三相异步电动机的三种制动方式
三相异步电动机的三种制动方式
最经济:回馈制动
最迅速:反接制动
能制停:能耗制动
时间:2010-04-27 16:47来源:作者:点击:次
三相异步电动机与直流电动机一样，也有再生回馈制动、反接制动和能耗制动三种方式。
它们的共同点是电动机的转矩M与转速n的方向相反，以实现制动。
此时电动机由轴上吸收机械能，并转换成电能。
一、再生回馈制动
再生回馈制动是在外加转矩的作用下，转子转速超过同步转速，电磁转矩改变方向成为制动转矩的运行状态。
再生回馈制动与反接制动和能耗制动不同，再生回馈制动不能制动到停止状态。
以下是再生回馈制动存在：
（1）当电网的频率突然下降或者电机的极数突然增高，电机可能工作在发电状态，此时的电机将机械能转变成电能回馈给电网。
如图1，当电机在电动状态下运行时工作于P
点，在突然变极或者变频时，电机的工作特性会突然在a线
1
段部分（蓝线部分），电机的转矩突然变负，其制动作用，直到最后重新稳定工作于P
点为止，电机又回到电动状态。
2
图1
（2）当电机在位能负载（如吊车、提升机）的作用下，使其转速n高于同步
转速n
，此时，电机的输出转矩变负，电机由轴上吸收机械能，当电机的转矩（制0
点），此动转矩）与负载的位能转矩相平衡时，电机既稳定运行（如图2中P
3
时电机以高于同步转速的速度运行。
在转子电路中串入不同的电阻，可得到不同的人为机械特性，并可得到不同的稳定速度，串入的电阻越大，稳定速度越高，一般在回馈制动时不串入电阻，以免转速过高。
图2
二、反接制动
反接制动是在电机定子三根电源线中的任意两根对调而使电机输出转矩反向产生制动，或者在转子电路上串接较大附加电阻使转速反向，而产生制动。
（1）电源两相反接的反接制动：
点稳定运行，为使电机停转，将定子三根电源线中如图3所示，电机原在P
1
的任意两根对调，使旋转磁场反向，电机的转矩反向，起制动作用，电机运行在a线段。
当电机制动停止时，应及时将电机与电网分离，否则电机会反转。
电源两相反接反接制动的优点是制动效果强，缺点是能量损耗大，制动准确度差。
图3
（2）转速反向的反接制动
当电机在位能负载（如吊车、提升机）的作用下，在电机的转子电路中串入较大电阻时，此时负载拉着电机在与转矩相反的方向旋转，电机起制动作用，电机能稳定运行在P
点。
如图4
2
在转子电路中串入不同的电阻，能得到不同的制动转速。
图4
三、能耗制动
电机在正常运行中（如图5中P点，KM1闭合，KM2断开），为了迅速停车，KM1断开，KM2闭合，在电机定子线圈中接入直流电源，在定子线圈中通入直流电流，形成磁场，转子由于惯性继续旋转切割磁场，而在转子中形成感应电势和电流，产生的转矩方向与电机的转速方向相反，产生制动作用，最终使电机停止。
如图5。
在电机的转子中串入不同的电阻和在电机的定子中接入不同的直流电流，可以产生不同的制动转矩。
从机械特性图中可以看出，当电机的转速下降为零时，制动转矩也将为零，所以能耗制动能使电机准确停车。
三相异步电机的制动
摘要近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。
特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有大量的中、小功率电动机。
由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。
电机是现代工农业生产和交通运输的重要设备，与电机配套的控制设备的性能已经成为用户关注的焦点。
电机的控制包括电机的起动、调速和制动。
异步电动机由于具有结构简单、体积小、价格低廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，因而在电力拖动平台上得到了广泛应用。
据统计，其耗电量约占全国发电量的40%左右。
当电机并入电网时，电机转速从静止加速到额定转速的过程称为电机的起动过程。
异步电动机的起动性能最重要的是起动电流和起动转矩。
因此在电机的起动过程中，如何降低起动电流，增大起动转矩，一直是机电行业的专家们探讨的重要课题。
电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。
本文是对三相异步电动机做出深入的剖析与设计。
三相异步电动机是一种具有高效率、低磨损、低噪声的电机机种.本设计在介绍三相异步电动机中，关于相数、极数、槽数及绕组连接方式的选择方法和应遵从的规律详细的加以说明和介绍。
文中主要介绍了几种常用的制动方式的特点，对不同制动方式进行了技术比较，分析了他们各自的实用场所，为实际应用提供了科学的理论依据。
关键词：三相异步电动机结构制动方式前言电动机是把电能转换成机械能的设备。
近几十年随着科技的发展电动机在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，被广泛地应用着。
随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。
此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来与单相电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。
三相异步电动机启动,调速,制动
任务3.三相异步电动机的制动及实现
（1）电源反接制动
三相异步电动机的电源反接制动是将三相电 源中的任意两相对调，使电动机的旋转磁场反 向，产生一个与原转动方向相反的制动转矩， 迅速降低电动机的转速，当电动机转速接近零 时，立即切断电源。
这种制动方法制动转矩大，效果好，但冲击 剧烈，电流较大，易损坏电动机及传动零件。
（4）绕线型异步电动机转子串 电阻起动
绕线型异步电动机的起动，只要在转子回 路串入适当的电阻，就既可限制起动电流， 又可增大起动转矩，但在起动过程中，需 逐级将电阻切除。现在多用在转子回路接 频敏变阻器起动。
任务1：三相异步电动机的起动及实现
任务1：三相异步电动机的起动及实现
3.三相异步电动机启动控制电 路
任务1：三相异步电动机的起动及实现
自锁(自保): 依靠接触器自身辅助常开 触头
而使线圈保持通电的控制方 式 自锁触头: 起自锁作用的辅助常开触 头 工作原理： 按下按钮（SB1），线圈（KM）通 电，电机起动；同时，辅助触头 （KM）闭合，即使按钮松开，线圈 保持通电状态，电机 连续运行。
图为单向连续运行控制电路
K1为起动电流倍数：Ist为电动机的起动电流(A)；In为电 动机的额定电流(A)；Sn为电源变压器总容量；Pn为电 动机的额定功率。
Hale Waihona Puke 任务1：三相异步电动机的起动及实现
（2）.星-三角降压起动 正常运行时，接成△形的鼠笼电动机，在起动时接成 星形，起动完毕后再接成△，称星-三角起动。
任务1：三相异步电动机的起动及实现
任务3.三相异步电动机的制动及实现
3.反接制动控制电路
任务3.三相异步电动机的制动及实现
4.能耗制动控制电路
三相异步电动机启动制动和调速
软启动器的工作原理简单，它通过软硬件方法，实时检测定子电流、 电压、功率因数或电动机的转矩值，经过计算得到一个准确的晶闸管 的移相角，使加在电动机上的电压或启动电流按某一规律变化（如斜 坡电压软启动、恒流软启动等），优化异步电动机的启动性能。软启
动器也可用PWM方式实现。
21
4.2 三相异步电动机的制动
复杂度 最简单
一般 简单 较复杂
适用性 电机小于7.5kW
任意容量，轻载 正常 ，频繁启动 大容量，大负载
15
Y
自耦变压器
3 1 k
改善结构
通过改变鼠笼式异步电动机的结构，既减小启动电流，又能获得较大 的启动转矩，即通过改变结构来改善电动机的启动性能。
1、增大转子电阻 这种电动机又称为高转差率鼠笼型异步电动机，其转子导条不用普通 的铝条，而是采用电阻率较高的铝合金（ZL-14），通过适当加大转 子导条的电阻来改善启动性能。
如同直流电动机一样，异步电动机制动的目的有两个： • 使传动系统迅速减速或停车； • 限制位能性负载的下放速度。
如果三相异步电动机的电磁转矩Te和转速n的方向相反，电动机便 处于制动状态。在制动状态下，电动机的电磁转矩起反抗旋转的作 用，为制动性转矩。
异步电动机的制动方法有：回馈制动、反接制动和能耗制动 。
n0 n s n0
n n0 (1 s)
1、直流电动机使用静差率，利用理想空载转速和转速（转速降）来
描述，它们都是转子的转速，是机械运动；
2、异步电动机使用转差率，利用旋转磁场的转速和转子的转速来描述， 同步转速非机械转速，也不是理想空载转速；
3、转差率与空载转速无关，更不能等同于转速降。
U L 3U P UL UP
三相异步电动机的回馈制动
D
C
n1
n>n1
发电
制动
T2 0
电动运行
B
转矩T
A
4 回馈制动
4.2 风轮驱动的三相异步电机双馈发电系统
工作原理
电网三相电 源为异步电 机建立旋转 磁场n1
风扇经变速 箱驱动异步 电机转子旋 转n
转子切割旋 转磁场产生 交变电压
由于n>n1， 定子电流反 向直接回馈 电网
交变电压通 过集电环、 电刷变频变 压送给电网
《电机拖动与控制》课程
三相异步电动机的回馈制动
4 回馈制动
4.1 回馈制动的特点
回馈制动的涵义
TN TS
电动机在外力（如提升机高速下放重物）和电磁转矩Ts的共同作用下，按重
力方向运动并加速，电动机特性从A—B—C变化，最终转速超过磁场的同步
n
速n1，电流和转矩的方向都发生了变化，最终电磁转矩曲线回顾一下异步电动机的三种制动状态
发电制动
能耗制动 电源反接制动
B
C D
转速n
n1
A
电动运行
E
-n1
转矩 T
倒拉反接制动
谢谢观看
THANKS YOU
转速稳定在D点。此时电动机将外力机械能转变为电能馈送电网，所以称回
馈制动。
下
放
构成条件 特点
应用
外力（风力或重力）作用下电动机转速n>同步转速n1
方法简单，无需改变电路； 需要特殊的外部条件，超同步速运转； 外部动能通过电动机转化为电能回馈电网，是一 种稳定的运行状态。
多用于高速下放重物的场合
转速 n
三相异步电动机的起动、调速和制动
一、三相异步电动机的起动 3、绕线式电动机转子电路串电阻起动
起动电阻
定子
转子
R
R R
•
电刷
滑环
起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。
一、三相异步电动机的起动 3、绕线式电动机转子电路串电阻起动
1）、转子串电阻起动
一、三相异步电动机的起动 3、绕线式电动机转子电路串电阻起动
2）、转子串频敏变阻器起动
Z
W1
V2 V1
U2
起动
正常运行
降压起动时的电流 为直接起动时的 1
3
I lY 1 I l 3
一、三相异步电动机的起动 2、降压起动 (2) Y－ 起动
U V W QS1 FU
U1 V1
W1 △ (运行) QS2
U2 V 2
W2
Y(起动)
Y-△起动线路图
一、三相异步电动机的起动 2、降压起动 (2) Y－ 起动
M 3~
直接起动线路
一、三相异步电动机的起动 2、降压起动
能否直接起动的经验公式：
I st 3 供电 变压 器容 量 ( KVA) IN 4 4 电动 机容 量KW ) (
一、三相异步电动机的起动 2、降压起动 其目的就是要减小起动电流， 但同时也限制了起动转矩，因此 只适用于轻载或空载情况下起动。
注意： 反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。
即切割磁力线的速度很大，造成 I 2 ，引起 I 1 。
为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。
三、三相异步电动机的制动 4.发电反馈制动 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的 电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进 入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。
三相异步电动机的启动、制动与调速
三相异步电动机的启动、制动与调速摘要：随着人类对生活环境和生产生活能耗比的重视，绿色、节能、环保成为人们长久发展的共识，在生产生活中能耗最高的当属电动机。
提高电动机的功率因数一直是国家电网的要求，降低能耗也是国家环保一直努力的方向。
自从世界上出现第一台电动机开始，电机控制问题就伴随着人们的生产生活，而且在实际生产生活中，电动机的应用存在的很多的电能浪费现象，合理的控制电机的运转是节约能耗的关键点。
三项异步电动机应用十分广泛，三项异步电动机的控制包括启动、制动、和调速，合理的控制这三个过程是降低能耗的关键，当然还有提升电动机的生产工艺。
其中启动控制方式有软启动、降压启动、直接启动、转子串电阻启动、转子串频敏变阻器启动。
制动方式有反接制动、能耗制动、回馈制动。
传统的调速方式有变极调速、变转差率调速，还有现在流行的变频调速、适量控制、和直接转矩控制。
关键词：三项异步电动机；能耗；启动控制；调速；适量控制1.绪论1.1研究背景随着电子科技的不断发展，控制精度不断地提升，工业4.0马上就要到来。
在我们工业生产中电动机的能耗比例越来越重，怎么能够有效的提高电动机能耗比是工厂节能减排的重要的一个关键点。
当然对于整个的生产设备来说，合适的电动机控制方案可以有效的提高整个机械运转系统的稳定性。
1.2发展现状对于三相异步电动机的状态控制分为三大类型：电动机启动、电动机制动、电动机调速。
对于电动机启动随着电子技术的发展已经得到比较完善的解决方案，所以对于电动机的启动研究一直是附加在对电动机的调速控制和精准控制上。
虽然对电动机的制动方式的研究也已经有很多的优秀方案，但是从能量回收再利用方面还需要努力，现在大多数的制动方式还是以转化为热能释放在空气中的方式来解决的，随着超级电容技术的成熟应用，未来在大型设备的电动机制动能量的回收一定有完善的解决方案。
2.三相异步电动机状态控制分析2.1总体概述三相异步电动机是生产生活中应用比较早的电动机类型，从转子的结构来分分为：一是鼠笼式异步电动机，二是绕线式异步电动机。
三相笼型异步电动机制动
动接触器KM2线圈电路接通，电动机接入反相序电源，电动机开始
反接制动，当速度趋近于零时，速度继电器KS2复位断开，切断KM2
的线圈电路，完成正转的反接制动。在反接制动过程中，KM3失电，
所以限流电阻R一直起限制反接制动电流的作用。反转时的反接制动
工作过程与此相似，KS1触点闭合，制动时，接通接触器KM1的线圈
械惯性的作用，转子需要一段时间才能完全停止。而在实
际生产过程中，生产机械往往要求电动机快速、准确地停
车，这就需要对电动机采取有效的制动措施。常用的制动
方式有机械制动和电气制动，其中电气制动包括反接制动
和能耗制动。
【相关知识】
▪ 1．反接制动的原理
▪
所谓反接制动，是指在电动机三相电源被切除后，立即向异步电
▪
(2) 画出单向反接制动、单管能耗制动电路的安装图
▪
(3) 根据原理图、安装图安装单向反接制动、单管能耗制动控制
电路。
▪
(4) 在断开电源的前提下，用万用表的欧姆挡，通过测量电路通、
断的“电阻法”检测电路安装是否正确。
▪
(5) 在教师的指导下做通电试验，看动作是否正常。若动作不正
常，用万用表的交流电压挡，用“电压法”排除电路故障。
触点闭合，KM2、KT线圈同时通电并自锁，KM2主触点将经过二极
管VD整流后的直流电接入电动机定子绕组，电动机能耗制动，此时，
电动机绕组U1U2、V1V2并联后与绕组W1W2串联，其定子绕组的连 接如图7-5所示(假设电动机为星形接法)。电动机的速度迅速降低。 当转速接近零时，时间继电器KT延时时间到，其常闭触点打开，使 KM2、KT线圈相继断电，能耗制动结束。
项目7 三相笼型异步电动机的电气制动
三相异步电动机的反接制动控制
5.倒拉反接制动的实现要点
1）电动机的定子绕组接入的三相交流电的相序，与提升重物 时的相序相同。
2）在转子电路要串入足够大的电阻，使得转速下降到0时， 电磁转矩T仍小于负载转矩TL。
2）在主电路中串接反接制动电阻，以限制反接制动电流和 反接制动转矩。 对三相笼型异步电动机，反接制动电阻串接在定子电路中。 对三相绕线型异步电动机，反接制动电阻通常串接在转子电 路中。
3）若以停车为目的，在反接制动结束时，一定要及时切除 反相序交流电源，以防止电动机反向启动。
7.电源反接制动的特点及应用
三相笼型异步电动机降压启动可逆运行反接制动控制电路
KS为速度继电器，KS-1为正转闭合触头，KS-2为反转闭合触头。 启动时R作定子串电阻降压启动电阻，停车时R作反接制动电阻。
★可逆运行反接制动控制启停过程分析
正向启动控制：
按下SB2 KM3得电, 切除电阻Ｒ, 电动机全压运行
停机控制：
KA3通电,触头动作 KA1得电,触头动作
摆锤
因为速度继电器常用来控制 动触点 电动机的反接制动，所以又 被称为“反接制动继电器”。
静触点
◆速度继电器的工作原理
速度继电器的转子与电动机同轴，随电动机的转子一起转动。
速度继电器的转子是永久磁铁，转子转 动产生旋转磁场，旋转磁场被定子绕组 切割，产生定子感应电动势和感应电流。
速度继电器的转子转速（旋转磁场转 速）、定子绕组感应电动势、感应电流、 定子绕组所受到的电磁力和电磁转矩都 与电动机的转速成正比。
实际生产中，需要准确停车的生产机械很多，比如：起重 机的吊钩、卷扬机的吊篮、镗床和万能铣床的主轴等。 自由停车显然满足不了这些设备的控制要求。
异步电机有三种运行状态
异步电机有三种运行状态，可运行在发电机状态、电动机状态和电磁制动状态。
当转差率在S<0时，异步电机处于发电机状态；当转差率0<S1时，处于电磁制动状态。
也就是说，当异步电机转子的转速高于同步转速，此时转子的转向与定子旋转磁场的转向相同，处于发电机状态；当转子转向与旋转磁场同方向且转速低于同步转速，处于电动机状态；当转子转向与旋转磁场方向相反，处于电磁制动状态。
根据这一原理，只要用原动机把转子按旋转磁场的方向拖动，加速到超过同步转速，就可使异步电机成为发电机了。
1 异步电机发电的特点由于使用异步电机发电在并网与调速两个主要方面有其独有的特点，因此近年来被风力发电领域所广泛使用。
1.1并网方面不需要同期设备，只需象投电动机那样合闸就行。
电机的容量较大，可用软启动或变频启动等方式。
1.2调速方面异步电机运转时，不象同步电机那样，转速与频率有着严格的对应关系。
异步电机的转速与频率没有严格的对应关系，理论上异步发电机的转差率在-∞<S<0范围内都是发电运行状态。
因此特别适合原动机不好控制的情况。
< P>1.3短路方面从异步发电机负荷特性曲线可知，异步发电机的负荷电流增加到临界值时，发电机电压急剧下降，直至崩溃。
异步发电机三相短路时情况和此相似。
所以当异步发电机发生三相短路时，电压将急剧下降，直至电压崩溃，不会有很大的短路电流。
当发电机发生不对称短路，如单相短路，此时该相绕组相当于一个短路绕组，它将产生去磁效应，最终使电压崩溃。
从以上分析可见，异步发电机无需装设任何形式的短路保护。
2 异步发电机的运行方式和其它发电方式一样，异步机在发电时也有两种运行方式，独立运行与并网运行。
2.1异步发电机独立运行异步发电机独立运行时，由于电机的铁芯中通常会有一些剩磁存在，当电机转子被原动机拖动时，与定子绕组的磁场相互作用，导体中就有感应电流。
载流导体在磁场中运动，又在定子绕组中产生感应电动势。
三相异步电动机制动的工作方法
三相异步电动机制动的工作方法
1. 能耗制动，哇塞，这就好像是让电动机来了个急刹车！就好比你正在跑步，突然让你一下子停住。
比如说在起重机上，当重物快到指定位置时，就可以用能耗制动让它稳稳停下来。
2. 反接制动呀，嘿，就如同来个猛地掉头！像是开车时突然快速反转方向。
比如一些铣床在工作结束时就可能用到反接制动来迅速停止。
3. 回馈制动，哎呀呀，这简直是电动机在给我们送能量呢！就好像是你给别人分享你多余的东西。
像电动汽车在下坡时不就能用这个方法回收能量嘛。
4. 机械制动，瞧，这就是直接用机械的力量让电动机刹住车！好比一个大力士硬生生拉住你。
像卷扬机不就是经常用这种方式来制动。
5. 电气制动，这可神奇了，完全是用电的魔力来实现制动呀！如同用魔法让电动机停下来。
那种需要精确控制停止的设备就常用电气制动呢。
6. 电磁抱闸制动，哇哦，就像是给电动机上了一把牢固的锁！仿佛给大门上了一道坚固的锁。
比如一些提升机就要靠这个来保证安全停止。
7. 再生制动，嘿，这是电动机把能量变变变出来了哦！像变魔术一样呢。
像轨道交通中就经常有这种神奇制动效果。
8. 动态制动，这可是很厉害的一招，能迅速把电动机的速度降下来！如同给奔跑的马儿猛拉缰绳。
在一些高速运转的设备里就很需要它啦。
总之，三相异步电动机制动的工作方法各有各的厉害之处呀，它们就像是电动机的守护天使，保障着各种设备的安全和高效运行！。