三相异步电机的制动

摘要近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。

特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有大量的中、小功率电动机。

由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。

电机是现代工农业生产和交通运输的重要设备，与电机配套的控制设备的性能已经成为用户关注的焦点。

电机的控制包括电机的起动、调速和制动。

异步电动机由于具有结构简单、体积小、价格低廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，因而在电力拖动平台上得到了广泛应用。

据统计，其耗电量约占全国发电量的40%左右。

当电机并入电网时，电机转速从静止加速到额定转速的过程称为电机的起动过程。

异步电动机的起动性能最重要的是起动电流和起动转矩。

因此在电机的起动过程中，如何降低起动电流，增大起动转矩，一直是机电行业的专家们探讨的重要课题。

电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。

本文是对三相异步电动机做出深入的剖析与设计。

三相异步电动机是一种具有高效率、低磨损、低噪声的电机机种.本设计在介绍三相异步电动机中，关于相数、极数、槽数及绕组连接方式的选择方法和应遵从的规律详细的加以说明和介绍。

文中主要介绍了几种常用的制动方式的特点，对不同制动方式进行了技术比较，分析了他们各自的实用场所，为实际应用提供了科学的理论依据。

关键词：三相异步电动机结构制动方式前言电动机是把电能转换成机械能的设备。

近几十年随着科技的发展电动机在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，被广泛地应用着。

随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。

此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来与单相电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。

按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。

笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。

绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。

调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。

而三相异步电动机的制动方法，在其中无疑起到了关键性的作用，其在切断电源以后，利用电气原理或机械装置使电动机迅速停转。

其制动方法主要分为，电力制动和机械制动。

电力制动和机械制动又可分为若干制动方式。

其制动方法和制动原理在第二章会重点介绍。

在本次课题设计中共分为三大章节，第一章为课题介绍，在其中说明了本课题的设计背景、设计意义以及本课题的主要工作。

第二章则着重于三相异步电动机制动方法的介绍、分类以及其结构原理。

第三章是三相异步电动机的绕组故障分析以及故障处理方法。

此课题在设计过程中，重点介绍了三相异步电动机的制动方法，在查阅相关资料和老师、同学的帮助下完成了相关理论知识的设计，由于个人设计的水平有限，难免有疏漏和欠妥之处，敬请老师和同学指正，谢谢！第1章课题介绍1.1 课题背景由于生产机械的不断更新和发展，对电动机的起动性能也提出了越来越高的要求。

电动机作为重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活中。

直流电动机其调速在过去一直占统治地位，但由于本身结构原因，例如换向器的机械强度不高，电刷易于磨损等，远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。

相比之下，三相异步交流电动机拥有延长设备的使用寿命，有强大的降噪能力，操作智能化，维护简便、通用性强等众多特性，特别是三相线笼式异步电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠等优势，在工业中得到了极为广泛的应用，也正在发挥着越来越重要的作用。

三相异步电动机在各种电动机中的应用最广，需求量最大，在工业生产、农业机械化交通运输、国防工业等电力拖动装置中有很大的比重，这是因为三相异步电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等一系列优点，另外还具有较高的运行效率和较好的工作特性，能满足各行业大多数生产机械的转动要求。

因此三相交流异步电动机的技术在我国有极为广泛的发展前景。

1.2 课题意义通过本课题的设计，了解三相异步电动机的基本自动方式，进一步了解三相异步电动机的结构、工作原理、三相异步电动机的分类及用途、各种制动方式和三相异步电动机在应用中经常出现的问题。

本次课程设计将对三相异步电动机的制动控制方式进行分析，进一步分别讨论了三相异步电动机的几种制动方式特性以及在不同设备中的应用情况。

1.3 本课题主要工作介绍三相异步电动机的基本结构和工作原理，详细介绍了三相异步电动机的制动方法、控制线路和使用过程中的故障处理。

第2章三相异步电动机的制动方法2.1 何谓三相异步电动机的制动在切断电源以后，利用电气原理或机械装置使电动机迅速停转的方法称为三相异步电动机的制动2.2 三相异步电动机的制动介绍制动的方法一般有两类：机械制动和电力制动。

机械制动：利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法叫机械制动。

机械制动常用的方法有：电磁抱闸和电磁离合器制动。

电气制动：电动机产生一个和转子转速方向相反的电磁转矩，使电动机的转速迅速下降。

三相交流异步电动机常用的电气制动方法有反接制动、能耗制动和回馈制动。

2.2.1 机械制动采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法。

如电磁抱闸、电磁离合离合器等电磁铁制动器。

（1）电磁抱闸断电制动控制电路电磁抱闸抱闸断电控制电路如图1所示。

合上电源开关QS和开关K,电动机接通电源，同时电磁抱闸线圈YB得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，电动机正常运转。

断开开关，电动机失电，同时电磁抱闸线圈YB也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动而停转。

图中开关K可采用倒顺开关、主令控制器、交流接触器等控制电动机的正反转，满足控制要求。

倒顺开关接线示意图如图2所示。

这种制动方法在起重机械上广泛应用，如行车、卷扬机、电动葫芦(大多采用电磁离合器制动)等。

其优点是能准确定位，可防止电动机突然断电时重物自行坠落而造成事故。

（2）电磁抱闸通电制动控制电路电磁抱闸断电制动其闸瓦紧紧抱住闸轮，若想手动调整工作是很困难的。

因此，对电动机制动后仍想调整工件的相对位置的机床设备就不能采用断电制动，而应采用通电制动控制，其电路如图3所示。

当电动机得电运转时，电磁抱闸线圈无法得电，闸瓦与闸轮分开无制动作用；当电动机需停转按下停止按钮SB2时，复合按钮SB2的常闭触头先断开切断KM1线圈，KM1主、辅触头恢复无电状态，结束正常运行并为KM2线圈得电作好准备，经过一定的行程SB2的常开触头接通KM2线圈，其主触头闭合电磁抱闸的线圈得电，使闸瓦紧紧抱住闸轮制动；当电动机处于停转常态时，电磁抱闸线圈也无电，闸瓦与闸轮分开，这样操作人员可扳动主轴调整工件或对刀等。

机械制动主要采用电磁抱闸、电磁离合器制动，两者都是利用电磁线圈通电后产生磁场，使静铁芯产生足够大的吸力吸合衔铁或动铁芯(电磁离合器的动铁芯被吸合，动、静摩擦片分开)，克服弹簧的拉力而满足工作现场的要求。

电磁抱闸是靠闸瓦的摩擦片制动闸轮．电磁离合器是利用动、静摩擦片之间足够大的摩擦力使电动机断电后立即制动。

2.2.2 电力制动电动机在切断电源的同时给电动机一个和实际转向相反的电磁力矩(制动力矩)使电动机迅速停止的方法。

最常用的方法有：反接制动和能耗制动。

(1)反接制动在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。

反接制动的实质：使电动机欲反转而制动，因此当电动机的转速接近零时，应立即切断反接制动电源，否则电动机会持续反转。

实际控制中采用速度继电器来自动切除制动电源。

反接制动控制电路如图4所示。

其主电路和正反转电路相同。

由于反接制动时转子与旋转磁场的相对转速较高，约为启动时的2倍，致使定子、转子中的电流会很大，大约是额定值的10倍。

因此反接制动电路增加了限流电阻R。

KM1为运转接触器，KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，其与电动机联轴，当电动机的转速上升到约为100转／分的动作值时．KV常开触头闭合为制动作好准备。

反接制动分析：停车时按下停止按钮SB2，复合按钮SB2的常闭先断开切断KM1线圈，KM1主、辅触头恢复无电状态，结束正常运行并为反接制动作好准备后，接通KM2线圈(KV常开触头在正常运转时已经闭合)，其主触头闭合，电动机改变相序进入反接制动状态，辅助触头闭合自锁持续制动，当电动机的转速下降到设定的释放值时，KV触头释放，切断KM2线圈，反接制动结束。

一般地，速度继电器的释放值调整到90转／分左右，如释放值调整得太大，反接制动不充分；调整得太小，又不能及时断开电源而造成短时反转现象。

反接制动制动力强，制动迅速，控制电路简单，设备投资少，但制动准确性差，制动过程中冲击力强烈，易损坏传动部件。

因此适用于l0kw 以下小容量的电动机制动要求迅速、系统惯性大，不经常启动与制动的设备，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。

(2)能耗制动电动机切断交流电源的同时给定子绕组的任意二相加一直流电源，以产生静止磁场，依靠转子的惯性转动切割该静止磁场产生制动力矩的方法。

原理分析：电动机切断电源后，转子仍沿原方向惯性转动，如图5设为顺时针方向，这时给定子绕组通入直流电，产生一恒定的静止磁场，转子切割该磁场产生感应电流，用右手定则判断其方向如图示。

该感生电流又受到磁场的作用产生电磁转矩，由左手定则知其方向正好与电动机的转向相反而使电动机受到制动迅速停转。

可逆运行能耗制动的控制电路如图6所示。

KV1、KV2分别为速度继电器KV的正、反转动作触头，接触器KM1、KM2、KM3之间互锁，防止交流电源、直流制动电源短路。

停车时按下停止按钮SB3，复合按钮SB3的常闭先断开切断正常运行接触器KM1或KM2线圈，后接通KM3线圈，KM3主、辅触头闭合，交流电流经变压器T，全波整流器VC通入V、W相绕组直流电，产生恒定磁场进行制动。

RP调节直流电流的大小，从而调节制动强度。

能耗制动分析：能耗制动平稳、准确，能量消耗小，但需附加直流电源装置，设备投资较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。

主要用于容量较大的电动机制动或制动频繁的场合及制动准确、平稳的设备，如磨床、立式铣床等的控制，但不适合用于紧急制动停车。

能耗制动还可用时间继电器代替速度继电器进行制动控制。

电动机的制动方法较多，还有如电容制动、再生发电制动等，但实际应用主要是上述介绍的制动方式，其各有特点和使用场合。