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三相異步電動機(jī)的制動控制線路
三相異步電動機(jī)的制動控制線路
1、線路設(shè)計思想
反接制動是利用改變電動機(jī)電源電壓相序，使電動機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動的一種電氣制動方法，由于電源相序改變，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場方向也發(fā)生改變，即與原方向相反。而轉(zhuǎn)子仍按原方向慣性旋轉(zhuǎn)，于是在轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生與原方向相反的感應(yīng)電流，根據(jù)載流導(dǎo)體在磁場中受力的原理可知，此時轉(zhuǎn)子要受到一個與原轉(zhuǎn)動方向相反的力矩的作用，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，實(shí)現(xiàn)制動。反接制動的關(guān)鍵是，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時，能自動地立即將電源切斷，以免電動機(jī)反向起動。為此采用按轉(zhuǎn)速原則進(jìn)行制動控制，即借助速度繼電器來檢測電動機(jī)速度變化，當(dāng)制動到接近零速時（100r/min），由速度繼電器自動切斷電源。
改變電動機(jī)電源相序的反接制動，其優(yōu)點(diǎn)是制動效果好，其缺點(diǎn)是能量損耗大，由電網(wǎng)供給的電能和拖動系統(tǒng)的機(jī)械能全部都轉(zhuǎn)化為電動機(jī)轉(zhuǎn)子的熱損耗。在反接制動時，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度接近于2倍同步轉(zhuǎn)速，所以定子繞組中的反接制動電流相當(dāng)于全電壓直接起動時電流的2倍。為避免對電動機(jī)及機(jī)械傳動系統(tǒng)的過大沖擊，延長其使用壽命，一般在10kw以上電動機(jī)的定子電路中串接對稱電阻或不對稱電阻，以限制制動轉(zhuǎn)矩和制動電流，這個電阻稱為反接制動電阻。
2、典型線路介紹
反接制動控制線路，分為單向反接制動控制線路和可逆反接制動控制線路。
（1）單向反接制動控制線路
圖1 為單向反接制動的控制線路。
圖1 單向反接制動控制線路
我們知道電動機(jī)正在正方向運(yùn)行時，如果把電源反接，電動機(jī)轉(zhuǎn)速將由正轉(zhuǎn)急速下降到零。如果反接電源不及時切除，則電動機(jī)又要從零速反向起動運(yùn)行。所以我們必須在電動機(jī)制動到零速時，將反接電源切斷，電動機(jī)才能真正停下來。控制線路是用速度繼電器來“判斷"電動機(jī)的停與轉(zhuǎn)的。電動機(jī)與速度繼電器的轉(zhuǎn)子是同軸連接在一起的，電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，速度繼電器的動合觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)停止時動合觸點(diǎn)打開。
工作過程如下：
按SB2→KM1通電(電動機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行) →KA的動合觸點(diǎn)閉合→KM1斷電
按SB1→KM2通電(開始制動)→n≈0，KA復(fù)位→KM2斷電(制動結(jié)束)
線路圖1(A)有這樣一個問題，在停車期間，如為調(diào)整工件，需要用手轉(zhuǎn)動機(jī)床主軸時，速度繼電器的轉(zhuǎn)子也將隨著轉(zhuǎn)動，其動合觸點(diǎn)閉合，接觸器KM2得電動作，電動機(jī)接通電源發(fā)生制動作用，不利于調(diào)整工作。線路圖1（B）為X62W銑床主軸電動機(jī)的反接制動線路，解決了這個問題。控制線路中停止按鈕使用了復(fù)合按鈕SB，并在其動合觸點(diǎn)上并聯(lián)了KM2的動合觸點(diǎn)，使KM2自鎖。這樣在用手轉(zhuǎn)動電動機(jī)時，雖然KA的動合觸點(diǎn)閉合，但只要不按停止按鈕SB1，KM2-不會得電，電動機(jī)也就不會反接于電源，只有操作停止按鈕SB1時，KM2才能得電，制動線路才能接通。
圖1（B）線路工作原理為：
按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電吸合，電動機(jī)起動運(yùn)行。在電動機(jī)正向運(yùn)行時，速度繼電器KA的常開觸點(diǎn)閉合，為反接制動接觸器KM2線圈通電準(zhǔn)備了條件。
當(dāng)需制動停車時，按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈失電切斷電動機(jī)三相電源。
此時電動機(jī)的慣性轉(zhuǎn)速仍然很高，KA的常開觸點(diǎn)仍閉合，接觸器KM2線圈得電吸合，使定子繞組得到改變相序的電源，電動機(jī)進(jìn)入串制動電阻R的反接制動狀態(tài)。
當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)速接近零速（100r/min）時，速度繼電器KA的常開觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài)，接觸器KM2線圈斷電釋放，制動結(jié)束。
因電動機(jī)反接制動電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動時電動機(jī)繞組過熱。
（2）可逆反轉(zhuǎn)制動控制線路
電動機(jī)可逆運(yùn)行的反接制動控制線路如圖2所示。
圖2 可逆運(yùn)行反接制動控制線路
其線路工作原理為：
按下正向起動按鈕SB2，正向接觸器KM1得電吸合，其主觸點(diǎn)將定子繞組接至相序?yàn)锳、B、C的三相電源，電動機(jī)正向運(yùn)行。速度繼電器KA-Z的常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。由于在接觸器KM2線圈電路中起聯(lián)鎖作用的KM1常閉輔助觸點(diǎn)比KA-Z常開觸點(diǎn)的動作時間早，KA-Z常開觸點(diǎn)的閉合，只為KM2線圈反接制動作好準(zhǔn)備，不可能使它立即通電。
按停止按鈕SB1，KM1線圈失電，轉(zhuǎn)子慣性速度仍很高，KA-Z常開觸點(diǎn)仍閉合，KM2線圈得電，使定子繞組電源相序改變?yōu)镃、B、A，電動機(jī)進(jìn)入正向反接制動狀態(tài)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子的慣性速度接近零時，KA-Z的常閉觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)均復(fù)位為原來的常閉和常開狀態(tài)，KM2的線圈失電，正向反接制動結(jié)束。
反向運(yùn)行的反接制動過程如下：
按反向起動按鈕SB3，反向接觸器KM2線圈得電吸合，電動機(jī)電源相序?yàn)镃，B，A，電動機(jī)反向運(yùn)行。
速度繼電器KA-F的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)分別閉合與斷開，為KM1線圈的反接制動作準(zhǔn)備。
當(dāng)按停止按鈕SB1時，KM2線圈失電，KM1線圈得電吸合，定子繞組接至相序?yàn)锳，B，C的電源，電動機(jī)進(jìn)入反向反接制動。
當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的反向慣性速度接近零時，KA-F的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，使KM1線圈失電，反向反接制動過程結(jié)束。
圖2 所示可逆反接制動控制線路存在的缺點(diǎn)是：當(dāng)停車檢修時，檢修人員人為地轉(zhuǎn)動電動機(jī)轉(zhuǎn)子，如果轉(zhuǎn)速達(dá)到100r/min左右時，KA-Z或KA-F的常開觸點(diǎn)就有可能閉合，從而使KM1或KM2線圈得電，電動機(jī)因短時接通而引起意外事故。
圖3 所示可逆反接制動控制線路，克服了圖2 線路的上述缺點(diǎn)。
圖3
該線路中的中間電器KA的作用是：若操作者扳動機(jī)床主軸進(jìn)行調(diào)整時，或檢修人員人為轉(zhuǎn)動電動機(jī)轉(zhuǎn)子時，不會因速度繼電器常開觸點(diǎn)KA-Z或KA-F的閉合導(dǎo)致電動機(jī)意外接通而反向起動的事故。
圖4 為定子串對稱電阻可逆反接制動控制線路。
該線路在電動機(jī)正反轉(zhuǎn)起動和反接制動時在定子電路中都串接電阻，限流R起到了在反接制動時限制制動電流，在起動時限制起動電流的雙重限流作用。
該線路的工作原理為：
按下正向起動按鈕SB2，中問繼電器KA1得電吸合并自鎖，同時正向接觸器KM1得電吸合，電動機(jī)正向起動。
剛起動時，尚未達(dá)到使速度繼電器動作的轉(zhuǎn)速，常開觸點(diǎn)KA-Z未閉合，使中間繼電器KA3不得電，接觸器KM3也不得電，因而使R串在定子繞組中限制起動電流。
當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至速度繼電器動作值時，常開觸點(diǎn)KA-Z閉合，KM3線圈得電吸合，經(jīng)其主觸點(diǎn)短接電阻R，電動機(jī)轉(zhuǎn)速不斷升高，直至正常運(yùn)行。
按停止按鈕SB1，KA1線圈失電，KA1常開觸點(diǎn)斷開接觸器KM3線圈電路，使電阻R再次串入定子電路；同時，KM1線圈失電，切斷電動機(jī)三相電源。
此時電動機(jī)慣性轉(zhuǎn)速仍較高，常開觸點(diǎn)KA-Z仍閉合，KA3線圈仍保持得電狀態(tài)。在KM1失電同時，KM2線圈得電吸合，其主觸點(diǎn)將電動機(jī)電源反接，電動機(jī)進(jìn)行反接制動。在制動過程中，定子電路一直串有電阻R以限制制動電流。
當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時，常開觸點(diǎn)KA-Z復(fù)位斷開，KA3和KM2相繼失電，制動過程結(jié)束，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。
電動機(jī)處于任一方向運(yùn)行時，若要改變其運(yùn)轉(zhuǎn)方向，只要按下相應(yīng)的起動按鈕，電路便自動完成反向的全部過程。例如，電動機(jī)正向運(yùn)行時，若要使其反向運(yùn)行，則按下反向起動按鈕SB3，通過KA2和KM2使電動機(jī)*行反接制動，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零時，電動機(jī)又反向起動。不管電動機(jī)是處于正向反接制動還是反向起動，電阻R均接入定子繞組，以限制制動電流和起動電流。只有當(dāng)反向轉(zhuǎn)速升高達(dá)到KA-F動作值時，常開觸點(diǎn)KA-F閉合，KA4和KM3線圈相繼得電吸合，切除電阻R，轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，直至電動機(jī)進(jìn)入反向正常運(yùn)行。
該線路可以克服圖2線路的缺點(diǎn)，不會因KA-Z或KA-F觸點(diǎn)的偶然閉合而引起意外事故；且其操作方便，具有觸點(diǎn)、按鈕雙重聯(lián)鎖，運(yùn)行安全、可靠，是一個較完善的控制線路。
反接制動時，旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度很大，定子電流也很大。但在制動過程中有沖擊，對傳動部件有害，能量消耗較大。故用于不太經(jīng)常起制動的設(shè)備，如銑床、鏜床、中型車床主軸的制動。
從能量角度看，能耗制動是把電動機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)所儲存的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽矣窒脑陔妱訖C(jī)轉(zhuǎn)子的制動上，與反接制動相比，能量損耗少。在制動時磁場靜止不動，不會產(chǎn)生有害的反轉(zhuǎn)，制動停車準(zhǔn)確，制動過程平穩(wěn)。所以，能耗制動適用于電動機(jī)容量較大，要求制動平穩(wěn)和起動頻繁的場合，如磨床、龍門刨床及組合機(jī)床的主軸定位等。但能耗制動需要直流電源，制動速度也較反接制動慢一些。但是由于電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體整流器件的大量生產(chǎn)和作用，直流電源已成為不難解決的問題了。