使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)的一種電氣制動(dòng)方法。電動(dòng)機(jī)單向反接制動(dòng)的關(guān)鍵是當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)，能自動(dòng)地立即將電源切斷，以免電動(dòng)機(jī)反向啟動(dòng)，所以常采用速度繼電器來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)速度變化，當(dāng)制動(dòng)接近于零轉(zhuǎn)速（100r/min）時(shí)由速度繼電器自動(dòng)切斷電源。

電動(dòng)機(jī)單向反接制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)效果好、沖擊大，但是能量損耗大。因?yàn)殡娫捶唇又苿?dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速接近電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的兩倍，所以定子繞組中的反接制動(dòng)電流相當(dāng)于全電壓直接啟動(dòng)時(shí)電流的2倍。為避免對(duì)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)大沖擊，延長(zhǎng)其使用壽命，通常在10kW以上電動(dòng)機(jī)的定子電路中串接對(duì)稱(chēng)電阻或不對(duì)稱(chēng)電阻，以減小沖擊電流。減小制動(dòng)電流的電阻稱(chēng)為反接制動(dòng)電阻。電動(dòng)機(jī)單向反接制動(dòng)的控制線(xiàn)路如圖2.29所示。圖中電動(dòng)機(jī)定子繞組上串聯(lián)了對(duì)稱(chēng)的制動(dòng)電阻R，KM2用來(lái)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源相序，速度繼電器KS的軸與電動(dòng)機(jī)軸相連。

電路的工作原理：合上電源刀開(kāi)關(guān)QS，按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2，KM1線(xiàn)圈得電并自鎖，主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)在全電壓下啟動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)（140r/min），速度繼電器KS的常開(kāi)觸頭閉合為制動(dòng)做好準(zhǔn)備。按下停止按鈕SB1，KM1線(xiàn)圈失電，觸頭釋放，自鎖解除，但電動(dòng)機(jī)仍以慣性高速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)SB1按到底時(shí)，其常開(kāi)觸頭閉合，使KM2線(xiàn)圈得電，改變了電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源相序，電動(dòng)機(jī)M串接R反接制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定值時(shí)（100r/min），KS釋放，KS常開(kāi)觸頭復(fù)位，切斷KM2線(xiàn)圈電源。KM2失電，釋放觸頭斷開(kāi)了電動(dòng)機(jī)的反相序電源，反接制動(dòng)結(jié)束，電動(dòng)機(jī)自然停車(chē)至零。圖2.29電動(dòng)機(jī)單向反接制動(dòng)的控制線(xiàn)路（三）電動(dòng)機(jī)雙向可逆運(yùn)行反接制動(dòng)控制由圖2.29中我們看出，該控制線(xiàn)路只能對(duì)電動(dòng)機(jī)單向進(jìn)行反接制動(dòng)。在電氣控制系統(tǒng)中，通常還要求電動(dòng)機(jī)在正反轉(zhuǎn)時(shí)都能進(jìn)行反接制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)雙向可逆運(yùn)行反接制動(dòng)控制電路如圖2.30所示。從圖中可以看出，該控制線(xiàn)路所用器件較多，其中KM1既是正轉(zhuǎn)運(yùn)行接觸器，又是反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)的反接制動(dòng)接觸器；KM2既是反轉(zhuǎn)運(yùn)行接觸器，又是正轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)接觸器；KM3為短接制動(dòng)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(dòng)機(jī)的正向啟動(dòng)、反接制動(dòng)；中間繼電器KA3、KA4和接觸器KM2、KM4配合完成電動(dòng)機(jī)的反向啟動(dòng)、反接制動(dòng)；速度繼電器KS有兩對(duì)觸頭KS-1和KS-2，分別控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)反接制動(dòng)的時(shí)間；R在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)作定子串電阻減壓?jiǎn)?dòng)用，停車(chē)時(shí)作為反接制動(dòng)電阻。圖2.30電動(dòng)機(jī)雙向可逆運(yùn)行反接制動(dòng)控制原理圖電路的工作原理：合上電源刀開(kāi)關(guān)QS，按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2，正轉(zhuǎn)中間繼電器KA3線(xiàn)圈得電形成自鎖，其常閉觸頭互鎖了中間繼電器KA4線(xiàn)圈電路。KA3常開(kāi)觸頭閉合，使KM1線(xiàn)圈得電。KMI線(xiàn)圈得電，其常開(kāi)輔助觸頭閉合，為制動(dòng)做好準(zhǔn)備，主觸頭閉合，使電動(dòng)機(jī)定子繞組經(jīng)電阻R獲得電源，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始降壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，速度繼電器KS-1常開(kāi)觸頭閉合，使中間繼電器KA1線(xiàn)圈得電并自鎖。由于KA1、KA3常開(kāi)觸頭閉合，使KM3線(xiàn)圈得電。KM3線(xiàn)圈得電，其主觸頭閉合短接電阻R，使電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。此時(shí)按下停止按鈕SB1時(shí)，KA3線(xiàn)圈失電，其常開(kāi)觸頭被釋放，使得KM1、KM3線(xiàn)圈相繼失電釋放它們各自的觸頭；但此時(shí)由于機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，使KS-1繼續(xù)維持閉合狀態(tài)，KA1線(xiàn)圈仍然得電。KA1常開(kāi)觸頭的閉合、KM1常閉觸頭的恢復(fù)，使KM2線(xiàn)圈得電。KM2線(xiàn)圈得電，其主觸頭閉合，使電動(dòng)機(jī)定子上的電源相序已經(jīng)改變了，且電流也減小了，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行反接制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到一定值時(shí)，速度繼電器的常開(kāi)觸頭KS-l復(fù)位，使KA1線(xiàn)圈斷電，接觸器KM2線(xiàn)圈斷電釋放，反接制動(dòng)完成。電動(dòng)機(jī)的反向啟動(dòng)和反接制動(dòng)與正轉(zhuǎn)時(shí)類(lèi)似。（四）電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制

能耗制動(dòng)是一種應(yīng)用廣泛的電氣制動(dòng)方法。它是在電動(dòng)機(jī)切斷交流電源后，立即向電動(dòng)機(jī)定子繞組通入直流電源；定子繞組中流過(guò)直流電流，產(chǎn)生一個(gè)靜止不動(dòng)的直流磁場(chǎng)；而此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由于慣性仍按原來(lái)方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割直流磁通，產(chǎn)生感生電流；在感生電流和靜止磁場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生一個(gè)阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)力矩，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到零時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場(chǎng)之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，感生電流消失，制動(dòng)力矩變?yōu)榱?，電?dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到制動(dòng)的目的。

在制動(dòng)過(guò)程中，電流、轉(zhuǎn)速和時(shí)間三個(gè)參數(shù)量都在變化，因此可取其中一個(gè)作為控制信號(hào)。按時(shí)間原則控制的電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線(xiàn)路如圖2.31所示。電路的工作原理：合上電源刀開(kāi)關(guān)QS，按下啟動(dòng)按鈕SB2，KM1線(xiàn)圈得電，常開(kāi)輔助觸頭自鎖，常閉輔助觸頭互鎖，主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)全電壓?jiǎn)?dòng)運(yùn)行。需要電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，按下停止按鈕SB1，KM1線(xiàn)圈失電，釋放觸頭，電動(dòng)機(jī)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(shí)KM2、KT線(xiàn)圈得電形成自鎖，KM2主觸頭閉合，使電動(dòng)機(jī)定子繞組接入直流電源進(jìn)行能耗制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，時(shí)間繼電器KT的延時(shí)時(shí)間到，KT常閉觸頭延時(shí)打開(kāi)，切斷KM2線(xiàn)圈的電源，KM2、KT的相應(yīng)觸頭釋放，從而斷開(kāi)了電動(dòng)機(jī)定子繞組的直流電源，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到了能耗制動(dòng)的目的。圖2.31電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制原理圖習(xí)題與思考題1.三