在电动机切断电源后,产生一个和电动机实际转动方向相反的电磁力矩,迫使电动机迅速停转的方法称为电气制动。常用的电气制动方法有反接制动和能耗制动等。
1.反接制动控制线路
反接制动就是将运动中的电动机电源反接(任意对调电动机的两相电源引入线),产生与原来旋转方向相反的旋转磁场及制动电磁转矩,转子受到与原旋转方向相反的制动力矩而迅速停转,其原理如图2-34所示。图中要使正在以n2方向旋转的电动机迅速停转,可先拉开正转接法的电源开关 QS,使电动机与三相电源脱离,转子由于惯性仍按原方向旋转,然后将开关QS投向反接制动侧,这时由于U、V两相线对调了,产生的旋转磁场Φ 方向与先前的相反,从而在电动机转子中产生了与原来相反的电磁转矩,即制动转矩,这个转矩使电动机转速迅速下降而实现制动。
在上述制动过程中,当制动转子转速接近零时,如不及时切断电源,电动机将会反向启动。因此,必须在反接制动中采取一定的措施,保证当电动机的转速制动到零时迅速切断电源,防止反向启动。通常用速度继电器检测电动机转速变化,自动控制及时切断电源。
图2-34 反接制动原理
(1)单向反接制动控制线路。
反接制动的关键在于电动机电源相序的改变,且当转速下降接近于零时,能自动将电源切除。为此采用速度继电器KS来检测电动机的速度变化。在120~3 000 r/min时,速度继电器触头动作;当转速低于100 r/min时,其触头恢复原位。
单向反接制动控制线路如图2-35所示。
图2-35 单向启动反接制动控制原理
它的主电路与正反转控制的主电路基本相同,只是增加了 3个限流电阻 R。图 2-35中KM1为正转运行接触器,KM2为反转运行接触器,速度继电器KS与电动机M用虚线相连表示同轴。工作原理如下:
合上电源开关QS。
单向启动:
按下SB2,KM1线圈通电,KM1自锁触点闭合。互锁触点断开,主触点闭合,电动机M启动运转,转速升至一定值,KS触点闭合,为反接制动做准备。
反接制动:
按下SB1,SB1常闭触点先断开,KM1线圈断电,KM1自锁触点断开,KM1主触点断开,电动机断电做惯性运转;SB1常开触点后闭合,同时KM1互锁触点闭合,使KM2线圈通电,KM2自锁触点闭合,互锁触点断开,主触点闭合,电动机M串R反接制动,当转速降至一定值时,KS触点断开,使KM2断电,KM2自锁触点断开,互锁触点闭合,主触点断开,电动机M脱离电源,制动结束。
由于反接制动时,旋转磁场与转子的相对转速很高(n1+n2),感应电动势很大,所以转子电流比直接启动时的电流还大。反接制动电流一般是电动机额定电流的10倍左右,故在主电路中串联电阻以限制反接制动电流。电动机定子绕组正常工作时的相电压为220 V时,若要限制反接制动电流不大于启动电流,则三相电路每相应串入的电阻值可根据经验公式估算如下
式中 Iq——电动机全压的启动电流(A)。
如果反接制动只在两相中串联电阻,则电阻应取上述估算值的1.5倍,当电动机容量较小时,也可不串接限流电阻。
(2)可逆启动反接制动控制线路。
可逆启动反接制动控制线路如图2-36所示。工作原理如下:
合上电源开关QS。
图2-36 双向启动反接制动控制线路
正转启动过程:
按下SB2,KA3线圈通电,自锁触点KA3-1闭合,联锁触点KA3断开,KA3-3触点闭合(为KM3通电做准备)KA3-2常开触点闭合,KM1线圈通电,KM1互锁触点断开,KM1常开触点闭合(为KA1线圈通电做准备),KM1主触点闭合,电动机串R减压启动,转速至一定值时,KV5-1触点闭合,KA1线圈通电。KA1-3触点闭合(为KM2线圈通电做准备),KA1-1触点闭合,KM3线圈通电,KM3主触点闭合(电阻R被短接)电动机全压运行。(www.daowen.com)
停车制动过程:
按下SB1,KA3线圈断电,KA3-3触点断开,KM3线圈断电,KM3主触点断开,电阻R串入。KA3-2触点断开,KM1线圈断电。KM1主触点断开,电动机断电(惯性运转);KM1互锁触点闭合,KM2线圈通电,KM2主触点闭合,电动机反接制动,转速降至一定值,KA5-1断开,KA1线圈断电,KA1-3触点断开,KM2线圈断电,KM2主触点断开(制动结束)。
相反方向的启动和制动控制原理同上,请读者自行分析。
进行反接制动时,由于反向旋转磁场和电动机做惯性旋转的方向相反,因而转子与反向旋转磁场的相对速度接近于两倍同步转速,所以转子电流很大,定子绕组里的电流也很大,约等于全压启动时电流的两倍。因此反接制动虽有制动力矩大,制动迅速,设备比较简单等优点,但是也有制动准确性差,制动过程中冲击强烈,易损坏传动零件等缺点。所以反接制动一般只适用于10 kW以下的小容量电动机。
2.能耗制动控制线路
所谓能耗制动,就是在电动机脱离三相电源后,在定子绕组上加一个直流电压,通入直流电流,产生静止的磁场,利用转子感应电流与该静止磁场的作用以达到制动的目的,其制动原理如图2-37所示。
图2-37 能耗制动原理
制动时先将电源开关QS断开,电动机脱离交流电源,转子因惯性仍继续运转。这时立即合上 SA,电动机定子绕组接到直流电源,在定子中产生一个静止磁场,转动着的转子绕组便切割这个磁场而在它的导体中产生感应电流。按图2-37(b)所设磁场和旋转方向,根据右手定则判定,转子电流的方向上面为⊗,下面为·。这一电流马上受到静止磁场的作用力,用左手定则可以确定这个作用力的方向如图中的F所示。可以看出,作用力F在电动机转轴上所形成的转矩与转子运转方向n相反,所以是一个制动转矩,使电动机迅速停止转动。这种制动方法,实质上是把转子原来“储存”的机械动能转变成电能,又消耗在转子的绕组上,所以叫作能耗制动。
能耗制动时制动转矩的大小,与通入定子绕组的直流电流的大小有关。电流越大,静止磁场越强,产生的制动转矩就越大。电流可用 R调节,但通入的直流电流不能太大,一般约为异步电动机空载电流的3~5倍,否则会烧坏定子绕组。
直流电源可用不同的整流电路获得。
(1)半波整流能耗制动控制线路。
容量10 kW以下的电动机,可直接由交流220 V电源采用半波整流得到直流电源,其能耗制动控制电路如图 2-38所示,这种线路结构简单,体积小,附加设备少,成本低。工作原理如下:
先合上电源开关QS。
启动过程:
按下SB2,KM1线圈通电,KM1自锁触点闭合,互锁触点断开,主触点闭合,电动机启动运转。
停车制动过程:
按下SB1,SB1常闭触点先断开,KM1线圈断电,KM1自锁触点断开,互锁触点闭合,主触点断开,电动机M断电作惯性运转。SB2常闭触点后闭合,KM2线圈通电,KM2自锁触点闭合,互锁触点断开,主触点闭合,电动机通入直流电能耗制动。同时,KT线圈通电,KT常闭触点延时断开,KM2线圈断电,KM2自锁触点断开,KT线圈断电,KT触点瞬时复位,KM2互锁触点闭合,主触点断开,切断电动机的直流电源(制动结束)。
图2-38 无变压器半波整流能耗制动控制线路
若电动机作Y连接,则制动时的直流电流是由电源L3经KM2主触点,U、V绕组,W绕组,KM2主触点,二极管V,电阻R,中线N,构成半波整流回路,如图2-38(c)所示。
(2)全波整流能耗制动控制线路。
10 kW以上的电动机的能耗制动一般采用全波整流电路得到直流电源,其能耗制动的控制线路如图2-39所示。
图2-39 有变压器全波整流的能耗制动控制线路
这个控制线路的控制电路部分与图 2-38控制电路部分相同,工作原理也相同。不同的是主电路中直流电流由变压器降压后的单相桥式整流器供给,并可通过电阻 R调节电流的大小,从而调节制动的强度。
能耗制动的优点是制动准确、平稳和能量消耗较小,缺点是需加直流电源装置,制动力量较弱,特别是在低速时,制动转矩更小。能耗制动一般用于制动要求平稳准确的场合。
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