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三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制線路
三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制線路
1、線路設(shè)計(jì)思想
反接制動(dòng)是利用改變電動(dòng)機(jī)電源電壓相序，使電動(dòng)機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)的一種電氣制動(dòng)方法，由于電源相序改變，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)中受力的原理可知，此時(shí)轉(zhuǎn)子要受到一個(gè)與原轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的力矩的作用，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。反接制動(dòng)的關(guān)鍵是，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，能自動(dòng)地立即將電源切斷，以免電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)。為此采用按轉(zhuǎn)速原則進(jìn)行制動(dòng)控制，即借助速度繼電器來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)速度變化，當(dāng)制動(dòng)到接近零速時(shí)（100r/min），由速度繼電器自動(dòng)切斷電源。
改變電動(dòng)機(jī)電源相序的反接制動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能全部都轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的熱損耗。在反接制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度接近于2倍同步轉(zhuǎn)速，所以定子繞組中的反接制動(dòng)電流相當(dāng)于全電壓直接起動(dòng)時(shí)電流的2倍。為避免對(duì)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)大沖擊，延長(zhǎng)其使用壽命，一般在10kw以上電動(dòng)機(jī)的定子電路中串接對(duì)稱電阻或不對(duì)稱電阻，以限制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)電流，這個(gè)電阻稱為反接制動(dòng)電阻。
2、典型線路介紹
反接制動(dòng)控制線路，分為單向反接制動(dòng)控制線路和可逆反接制動(dòng)控制線路。
（1）單向反接制動(dòng)控制線路
圖1 為單向反接制動(dòng)的控制線路。
圖1 單向反接制動(dòng)控制線路
我們知道電動(dòng)機(jī)正在正方向運(yùn)行時(shí)，如果把電源反接，電動(dòng)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(shí)切除，則電動(dòng)機(jī)又要從零速反向起動(dòng)運(yùn)行。所以我們必須在電動(dòng)機(jī)制動(dòng)到零速時(shí)，將反接電源切斷，電動(dòng)機(jī)才能真正停下來(lái)?？刂凭€路是用速度繼電器來(lái)“判斷"電動(dòng)機(jī)的停與轉(zhuǎn)的。電動(dòng)機(jī)與速度繼電器的轉(zhuǎn)子是同軸連接在一起的，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)停止時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)打開。
工作過(guò)程如下：
按SB2→KM1通電(電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行) →KA的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合→KM1斷電
按SB1→KM2通電(開始制動(dòng))→n≈0，KA復(fù)位→KM2斷電(制動(dòng)結(jié)束)
線路圖1(A)有這樣一個(gè)問題，在停車期間，如為調(diào)整工件，需要用手轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床主軸時(shí)，速度繼電器的轉(zhuǎn)子也將隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，接觸器KM2得電動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)接通電源發(fā)生制動(dòng)作用，不利于調(diào)整工作。線路圖1（B）為X62W銑床主軸電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)線路，解決了這個(gè)問題?？刂凭€路中停止按鈕使用了復(fù)合按鈕SB，并在其動(dòng)合觸點(diǎn)上并聯(lián)了KM2的動(dòng)合觸點(diǎn)，使KM2自鎖。這樣在用手轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，雖然KA的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，但只要不按停止按鈕SB1，KM2-不會(huì)得電，電動(dòng)機(jī)也就不會(huì)反接于電源，只有操作停止按鈕SB1時(shí)，KM2才能得電，制動(dòng)線路才能接通。
圖1（B）線路工作原理為：
按下起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電吸合，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行。在電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，速度繼電器KA的常開觸點(diǎn)閉合，為反接制動(dòng)接觸器KM2線圈通電準(zhǔn)備了條件。
當(dāng)需制動(dòng)停車時(shí)，按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈失電切斷電動(dòng)機(jī)三相電源。
此時(shí)電動(dòng)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(dòng)機(jī)進(jìn)入串制動(dòng)電阻R的反接制動(dòng)狀態(tài)。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)速接近零速（100r/min）時(shí)，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(dòng)結(jié)束。
因電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)熱。
（2）可逆反轉(zhuǎn)制動(dòng)控制線路
電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行的反接制動(dòng)控制線路如圖2所示。
圖2 可逆運(yùn)行反接制動(dòng)控制線路
其線路工作原理為：
按下正向起動(dòng)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(dòng)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(dòng)作時(shí)間早，KA-Z常開觸點(diǎn)的閉合，只為KM2線圈反接制動(dòng)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(dòng)機(jī)進(jìn)入正向反接制動(dòng)狀態(tài)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子的慣性速度接近零時(shí)，KA-Z的常閉觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)均復(fù)位為原來(lái)的常閉和常開狀態(tài)，KM2的線圈失電，正向反接制動(dòng)結(jié)束。
反向運(yùn)行的反接制動(dòng)過(guò)程如下：
按反向起動(dòng)按鈕SB3，反向接觸器KM2線圈得電吸合，電動(dòng)機(jī)電源相序?yàn)镃，B，A，電動(dòng)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(dòng)作準(zhǔn)備。
當(dāng)按停止按鈕SB1時(shí)，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(dòng)機(jī)進(jìn)入反向反接制動(dòng)。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的反向慣性速度接近零時(shí)，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(dòng)過(guò)程結(jié)束。
圖2 所示可逆反接制動(dòng)控制線路存在的缺點(diǎn)是：當(dāng)停車檢修時(shí)，檢修人員人為地轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，如果轉(zhuǎn)速達(dá)到100r/min左右時(shí)，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(dòng)機(jī)因短時(shí)接通而引起意外事故。
圖3 所示可逆反接制動(dòng)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(dòng)機(jī)床主軸進(jìn)行調(diào)整時(shí)，或檢修人員人為轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)，不會(huì)因速度繼電器常開觸點(diǎn)KA-Z或KA-F的閉合導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)意外接通而反向起動(dòng)的事故。
圖4 為定子串對(duì)稱電阻可逆反接制動(dòng)控制線路。
該線路在電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)起動(dòng)和反接制動(dòng)時(shí)在定子電路中都串接電阻，限流R起到了在反接制動(dòng)時(shí)限制制動(dòng)電流，在起動(dòng)時(shí)限制起動(dòng)電流的雙重限流作用。
該線路的工作原理為：
按下正向起動(dòng)按鈕SB2，中問繼電器KA1得電吸合并自鎖，同時(shí)正向接觸器KM1得電吸合，電動(dòng)機(jī)正向起動(dòng)。
剛起動(dòng)時(shí)，尚未達(dá)到使速度繼電器動(dòng)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(dòng)電流。
當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至速度繼電器動(dòng)作值時(shí)，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(dòng)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(shí)，KM1線圈失電，切斷電動(dòng)機(jī)三相電源。
此時(shí)電動(dòng)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(shí)，KM2線圈得電吸合，其主觸點(diǎn)將電動(dòng)機(jī)電源反接，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行反接制動(dòng)。在制動(dòng)過(guò)程中，定子電路一直串有電阻R以限制制動(dòng)電流。
當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，常開觸點(diǎn)KA-Z復(fù)位斷開，KA3和KM2相繼失電，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。
電動(dòng)機(jī)處于任一方向運(yùn)行時(shí)，若要改變其運(yùn)轉(zhuǎn)方向，只要按下相應(yīng)的起動(dòng)按鈕，電路便自動(dòng)完成反向的全部過(guò)程。例如，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，若要使其反向運(yùn)行，則按下反向起動(dòng)按鈕SB3，通過(guò)KA2和KM2使電動(dòng)機(jī)*行反接制動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零時(shí)，電動(dòng)機(jī)又反向起動(dòng)。不管電動(dòng)機(jī)是處于正向反接制動(dòng)還是反向起動(dòng)，電阻R均接入定子繞組，以限制制動(dòng)電流和起動(dòng)電流。只有當(dāng)反向轉(zhuǎn)速升高達(dá)到KA-F動(dòng)作值時(shí)，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(dòng)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(huì)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(gè)較完善的控制線路。
反接制動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度很大，定子電流也很大。但在制動(dòng)過(guò)程中有沖擊，對(duì)傳動(dòng)部件有害，能量消耗較大。故用于不太經(jīng)常起制動(dòng)的設(shè)備，如銑床、鏜床、中型車床主軸的制動(dòng)。
從能量角度看，能耗制動(dòng)是把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)所儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，且又消耗在電?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)上，與反接制動(dòng)相比，能量損耗少。在制動(dòng)時(shí)磁場(chǎng)靜止不動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生有害的反轉(zhuǎn)，制動(dòng)停車準(zhǔn)確，制動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)。所以，能耗制動(dòng)適用于電動(dòng)機(jī)容量較大，要求制動(dòng)平穩(wěn)和起動(dòng)頻繁的場(chǎng)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(dòng)需要直流電源，制動(dòng)速度也較反接制動(dòng)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。