三相異步電動機的制動方式比較

穆素祥

（山西陽煤集團職工教育培訓中心，山西 陽泉 045000）

三相異步電動機的制動方式比較

穆素祥

（山西陽煤集團職工教育培訓中心，山西 陽泉 045000）

三相異步電動機的應用最為廣泛，當其停轉(zhuǎn)或由高速進入低速時，需要制動。三相異步電動機的制動分為機械制動和電氣制動兩種；電氣制動分為能耗制動、反接制動、回饋制動三種。分析三相異步電動機制動方式的優(yōu)缺點對實際應用中選擇合適的制動方式很有指導意義。

異步電動機；制動方式；特性分析

三相異步電動機的應用最為廣泛，當其停轉(zhuǎn)或由高速進入低速時，需要制動。制動的本質(zhì)是：在其轉(zhuǎn)軸上施加一個與其旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，使其停轉(zhuǎn)或從高速降至低速；所以，制動也稱強行減速。為了獲得良好的制動性能，滿足制動要求，需要采用不同的制動方式。三相異步電動機的制動方式分為：機械制動和電氣制動兩種。

1 機械制動

采用機械制動的電磁抱閘的優(yōu)點是：停車準確，不受中途斷電或電氣故障的影響。制動力矩在一定范圍內(nèi)可以克服任何外加力矩。例如提升重物時，由于抱閘的作用力，可使重物停留在需要高度，這是電氣制動所不能達到的。缺點是：制動時間越短，對設備的沖擊越大；電動機的軸伸端需裝機械制動裝置，這對某些空間位置較緊湊的生產(chǎn)機械會有一定困難。機械制動方式一般用在起重卷揚機等設備上。

2 電氣制動

電氣制動又稱電磁制動，原理是使電動機產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，以阻止電動機的旋轉(zhuǎn)。

2.1 能耗制動方式

能耗制動方式是將電動機的定子繞組從交流電源斷開后，立即通入直流電流制動，使其系統(tǒng)原來儲存的機械能將轉(zhuǎn)化為電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，因此稱為能耗制動。制動時的機械特性曲線，見圖1。

圖1

曲線1是轉(zhuǎn)子不串電阻制動時的固有機械特性；曲線2是增大直流電流時的機械特性；曲線3是增大轉(zhuǎn)子電阻時的機械特性。由圖1知，外加直流電壓或電流越大，初始制動轉(zhuǎn)矩越大，制動時間越短。對籠型異步電動機，為增大初始制動轉(zhuǎn)矩，要增大直流電流；但不能過大，以免造成電動機過熱。對繞線型異步電動機，可用增加轉(zhuǎn)子電阻來增大初始制動轉(zhuǎn)矩。

制動過程分析：制動前，電動機運行在固有機械特性曲線的A點；制動瞬間，由于轉(zhuǎn)速不能突變，由A點平移到曲線1的B點；制動轉(zhuǎn)矩作用下的電動機開始減速，工作點沿曲線1變化，直到n=0，Tem=0。如果拖動的是反抗性負載，則電動機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了快速停車。如果拖動的是位能性負載，當轉(zhuǎn)速降為零時，若要停車，必須立即輔以機械制動；否則，電動機將在位能性負載轉(zhuǎn)矩的作用下反轉(zhuǎn)，直到進入第四象限的C點（Tem=TL）為止，重物將保持勻速下降狀態(tài)。

因此，能耗制動的優(yōu)點是：操作簡便，能使反抗性負載準確停車，制動平穩(wěn)，制動也較經(jīng)濟。缺點是：制動至轉(zhuǎn)速較低時，制動轉(zhuǎn)矩較小，制動時間較長，制動效果不太理想。

2.2 反接制動方式

2.2.1 電源反接制動方式

電源反接制動方是將交流電源三相中的任意兩相對調(diào)（改變電源相序），使旋轉(zhuǎn)磁場方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，起到制動作用。制動時的機械特性曲線，見圖2。

圖2

曲線1是電動機電動狀態(tài)時的固有機械特性；曲線2是電源反接制動時的機械特性；曲線3是繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串入制動電阻時的機械特性。

制動過程分析：制動前，電動機運行在固有機械特性曲線的A點；制動瞬間，由于電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由曲線1的A點平移到曲線2的B點；工作點沿曲線2移動，當?shù)竭_C點時n=0，制動結(jié)束。若要停機，應立即切斷電源；否則，電動機將反向旋轉(zhuǎn)。對繞線型異步電動機，為限制制動電流，增大制動轉(zhuǎn)矩，通常在定子兩相反接的同時，在轉(zhuǎn)子繞組中串接制動電阻。據(jù)此，電源反接制動方式適用于要求正反轉(zhuǎn)運行的系統(tǒng)，一般適用于反抗性負載。

2.2.2 倒拉反接制動方式

倒拉反接制動也稱轉(zhuǎn)速反向反接制動。當電動機提升位能性負載時，如果電樞回路串入較大電阻，就會出現(xiàn)拖動力矩小于負載力矩的情況，這時會在負載作用下，使電機轉(zhuǎn)向改變、電動勢反向，直至達到新的力矩平衡點。制動時的機械特性曲線，見圖3。曲線1是電動機電動狀態(tài)時的固有機械特性曲線；曲線2是轉(zhuǎn)子回路串入電阻時的曲線。

圖3 倒拉反接制動特性曲線

制動過程分析：當串入電阻的瞬間，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由A點平移到B點，并沿曲線2運行，當?shù)竭_C點時n=0，對應的電磁轉(zhuǎn)矩TC仍小于負載轉(zhuǎn)矩TL。這時，電動機在提升重物的倒拉下開始反向旋轉(zhuǎn)，并加速至D點，重物將勻速下放，在C點到D點這一區(qū)間，轉(zhuǎn)速n＜0，與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相反，電磁轉(zhuǎn)矩成了制動轉(zhuǎn)矩，負載轉(zhuǎn)矩成為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，拉著電動機反向旋轉(zhuǎn)，故稱倒拉反接制動。

這種制動方式只適用于繞線型異步電動機拖動位能性負載的情況，（例如，起重機低速下放重物），能使重物獲得穩(wěn)定的下放速度。所述兩種反接制動的共同點是：轉(zhuǎn)差率s＞1，優(yōu)點是制動迅速、制動時間短；缺點是制動時能耗大，經(jīng)濟性較差。

2.3 回饋制動

回饋制動是在電動機轉(zhuǎn)向不變的條件下，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，實際上是異步電動機變?yōu)楫惒桨l(fā)電機，也稱再生發(fā)電制動。

2.3.1 正向回饋制動

正向回饋制動方式是異步電動機采用變極或變頻調(diào)速中的制動。

制動時的機械特性曲線，見圖4。

圖4 正向回饋制動特性曲線

制動過程分析：制動前，電動機的工作在曲線1的A點；當電動機采用變極或變頻調(diào)速時，特性變?yōu)榍€2，同步轉(zhuǎn)速變?yōu)閚1'；在變極或變頻瞬間，由于轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由A點平移到B點。這時轉(zhuǎn)速nB＞0，且 nB＞n1'，電磁轉(zhuǎn)矩 TB＜0；所以電動機處于制動狀態(tài)。由B點到n1'點變化過程就是回饋制動狀態(tài)，從n1'點到C點的變化過程為電動狀態(tài)的減速過程，C點是調(diào)速后的穩(wěn)定工作點。由于回饋制動中，機械特性是第一象限正向電動機狀態(tài)曲線在第二象限的延伸，故稱正向回饋制動。這種制動適用于籠型異步電動機采用變頻或變極調(diào)速的場合。

2.3.2 反向回饋制動方式

反向回饋制動是改變定子電源相序在下放重物時采用的制動方式。制動時的機械特性曲線，見圖5。

圖5 反向回饋制動特性曲線

制動過程分析：A點是電動機提升重物時的工作點；定子兩相反接瞬間，工作點由A平移到B；電動機經(jīng)過反接制動過程（工作點從B到C），和反向電動機加速過程（工作點從C到-n1）；最后在位能性負載作用下反向加速并超過同步轉(zhuǎn)速，直到D點保持穩(wěn)定運行（勻速下放重物）。由-n1（反向同步轉(zhuǎn)速點）到D點的過程就是回饋制動過程?；仞佒苿又?，n＜0，Tem與n反向，機械特性曲線是第三象限反向電動狀態(tài)曲線在第四象限的延伸，故稱反向回饋制動。

制動的優(yōu)點是：這種電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，即n＞n1，向電網(wǎng)回饋電能，經(jīng)濟性較好；缺點是：給電網(wǎng)帶來了一定的污染。

3 結(jié)束語

綜上所述，電氣制動方式的共同特點是：在保持原來磁場大小和方向不變的情況下，只改變電樞電流的方向，或轉(zhuǎn)速的方向，以獲得電磁制動轉(zhuǎn)矩。為了滿足不同負載的運行要求，電動機需要采取不同的制動方式。經(jīng)對三相異步電動機的不同制動方式（機械特性曲線和優(yōu)缺點）的分析可知：實際使用中，要按負載情況和使用場所選擇合適的制動方式，才可保證電動機的安全可靠運行。

[1]周鶴良.電氣工程師手冊[M].北京：中國電力出版社.2008.

[2]伍斌.電力拖動與控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社.2000.

[3]趙君有，張愛軍，王東瑞.電機與拖動基礎[M].北京：中國水利水電出版社.2007.

Brakingmodes'Comparison of Three-phase Asychronousmotor

MU Su-xiang
(Employee Education and Training Center,Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi045000)

Three- phase asynchronous motor is the most widely used. When it halts or turns from highspeed to low speed, braking is needed. There are two braking modes of the asynchronous motor: mechanicaland electrical braking. Electrical braking has three modes: energy consumption braking, plug braking, andfeedback braking. The comparison analysis of those brakings is very significant for the type selection inpractice.

asynchronous motor; braking; characteristics analysis

T D 322

A

2011-10-20

穆素祥（1971—），女，山西平定人，本科，工程師，研究方向為電機應用。

劉新光