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三相異步電動機的制動控制線路
三相異步電動機的制動控制線路
1、線路設計思想
反接制動是利用改變電動機電源電壓相序，使電動機迅速停止轉動的一種電氣制動方法，由于電源相序改變，定子繞組產生的旋轉磁場方向也發生改變，即與原方向相反。而轉子仍按原方向慣性旋轉，于是在轉子電路中產生與原方向相反的感應電流，根據載流導體在磁場中受力的原理可知，此時轉子要受到一個與原轉動方向相反的力矩的作用，從而使電動機轉速迅速下降，實現制動。反接制動的關鍵是，當電動機轉速接近零時，能自動地立即將電源切斷，以免電動機反向起動。為此采用按轉速原則進行制動控制，即借助速度繼電器來檢測電動機速度變化，當制動到接近零速時（100r/min），由速度繼電器自動切斷電源。
改變電動機電源相序的反接制動，其優點是制動效果好，其缺點是能量損耗大，由電網供給的電能和拖動系統的機械能全部都轉化為電動機轉子的熱損耗。在反接制動時，轉子與定子旋轉磁場的相對速度接近于2倍同步轉速，所以定子繞組中的反接制動電流相當于全電壓直接起動時電流的2倍。為避免對電動機及機械傳動系統的過大沖擊，延長其使用壽命，一般在10kw以上電動機的定子電路中串接對稱電阻或不對稱電阻，以限制制動轉矩和制動電流，這個電阻稱為反接制動電阻。
2、典型線路介紹
反接制動控制線路，分為單向反接制動控制線路和可逆反接制動控制線路。
（1）單向反接制動控制線路
圖1 為單向反接制動的控制線路。
圖1 單向反接制動控制線路
我們知道電動機正在正方向運行時，如果把電源反接，電動機轉速將由正轉急速下降到零。如果反接電源不及時切除，則電動機又要從零速反向起動運行。所以我們必須在電動機制動到零速時，將反接電源切斷，電動機才能真正停下來。控制線路是用速度繼電器來“判斷"電動機的停與轉的。電動機與速度繼電器的轉子是同軸連接在一起的，電動機轉動時，速度繼電器的動合觸點閉合，電動機停止時動合觸點打開。
工作過程如下：
按SB2→KM1通電(電動機正轉運行) →KA的動合觸點閉合→KM1斷電
按SB1→KM2通電(開始制動)→n≈0，KA復位→KM2斷電(制動結束)
線路圖1(A)有這樣一個問題，在停車期間，如為調整工件，需要用手轉動機床主軸時，速度繼電器的轉子也將隨著轉動，其動合觸點閉合，接觸器KM2得電動作，電動機接通電源發生制動作用，不利于調整工作。線路圖1（B）為X62W銑床主軸電動機的反接制動線路，解決了這個問題。控制線路中停止按鈕使用了復合按鈕SB，并在其動合觸點上并聯了KM2的動合觸點，使KM2自鎖。這樣在用手轉動電動機時，雖然KA的動合觸點閉合，但只要不按停止按鈕SB1，KM2-不會得電，電動機也就不會反接于電源，只有操作停止按鈕SB1時，KM2才能得電，制動線路才能接通。
圖1（B）線路工作原理為：
按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電吸合，電動機起動運行。在電動機正向運行時，速度繼電器KA的常開觸點閉合，為反接制動接觸器KM2線圈通電準備了條件。
當需制動停車時，按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈失電切斷電動機三相電源。
此時電動機的慣性轉速仍然很高，KA的常開觸點仍閉合，接觸器KM2線圈得電吸合，使定子繞組得到改變相序的電源，電動機進入串制動電阻R的反接制動狀態。
當電動機轉子的慣性轉速接近零速（100r/min）時，速度繼電器KA的常開觸點恢復常態，接觸器KM2線圈斷電釋放，制動結束。
因電動機反接制動電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動時電動機繞組過熱。
（2）可逆反轉制動控制線路
電動機可逆運行的反接制動控制線路如圖2所示。
圖2 可逆運行反接制動控制線路
其線路工作原理為：
按下正向起動按鈕SB2，正向接觸器KM1得電吸合，其主觸點將定子繞組接至相序為A、B、C的三相電源，電動機正向運行。速度繼電器KA-Z的常閉觸點斷開，常開觸點閉合。由于在接觸器KM2線圈電路中起聯鎖作用的KM1常閉輔助觸點比KA-Z常開觸點的動作時間早，KA-Z常開觸點的閉合，只為KM2線圈反接制動作好準備，不可能使它立即通電。
按停止按鈕SB1，KM1線圈失電，轉子慣性速度仍很高，KA-Z常開觸點仍閉合，KM2線圈得電，使定子繞組電源相序改變為C、B、A，電動機進入正向反接制動狀態。
當轉子的慣性速度接近零時，KA-Z的常閉觸點和常開觸點均復位為原來的常閉和常開狀態，KM2的線圈失電，正向反接制動結束。
反向運行的反接制動過程如下：
按反向起動按鈕SB3，反向接觸器KM2線圈得電吸合，電動機電源相序為C，B，A，電動機反向運行。
速度繼電器KA-F的常開觸點和常閉觸點分別閉合與斷開，為KM1線圈的反接制動作準備。
當按停止按鈕SB1時，KM2線圈失電，KM1線圈得電吸合，定子繞組接至相序為A，B，C的電源，電動機進入反向反接制動。
當電動機轉子的反向慣性速度接近零時，KA-F的常開觸點斷開，常閉觸點閉合，使KM1線圈失電，反向反接制動過程結束。
圖2 所示可逆反接制動控制線路存在的缺點是：當停車檢修時，檢修人員人為地轉動電動機轉子，如果轉速達到100r/min左右時，KA-Z或KA-F的常開觸點就有可能閉合，從而使KM1或KM2線圈得電，電動機因短時接通而引起意外事故。
圖3 所示可逆反接制動控制線路，克服了圖2 線路的上述缺點。
圖3
該線路中的中間電器KA的作用是：若操作者扳動機床主軸進行調整時，或檢修人員人為轉動電動機轉子時，不會因速度繼電器常開觸點KA-Z或KA-F的閉合導致電動機意外接通而反向起動的事故。
圖4 為定子串對稱電阻可逆反接制動控制線路。
該線路在電動機正反轉起動和反接制動時在定子電路中都串接電阻，限流R起到了在反接制動時限制制動電流，在起動時限制起動電流的雙重限流作用。
該線路的工作原理為：
按下正向起動按鈕SB2，中問繼電器KA1得電吸合并自鎖，同時正向接觸器KM1得電吸合，電動機正向起動。
剛起動時，尚未達到使速度繼電器動作的轉速，常開觸點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電流。
當轉速升高至速度繼電器動作值時，常開觸點KA-Z閉合，KM3線圈得電吸合，經其主觸點短接電阻R，電動機轉速不斷升高，直至正常運行。
按停止按鈕SB1，KA1線圈失電，KA1常開觸點斷開接觸器KM3線圈電路，使電阻R再次串入定子電路；同時，KM1線圈失電，切斷電動機三相電源。
此時電動機慣性轉速仍較高，常開觸點KA-Z仍閉合，KA3線圈仍保持得電狀態。在KM1失電同時，KM2線圈得電吸合，其主觸點將電動機電源反接，電動機進行反接制動。在制動過程中，定子電路一直串有電阻R以限制制動電流。
當轉速接近零時，常開觸點KA-Z復位斷開，KA3和KM2相繼失電，制動過程結束，電動機停轉。
電動機處于任一方向運行時，若要改變其運轉方向，只要按下相應的起動按鈕，電路便自動完成反向的全部過程。例如，電動機正向運行時，若要使其反向運行，則按下反向起動按鈕SB3，通過KA2和KM2使電動機*行反接制動，當轉速降至零時，電動機又反向起動。不管電動機是處于正向反接制動還是反向起動，電阻R均接入定子繞組，以限制制動電流和起動電流。只有當反向轉速升高達到KA-F動作值時，常開觸點KA-F閉合，KA4和KM3線圈相繼得電吸合，切除電阻R，轉速繼續升高，直至電動機進入反向正常運行。
該線路可以克服圖2線路的缺點，不會因KA-Z或KA-F觸點的偶然閉合而引起意外事故；且其操作方便，具有觸點、按鈕雙重聯鎖，運行安全、可靠，是一個較完善的控制線路。
反接制動時，旋轉磁場的相對速度很大，定子電流也很大。但在制動過程中有沖擊，對傳動部件有害，能量消耗較大。故用于不太經常起制動的設備，如銑床、鏜床、中型車床主軸的制動。
從能量角度看，能耗制動是把電動機轉子運轉所儲存的動能轉變為電能，且又消耗在電動機轉子的制動上，與反接制動相比，能量損耗少。在制動時磁場靜止不動，不會產生有害的反轉，制動停車準確，制動過程平穩。所以，能耗制動適用于電動機容量較大，要求制動平穩和起動頻繁的場合，如磨床、龍門刨床及組合機床的主軸定位等。但能耗制動需要直流電源，制動速度也較反接制動慢一些。但是由于電力電子技術的迅速發展，半導體整流器件的大量生產和作用，直流電源已成為不難解決的問題了。