激光设备控制技术教材——第三章第五节讲解

第五节三相感应电动机电气制动控制电路电动机断开电源以后，由于其本身及其拖动的生产机械转动部分的惯性，不会马上停止转动，而需要一段时间才会完全停下来，这往往不能适应某些生产机械生产工艺和提高效率的要求。

为此，采用了一些制动方法来实现快速和准确的停车。

常用的有机械制动和电气制动两种制动方式。

机械制动是利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转，如电磁抱闸。

电气制动是靠电动机本身产生一个和电动机原来旋转方向相反的制动力矩，迫使电动机迅速制动停转。

常用的电气制动方式有反接制动、能耗制动和回馈制动（再生发电制动），下面仅对反接制动和能耗制动分控制电路进行介绍。

一、反接制动控制电路反接制动是依靠改变电动机定子绕组的电源相序来产生制动力矩，迫使电动机迅速停转。

其制动原理如图3-25所示。

（a）接线图（b）制动原理图图3-25 反接制动原理图在图3-25（a）中，当QS向上投合时，电动机定子绕组的电源相序为L1-L2-L3，电动机将沿旋转磁场方向[如图3-25（b）中顺时针方向]以n<n1的转速正常运转。

当需要电动机停转时，可断开开关QS，使电动机先脱离电源（此时转子凭惯性仍按原方向旋转），随后，将开关QS迅速向下投合，此时L1、L3两相电源线对调，电动机定子绕线组的电源相序变为L3-L2-L1，旋转磁场反转（如图3-25b中逆时针方向），此时转子将以n1+n的相对转速沿原转动方向切割旋转磁场，在转子绕组中产生感生电流，其方向用右手定则判断，如图3-25（b）所示。

而转子绕组一旦产生电流又受到旋转磁场的作用产生电磁转矩，其方向由左手定则判断。

可见此转矩方向与电动机的转动方向相反，使电动机制动而迅速停转。

应当注意的是，当电动机转速接近零值时，应立即切断电动机电源，否则电动机将反转。

为此，在反接制动设施中，常利用速度继电器来地切断电源。

通常情况下，在120-3000r/min 范围内速度继电器触头动作，当转速低于100r/min时，其触头恢复原位。

另外，反接制动时，由于旋转磁场与转子的相对转速（n1+n）很高，故转子绕组中感生电流很大，致使定子绕组中的电流也很大，因此反接制动适用于10KW以下小容量电动机的制动。

同时，为了减小冲击电流，通常要求对4.5KW以上的电动机进行反接制动时，在定子回路中串入一定的电阻R，以限制反接制动电流。

这个电阻称为反接制动电阻（或限流电阻），大小可参考下述经验公式进行估算。

R≈K Uφ/ I ST（3-1）式中：K为系数，要求最大的反接制动电流不超过电动机全电压直接起动电流I ST时，K取1.3；要求最大的反接制动电流不超过电动机全电压直接起动电流I ST的一半时，K取1.5；Uφ为电动机定子绕组的相电压，单位为伏特（V）；I ST为电动机全电压直接起动电流，单位为安培（A）；R为电动机反接制动时串接在三相定子绕组中的各相电阻，单位为欧姆（Ω）。

如果反接制动时只在电源两相中串接电阻（非对称接法），则电阻值应为上述电阻值的1.5倍。

电动机在反接制动过程中，由电网供给的电能和拖动系统的机械能，全部转变为电动机转子的热损耗，所以，能量损耗大。

笼型感应电动机转子内部是短接的，所以无法在其转子中再串入电阻，所以在反接制动过程中转子将承受全部热损耗，这就限制了电动机每小时允许的反接制动次数。

1.单向起动反接制动控制电路图3-26为单向起动反接制动控制电路。

该线路的主电路和正反转控制线路的主电路相同，只是在反接制动时增加了三个限流电阻R。

线路中KM1为正转运行接触器，KM2为反接制动接触器，KS为速度继电器（与电动机同轴联接。

起动时，按下起动按钮SB1，接触器KM1通电并自锁，电动机M起动运转，当转速上升到一定值（约120r/min）时，速度继电器KS常开触头闭合，为反接制动接触器KM2线圈通电作好准备。

停车时，按下停止按钮SB2，其常闭触头先断开，接触器KM1线圈断电，电动机M暂时脱离电源，此时由于惯性，KS的常开触头依然处于闭合状态，所以当SB2常开触头闭合时，反接制动接触器KM2线圈通电并自锁，其主触头闭合，使电动机定子绕组得到与正常运转相序相反的三相交流电源，电动机进入反接制动状态，转速迅速下降，当转速下降到一定值（约100r/min左右）时，速度继电器KS常开触头恢复断开，接触器KM2线圈失电，反接制动结束。

如果制动前电动机的转速为1400r/min，至100r/min左右制动结束，电动机的动能已基本消耗完毕（假设100r/mi时电动机的动能为1个单位，1400r/min时电动机的动能则为256个单位，制动过程消耗电动机动能为255个单位）。

图3-26 单向起动反接制动控制电路2.电动机可逆运行的反接制动控制电路图3-27为电动机可逆运行的反接制动控制电路。

当需要电动机正转运行时，首先按下正转起动按钮SB2，电动机依靠正转接触器KM1的闭合而得到正相序三相交流电源起动运转，速度继电器KS1正转的常闭触头和常开触头均已动作，分别处于断开和闭合的状态。

但是，由于反接制动接触器KM2的线圈回路中串联着起联锁作用的KM1的常闭辅助触头，它的断开比正转的KS-1常开触头的动作时间早，所以正转KS-1常开触头的闭合起到使KM2准备通电的作用，即并不可能使KM2线圈立即通电。

当按下停止按钮SB1时，KM1线圈断电，其联锁触头恢复闭合，反向接触器KM2线圈通电，定子绕组得到反相序的三相交流电源，进入正向反接制动状态。

由于速度继电器的常闭触头已打开，所以此时反向接触器KM2并不可能依靠自锁触头而锁住电源。

当电动机转子转速下降到一定值时，KS-1的正转常开触头和常闭触头均复位，接触器KM2的线圈断电，主触头恢复断开，切断电动机绕组回路，正向反接制动过程结束。

图3-27 电动机可逆运行的反接制动控制电路在电动机反向运转时，所以KS-2常开触头的闭合，为KM1线圈通电做准备。

当按下停止按钮SB1时，在KM2线圈断电的时候，KM1线圈便立即通电，定子绕组得到正相序的三相交流电源，电动机进入反向反接制动状态。

当电动机的转子速度下降到一定值时，KS-2的常开触头和常闭触头均复位，KM1的线圈断电，反向反接制动过程结束。

图3-28为具有反接制动电阻的正反向起动反接制动控制电路。

电路中R既是反接制动限流电阻，又是正反向起动的限流电阻。

电路工作时，先合上电源开关QS。

需正转运行时，按下正转起动按钮SB2，SB2常闭触头先断开，对中间继电器KA4联锁，SB2的常开触头后闭合，中间继电器KA3线圈通电并自锁，其另一组常开触头闭合，使接触器KM1线圈通电，KM1的主触头闭合，使定子绕组经电阻R接通正序三相电源，电动机开始减压起动，此时，虽然中间继电器KA1线圈电路中KM1常开辅助触头已闭合，但是KA1线圈并不能通电，因为速度继电器KS的正转常开触头KS-1尚未闭合，当电动机转速上升到一定值时（约120r/min左右），KS的正转常开触头KS-1闭合，中间继电器KA1线圈通电并自锁，此时，由于KA1、KA3等中间继电器的常开触头均处于闭合状态，接触器KM3线圈回路被接通，KM3主触头闭合，短接了限流电阻R，电动机开始进入全压正常运转状态。

在电动机正常运行的过程中，若按下停止按钮SB1，则KA3、KM1和KM3三只线圈都断电。

但由于惯性，此时电动机转子的转速仍然很高，速度继电器的正转常开触头并未复位，中间继电器KA1的线圈仍维持继续通电，所以当接触器KM1的常闭触头复位后，接触器KM2线圈便得电，其常开主触头闭合，使定子绕组经电阻R得到反相序的三相交流电源，对电动机进行反接制动。

当转子速度继续下降到一定值（约低于100r/min）时，KS的正转常开触头恢复断开状态，KA1线圈断电，接触器KM2释放，反接制动过程结束。

图3-28 具有反接制动电阻的正反向制动控制电路电动机的反向起动及反接制动控制是由起动按钮SB3、中间继电器KA4和KA2、接触器KM2和KM3、停止按钮SB1及速度继电器的反转常开触头KS-2等来完成，其起动过程、制动过程和上述类同，不再进行分析。

二、能耗制动控制电路所谓能耗制动，就是当电动机切断三相交流电源之后，立即在定子绕组的任意两相中通入直流电，来迫使电动机迅速停转。

其制动原理如图3-29所示，先断开电源开关QS1，切断通入电动机定子绕组中的三相交流电源，这时转子仍按原旋转方向作惯性运转，随后立即合上开关QS2，并将电源开关QS1向下投合，电动机V、W两相定子绕组通入直流电，在定子中产生一个恒定的静止磁场，这样作惯性运转的转子就会因切割磁力线而在转子绕组中产生感生电流，其方向可由右手定则判断出来，上方应标⊕，下方应标⊙。

转子绕组中一旦产生了感生电流，就会立即受到静止磁场的作用，产生电磁转矩，其方向根据左手定则判断正好与电动机的转向相反，使电动机受制动迅速停转。

根据制动过程的控制方式，能耗制动有时间原则控制和速度原则控制两种，下面分别以单向能耗制动和正反向能耗制动控制电路为例来说明。

图3-29 能耗制动原理图1.单向能耗制动控制电路（1）无变压器单相半波整流能耗制动电路图3-30为无变压器单相半波整流能耗制动自动控制电路。

在电动机正常运行时，若按下停止按钮SB2，SB2的常闭触头先分断，切断接触器KM1线圈回路，电动机由于KM1的断电释放，而脱离三相交流电源，暂时失电并惯性运转，而SB1的常开触头后闭合，接通KM2线圈回路，KM2线圈和KT线圈相继得电并自锁，直流电通过KM2主触头的闭合加入定子绕组，电动机M接入直流电进行能耗制动，当电动机转子的转速接近于零时，时间继电器延时结束，其常闭触头打开，切断KM2线圈回路。

由于KM2常开辅助触头的复位，也切断了时间继电器KT的电源，同时，KM2主触头的断开，使电动机切断了直流电源并停转，能耗制动结束。

图3-30中KT瞬时闭合常开触头的作用是当KT出现线圈断线或机械卡住等故障时，按下SB2后能使电动机制动后脱离直流电源。

无变压器单相半波整流单向起动能耗制动自动控制电路所需设备少、体积小、成本低，适用于10KW以下小容量电动机，且对制动要求不高的场合。

图3-30 无变压器单向半波整流单向起动能耗制动控制电路（2）有变压器单相桥式整流能耗制动电路图3-31为有变压器单相桥式整流能耗制动自动控制电路。

图3-31和图3-30的控制电路完全相同，所以其工作原理也相同。

有变压器单相桥式整流能耗制动自动控制电路适用于容量在10KW以上的电动机。

在图3-30中，直流电源由单相桥式整流器VC供给，TC是整流变压器，电阻R是用来调节直流电流的，从而调节制动强度，整流变压器一次侧与整流器的直流侧同时进行切换，有利于提高触头的使用寿命。