三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

千里之行，始于足下朽木易折，金石可鏤Word-可編輯三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n方向相同時(shí)，電動(dòng)機(jī)就處于電動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，電機(jī)從電網(wǎng)吸收電能并轉(zhuǎn)換為機(jī)械能向負(fù)載輸出，電機(jī)運(yùn)行于機(jī)械特性的一、三象限。電動(dòng)機(jī)在拖動(dòng)負(fù)載的工作中，只要電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n的方向相反，電動(dòng)機(jī)就處于制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)運(yùn)行于機(jī)械特性的二、四象限。異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行的作用依然是迅速減速或停車和勻速下放重物。和直流電動(dòng)機(jī)一樣，異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)亦分3種，即回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)。現(xiàn)分離研究如下：一、回饋制動(dòng)當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)因某種外因，例如在位能負(fù)載作用下(圖3—49中為重物的作用)，使轉(zhuǎn)速n高于同步轉(zhuǎn)速n1，即n>n1時(shí)，s<0，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)sE2反向。圖3—49

位能負(fù)載帶動(dòng)異步電機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)Tem與n反向，故此時(shí)異步電機(jī)既回饋電能，又產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，說明電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)?；仞佒苿?dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率P2=T0，因Tem變負(fù)而變負(fù)，故此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)由軸上輸入(即吸收)機(jī)械功率?；仞佒苿?dòng)時(shí)，Tem為負(fù)，n為正，且n>nl，當(dāng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載位能轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，電動(dòng)機(jī)在機(jī)械特性第二象限的某點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。由圖3—49可知，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載下放重物時(shí)，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL不變，轉(zhuǎn)子所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越高。為了避免因轉(zhuǎn)速高而損壞電機(jī)，在回饋制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子回路中不串電阻?；仞佒苿?dòng)時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，不過倘若定子不接電網(wǎng)，電機(jī)不能從電網(wǎng)汲取無功電流建立磁場(chǎng)，就發(fā)不出有功電能。這時(shí)，如在異步電動(dòng)機(jī)三相定子出線端并上三相電容器提供無功功率即可發(fā)出電來，這便是所謂自勵(lì)式異步發(fā)電機(jī)?；仞佒苿?dòng)常用于高速且要求勻速下放重物的場(chǎng)合。實(shí)際上，除了下放重物時(shí)產(chǎn)生回饋制動(dòng)外，在變極或變頻調(diào)速過程中，也會(huì)產(chǎn)生回饋制動(dòng)。二、反接制動(dòng)（一）轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)（或稱倒拉反向反接制動(dòng)）圖3—50

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)電路圖轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)如圖3—50所示，異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串接較大電阻接通電源，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩方向與重物G產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向相反，而且Tst<TL，在重物G的作用下，迫使電機(jī)反Tst的方向旋轉(zhuǎn)，并在重物下放的方向加速。其轉(zhuǎn)差率s為隨|-n|的增強(qiáng)，s、I2及Tem都增大，直到滿意T=TL(圖3—51中的B點(diǎn))，電機(jī)轉(zhuǎn)速為-n2穩(wěn)定運(yùn)行，重物勻速下放。圖3—51中所示機(jī)械特性的第四象限(實(shí)線部分)，即為異步電機(jī)轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)的機(jī)械特性。圖3—51

轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)時(shí)的異步電機(jī)特性轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)適用于低速勻速下放重物。電動(dòng)機(jī)工作在反接制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它由軸上輸入機(jī)械功率，定子又通過氣隙向轉(zhuǎn)子輸送電功率，這兩部分功率都消耗在轉(zhuǎn)子電路的總電阻上。（二）定子兩相反接的反接制動(dòng)圖3—52

異步電機(jī)定子兩相反接的電路圖與機(jī)械特性（a)電路圖；（b)機(jī)械特性設(shè)異步電動(dòng)機(jī)帶抵御性負(fù)載本來穩(wěn)定運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)如圖3—52（b)的A點(diǎn)，為了疾馳停車或反轉(zhuǎn)，可將定子兩相反接，并同時(shí)在繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接電阻Rf，如圖3—52(a)所示，因?yàn)槎ㄗ酉嘈虻母淖?，使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向發(fā)生改變，從而使異步電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)從本來電動(dòng)機(jī)運(yùn)行機(jī)械特性上的A點(diǎn)，轉(zhuǎn)移到新的機(jī)械特性(通過-n1的特性)上的B點(diǎn)。此時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子切割磁場(chǎng)的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向也改變。此時(shí)的轉(zhuǎn)差率為

由上式可知，s>1是反接制動(dòng)的特點(diǎn)(含轉(zhuǎn)速反向和兩相反接兩種制動(dòng))。兩相反接時(shí)，E2、sE2、I2及Tem都與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，即電機(jī)轉(zhuǎn)矩變負(fù)，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快下降，如圖3—52（b)中的BC段。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零(即c點(diǎn))時(shí)如不切除電源，則電動(dòng)機(jī)反向加速而進(jìn)入反向電動(dòng)狀態(tài)(對(duì)應(yīng)于CD段)，當(dāng)加速到D點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。以上分析是電動(dòng)機(jī)帶抵御性負(fù)載的情況，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶位能性負(fù)載，用兩相反接時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，但電磁轉(zhuǎn)矩Tem變負(fù)，在電磁轉(zhuǎn)矩Tem和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的共同作用下，使電動(dòng)機(jī)減速，直到轉(zhuǎn)速為零時(shí)，在Tem和TL的作用下，電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)并加速。隨轉(zhuǎn)子反向加速，電磁轉(zhuǎn)矩仍為負(fù)，但絕對(duì)值減小，直到轉(zhuǎn)速達(dá)—n1時(shí)，Tem=0。因?yàn)樨?fù)載的作用，轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，此時(shí)Tem>0，直到Tem=TL，電動(dòng)機(jī)才穩(wěn)定運(yùn)行于圖3—52（b)中的E點(diǎn)。定子兩相反接制動(dòng)，無論負(fù)載性質(zhì)如何，都是指兩相反接開始到轉(zhuǎn)速為零為止這個(gè)過程。兩相反接制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)效果好，缺點(diǎn)是能耗大，制動(dòng)確切度差，如要停車，還須由控制線路及時(shí)切除電源。這種制動(dòng)適用于要求疾馳停車并疾馳反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。異步電動(dòng)機(jī)帶位能性負(fù)載時(shí)，兩相反接使轉(zhuǎn)速反轉(zhuǎn)后，在圖3—52（b)上D點(diǎn)不能穩(wěn)定運(yùn)行，還將繼續(xù)反向加速，當(dāng)|-n|>|—n1|時(shí)，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入反向回饋制動(dòng)狀態(tài)。應(yīng)該指出，上述兩種反接制動(dòng)，固然電動(dòng)機(jī)軸上都有機(jī)械功率輸入，但有所不同。在轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)時(shí)，這部分機(jī)械功率由位能性負(fù)載提供；而定子兩相反接制動(dòng)，則是囫圇轉(zhuǎn)動(dòng)部分所儲(chǔ)存的動(dòng)能提供。因此，前者可恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，后者只能減速，因?yàn)閮?chǔ)存的動(dòng)能隨轉(zhuǎn)速的降低而減小，以致不能保持恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。三、能耗制動(dòng)設(shè)異步電動(dòng)機(jī)原在圖3—53（b)中的A點(diǎn)運(yùn)行，此時(shí)，圖3—53（a）中KM2的觸點(diǎn)斷開，KM1閉合。為了疾馳停車，斷開KM1使電機(jī)脫離電網(wǎng)，并趕緊閉合KM2，則定子兩相繞組通入直流，在定子內(nèi)形成一個(gè)固定磁場(chǎng)。此時(shí)轉(zhuǎn)子因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)線切割磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流。按照左手定則可決定轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反（按照定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流有功分量的方向決定)，故為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)直流勵(lì)磁電流不變，轉(zhuǎn)子內(nèi)電阻增強(qiáng)，對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速也增強(qiáng)(smr2)，但最大轉(zhuǎn)矩不變，如圖3—53（b)中曲線1與3所示。曲線3為串較大電阻時(shí)的特性。當(dāng)直流勵(lì)磁電流增強(qiáng)，轉(zhuǎn)子串電阻不變，對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速不變，但最大轉(zhuǎn)矩增大，如圖3—53（b)中曲線1與2所示，曲線2為直流勵(lì)磁電流較大時(shí)的特性。由圖3—53（b)所示能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性可以看出，改變轉(zhuǎn)子串接電阻或定子直流勵(lì)磁電流的大小，都可調(diào)節(jié)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降為零，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也為零，因此采用能耗制動(dòng)能