對(duì)異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)方式的研究

摘要 異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式對(duì)保證人身及設(shè)備安全有著非常重要的意義。文中介紹了幾種常用的制動(dòng)方式的特點(diǎn)，對(duì)不同制動(dòng)方式進(jìn)行了技術(shù)比較，分析了他們各自的實(shí)用場(chǎng)所，為實(shí)際應(yīng)用提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 制動(dòng)方式 能耗制動(dòng) 機(jī)械制動(dòng) 反接制動(dòng)

1 概述

所謂制動(dòng)就是在電動(dòng)機(jī)的軸上施加一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，以加快電動(dòng)機(jī)停車(chē)的速度或阻止電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大。很多生產(chǎn)機(jī)械都希望在停車(chē)時(shí)有適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)作用，使運(yùn)動(dòng)部件迅速停車(chē)，這就需要對(duì)拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)的方法有兩大類(lèi)：機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。起重機(jī)械中廣泛應(yīng)用機(jī)械制動(dòng)；電力拖動(dòng)系統(tǒng)中廣泛采用電氣制動(dòng)。常用的電氣制動(dòng)方法有三種：反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)和再生發(fā)電制動(dòng)。

2 各種制動(dòng)方式的特點(diǎn)和實(shí)用場(chǎng)所

2.1機(jī)械制動(dòng)

機(jī)械制動(dòng)是利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)在斷開(kāi)電源后迅速停轉(zhuǎn)的制動(dòng)方法，如電磁抱閘、電磁離合器等，采用比較普遍的機(jī)械制動(dòng)設(shè)備是電磁抱閘。

電磁抱閘斷電制動(dòng)控制電路如圖1所示。

其特點(diǎn)為：

(1)可以克服任何外加力矩，如提升機(jī)起吊重物時(shí)，通過(guò)抱閘可以使中途停留在需要的高度；

(2)制動(dòng)時(shí)間短，但沖擊力振動(dòng)大。

這種制動(dòng)方法在起重機(jī)械上廣泛應(yīng)用。當(dāng)重物吊到一定高處，線(xiàn)路突然發(fā)生故障，電動(dòng)機(jī)斷電時(shí)，電磁抱閘線(xiàn)圈也斷電，閘瓦立即抱住閘輪使電動(dòng)機(jī)迅速制動(dòng)停轉(zhuǎn)，從而可防止重物掉下。其優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確定位，也可利用這一點(diǎn)將重物停留在空中某個(gè)位置。

2.2短接制動(dòng)

短接制動(dòng)，將電機(jī)的繞組短接，利用繞組自身的電阻消耗能量，如圖2所示。這種制動(dòng)方法用于小容量電動(dòng)機(jī)對(duì)制動(dòng)要求不高的場(chǎng)合，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需特殊的控制設(shè)備，簡(jiǎn)單易行。

2.3反接制動(dòng)

反接制動(dòng)通過(guò)改變定子繞組上所加的相序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂齐娐啡鐖D3所示。

反接制動(dòng)的特點(diǎn)為：

(1)設(shè)備簡(jiǎn)單，制動(dòng)迅速，適用于制動(dòng)要求迅速，系統(tǒng)慣性較大的場(chǎng)合；

(2)制動(dòng)能量損耗較大，而且產(chǎn)生較大制動(dòng)沖擊，不宜于頻繁制動(dòng)；

(3)由于反接制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電流比直接啟動(dòng)時(shí)的電流還大(反接制動(dòng)電流可高達(dá)額定電流的10倍左右)，因此在定子回路增加了限流電阻R。

反接制動(dòng)制動(dòng)力強(qiáng)，設(shè)備投資少，但制動(dòng)準(zhǔn)確性差，易損壞傳動(dòng)部件。因此適用于5kw以下小容量的電動(dòng)機(jī)，如銑床、鏜床等主軸的制動(dòng)。

2.4能耗制動(dòng)

能耗制動(dòng)是一種應(yīng)用很廣泛的電氣制動(dòng)方法。電動(dòng)機(jī)切斷交流電源的同時(shí)給定子繞組的任意二相加一直流電源，依靠轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁場(chǎng)產(chǎn)生制動(dòng)力矩的方法。

能耗制動(dòng)準(zhǔn)確，主要用于較大容量、要求制動(dòng)平穩(wěn)和制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。

2.4.1能耗制動(dòng)控制電路

(1)半波整流能耗制動(dòng)

10kW以下小容量電動(dòng)機(jī)對(duì)制動(dòng)要求不高的場(chǎng)合常采用半波整流能耗制動(dòng)。

(2)橋式整流能耗制動(dòng)

較大容量電動(dòng)機(jī)對(duì)制動(dòng)要求較高的場(chǎng)合采用如圖4和如圖5所示的這兩種控制線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R的大小，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可寬范圍地調(diào)節(jié)，可獲得較佳的效果。

2.4.2能耗制動(dòng)特點(diǎn)

(1)制動(dòng)平穩(wěn)準(zhǔn)確，能量損耗??；

(2)須附加直流電流裝置，設(shè)備費(fèi)用較高，用于制動(dòng)平穩(wěn)準(zhǔn)確的場(chǎng)合；但不適用于緊急停車(chē)；

(3)通入定子繞組直流電流的大小將決定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小，電流越大，產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也越大，而通入電流太大會(huì)燒壞定子繞組，鼠籠式異步電機(jī)一般取直流電流為電機(jī)空載電流的3～4倍。

2.5再生發(fā)電制動(dòng)

再生發(fā)電制動(dòng)又稱(chēng)回饋制動(dòng)，可將負(fù)載的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能反送到電網(wǎng)中。其特點(diǎn)為：

(1)不需要改變線(xiàn)路，即可從電動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)入再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。

(2)只有當(dāng)n>n₀才能獲得再生轉(zhuǎn)矩，此時(shí)能量可回饋到電網(wǎng)，比較經(jīng)濟(jì)。

(3)這種制動(dòng)只能得到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速(如穩(wěn)速下放重物)而不能使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

再生發(fā)電制動(dòng)常用于電車(chē)下坡和多速異步電動(dòng)機(jī)(如雙速電動(dòng)機(jī)由2極變?yōu)?極)等。

2.6變頻器直流制動(dòng)

通用變頻器提供的制動(dòng)方式有能耗制動(dòng)、再生制動(dòng)、整流回饋等，在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的工況條件下，需另外購(gòu)買(mǎi)變頻器廠(chǎng)家提供的專(zhuān)用制動(dòng)單元／制動(dòng)電阻，無(wú)形中增大了成本，所謂直流制動(dòng)，指當(dāng)變頻器的輸出頻率接近為零，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降到一定數(shù)值時(shí)，變頻器改向定子繞組中通入直流，此時(shí)電機(jī)處于能耗制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)著的轉(zhuǎn)子切割磁場(chǎng)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)迅速停止。

利用變頻器直流制動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)交流拖動(dòng)系統(tǒng)準(zhǔn)確停車(chē)，省去了價(jià)值昂貴的變頻器專(zhuān)用制動(dòng)單元／制動(dòng)電阻，有效降低了設(shè)備成本，工作穩(wěn)定可靠，控制精度高。

電能回饋提高了系統(tǒng)的效率，其缺點(diǎn)是：系統(tǒng)不能頻繁進(jìn)行啟／停，否則造成變頻器直流電路故障；系統(tǒng)降速不能過(guò)快，提升機(jī)、電梯等下放重物的工況不適宜采用。

變頻器直流制動(dòng)由于控制精度高，在實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用。

3 各種制動(dòng)方式的比較

各種制動(dòng)方式的比較見(jiàn)表1。

4 各種制動(dòng)方式的實(shí)用場(chǎng)所及選擇

起重機(jī)械上廣泛應(yīng)用機(jī)械制動(dòng)，如提升機(jī)起吊重物等，制動(dòng)力矩大；對(duì)制動(dòng)要求不高小容量電機(jī)選擇短接制動(dòng)；反接制動(dòng)迅速，但制動(dòng)準(zhǔn)確性差，因此適用于小容量電動(dòng)機(jī)(一般為5kW以下)不需經(jīng)常起動(dòng)和停止的場(chǎng)合，如銑床、鏜床、中型車(chē)床等主軸的制動(dòng)；能耗制動(dòng)平穩(wěn)、準(zhǔn)確，主要用于較大容量的電動(dòng)機(jī)制動(dòng)或制動(dòng)頻繁、準(zhǔn)確的場(chǎng)合，如磨床砂輪、立式銑床主軸的制動(dòng)；再生發(fā)電制動(dòng)常用于起重機(jī)下放重物等。

變頻器直流制動(dòng)穩(wěn)定可靠，成本較高，用于要求制動(dòng)精確的場(chǎng)合。

5 結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法較多，其各有特點(diǎn)和實(shí)用場(chǎng)合。小容量異步電動(dòng)機(jī)常采用反接制動(dòng)；起重機(jī)械上廣泛采用機(jī)械制動(dòng)；對(duì)制動(dòng)要求平穩(wěn)準(zhǔn)確的較大容量電機(jī)選擇能耗制動(dòng)；變頻器直流制動(dòng)精度高，制動(dòng)效果好，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，缺點(diǎn)是成本高?，F(xiàn)在一種成本較低的新型的電容反饋制動(dòng)方式已出現(xiàn)，由于技術(shù)還不太成熟，目前我國(guó)只有山東風(fēng)光電子公司在開(kāi)始采用，隨著變頻器應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，這個(gè)應(yīng)用技術(shù)將大有發(fā)展前途，主要用在礦井中的吊籠(載人或裝料)、起重機(jī)械等行業(yè)?？傊枰芰炕仞佈b置的場(chǎng)合都可選用。