理论教育 电气制动控制线路及方法详解

电气制动控制线路及方法详解

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】: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。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2-35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。可逆启动反接制动控制线路。半波整流能耗制动控制线路。

电气制动控制线路及方法详解

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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