三相异步电动机能耗制动原理
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。
三相异步电动机的三种制动方式
三相异步电动机的三种制动方式王海涛贺继荣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P1点，在突然变极或者变频时，电机的工作特性会突然在a线段部分（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P2点为止，电机又回到电动状态。
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n0，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P3点），此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：如图3所示，电机原在P1点稳定运行，为使电机停转，将定子三根电源线中的任意两根对调，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P2点。
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
三相异步电动机的制动
● 缺点：只适用于转子转速大于同步转速的场合
三相异步电动机的反转 制动
三相异步电动机的制动
机械制动 电气制动
能耗制动 反接制动 回馈制动
► 三相异步电动机的制动
——电源反接制动
● 方法：把与电源相连 接的三根火线任意两根 的位置对调 ，使旋转 磁场反向旋转即可。
2 b
c
n
n1
a
O TL
► 三相异步电动机的制动——电源反接制动
1
T
1、制动电路简单 2、制动转矩较大 3、停机迅速
－n1
1、制动瞬间电流大 2、机械冲击强烈
► 三相异步电动机的制动——拉倒反接制动
能够使重物获得
稳定的下方速度
3~
这种反接制动适用于绕 线转子异步电动机，其 转子回路需串入大电阻。
M 3~
Rz
n
n1
a
b
1
TL
T
Oc
d
2
三相异步电动机的制动
► 回馈制动
● 回馈制动又称再生制动或发电 制动，主要用在起重设备中。
● 特点：| n | ＞ | n1 |，s＜0； 电机处于发电机状态。
● 优点：能向电网回馈电能
U
I1
－
N
F＋
n
n
三相异步电动机的制动
► 三相异步电动机的制动
——能耗制动
● 方法：将运行着的异步电动机的定子绕组从 三相交流电源上断开后，立即接到直流电源上。 ● 优点：制动力强，制动平稳。 ● 缺点：需要一套专门的直流电源供制动用。
F
S
3~
3~
制
动
前
的
电 路
M
3~制动来自时M的 电
能耗制动的原理
能耗制动的原理
因为电动机转子惯性的要素，异步电机从切除电源到停转有一个进程，需求一段时刻。
为了缩短辅佐时刻、跋涉出产功率，很多机床（如全能铣床、卧式镗床、组合机床等）都恳求能活络泊车和精断定位。
这就恳求对电动机进行制动，逼迫其当即泊车。
机床上制动泊车的办法有两大类：机械制动和电气制动。
机械制动是运用机械或液绑缚动设备制动。
电气制动是由电动机发作一个与正本旋转方向相反的力矩来结束制动。
机床中常用的电气制动办法有能耗制动和反接制动。
能耗制动的原理是：在切除异步电动机的三相电源往后，当即在定子绕组中接入直流电源，转子切开安稳磁场发作的感应电流与安稳磁场效果发作制动力矩，使电动机高速旋转的动能耗费在转子电路中。
当转速降为零时，切除直流电源，制动进程结束。
能耗制动的长处是：制动准确、平稳、能量耗费小。
其缺陷是：制动力较小（低速时尤为超卓），需求直流电源。
能耗制动适用于恳求制动准确、平稳的场合，如磨床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等。
反接制动是运用改动异步电动机定子绕组上三相电源的相序，使定子发作反向旋转磁场效果于转子而发作强力制动力矩。
反
接制动时，旋转磁场的相对速度很大，定子电流也很大，因而制动活络。
但在制动进程中有较大冲击，对传动安排有害，能量耗费也较大。
此外，在速度继电器动作不牢靠时，反接制动还会致使反向复兴动。
因而反接制动办法常用于纷歧复兴动、制动时对泊车方位无准确恳求而传动安排能接受较大冲击的设备中如铣床、镗床、中型车床主轴的制动。
能耗制动控制线路工作原理(精)
JX7-4A
1
VD
套流二极管
ZCZ30
1
10A 600V
R
电阻
RX20-50
1
50Ω
万用表
试。
目 标
能耗制动控制线路安装与调
试
1.能耗制动控制线路原理图
能耗制动控制线路安装与调 试
2.工作原理分析
能耗制动是在电动机按停止按钮切除三相电源的同时，定子 绕组接通直流电源，产生静止磁场，利用转子感应电流与静止磁 场的作用，产生电磁制动转矩而制动的。
按图示电路连接好线路。停车时，按下复合停止按钮SB1， 接触器KM1断电释放，电动机脱离三相电源，接触器KM2和时间继 电器KT同时通电吸合并自锁，KM2主触头闭合，将直流电源接入 定子绕组，电动机进入能耗制动状态。当转子转速接近零时，时 间继电器延时断开常闭、触头动作，KM2线圈断电释放，断开能 耗制动直流电源。常开辅助触头KM2复位，断开KT线圈电路，电 动机能耗制动结束。
《电气控制系统安装与调试》资源库
能耗制动控 制线路安装 与调试
1.能耗制动控制 线路工作原理
2.常见运行故障分析及其保护措施
2013年3月
能耗制动控制线路安装与调 试
1.能够正确识读能耗制动控制线路原理图。
教 2.能够正确分析能耗制动控制线路的工作原理。 学 3.能够按照控制原理图，进行控制线路的正确安装与调
能耗制动控制线路安装与调 试
3.控制线路中的主要电器元件
代号
名称
型 号 与 规 格 数量
备注
M
三相异步电动机
0.75kW
1
KM1、KM2
交流接触器
CJ20-10
2
SB1、SB2
三相异步电动机械特性及各种运行状态
n
n0
a1
O
T
－n0
机械功率Pm
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(2) 转子反向的反接制动 ——下放重物
① 制动原理
n
定子相序不变，转子 电路串联对称电阻 Rb。 低速提 a 点 惯性 b 点(Tb＜TL)，升重物
n↓ c 点 ( n = 0，Tc＜TL )
n0
a
b
e TL
Oc
1 T
在TL 作用下 M 反向起动
由参数表达式可知，改变定子电压U1、 定子频率f1、极对数p、定子回路电阻 r1和电抗x1、转子回路电阻r2ˊ和电抗 x2ˊ，都可得到不同的人为机械特性。
（1）降低定子电压的人为机械特性
在参数表达式中，保持其它参数不变， 只改变定子电压U1的大小，可得改变 定子电压的人为机械特性。
讨论电压在额定值以下范围调节的人 为特性（为什么？）
Pe = m1—I2'—2 R定2'子＋s 发Rb出'＜电0功率，向电源回馈电能。
Pm=
(1－s ) ——
轴Pe上＜输0入机械功率(位能负载的位能)。
PCu2 = Pe－Pm
|Pe | = |Pm|－PCu2
—— 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
制动效果 Rb →下放速度 。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(3) 能耗制动过程 —— 迅速停车 2
① 制动原理
b
n
a1
制动前：特性 1。
制动时：特性 2。
a 点 惯性 b 点 (T＜0，制动开始)
O TL
T
n↓ 原点 O (n = 0，T = 0)，制动过程结束。
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P3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P1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。
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三相异步电动机能耗制动原理
三相异步电动机的能耗制动原理是通过将电动机的转子绕组接入电网，利用电网的能量来制动电动机。
具体原理如下：
1. 异步电动机在运行时，由于电动机的输出功率大于负载的需求功率，电动机会将多余的功率转化为机械能，从而实现驱动负载。
而在能耗制动下，电动机需要将多余的功率转化为电能，通过电网耗散掉。
2. 当电动机进行能耗制动时，将电动机的转子绕组与电网相连。
根据转子绕组的连接方式，能耗制动可分为串联能耗制动和并联能耗制动两种方式。
a. 串联能耗制动方式：将转子绕组串联到电网上，使得电动
机的转子与电网同频运行。
由于电动机的转速略低于同步速度，电机输出的是负功率，将功率传送到电网中。
b. 并联能耗制动方式：将转子绕组并联在电网上，使得电动
机的转子电流与电网电流相位相差180度。
这样电动机的转子失去了能源引起的转动力矩，使其自动停转，电能通过转子绕组流向电网。
3. 通过连续地将多余的能量传送到电网中，电动机的转动速度逐渐减小，直至停止转动。
这样就实现了对电动机的耗散制动。
值得注意的是，能耗制动产生的电能需要通过电网耗散掉，因此在实际应用中需要考虑电网的负载能力和电动机的安全性能。