异步电动机能耗制动

1、1 绪论1.1前言异步电机是一种交流电机，也叫感应电机，主要做电动机使用。广泛应用于工农业生产中，例如机床，水泵，冶金，矿山设备轻工业机械设备等都用它作为原动机，其容量从几千瓦到几千千瓦。异步电机主要有定子和转子两大部分组成。定子相数有单相和三相两类。三相异步电机转子结构有笼型和绕线式两种。定子由定子铁芯，定子绕组和机座三部分构成。定子铁芯的作用作为电机磁路的一部分和嵌放定子绕组。铁芯一般采用导磁性良好，比损耗小的0.5mm厚的低硅钢片叠成。定子绕组是电机的电路，其作用是感应电动势，流过电流。定子绕组在槽内部分与铁芯间绝缘。转子由铁芯，转子绕组和转轴构成。转子铁芯是电机磁路的一部分，一般由0.

2、5mm硅钢片冲制后叠压而成。转轴起支撑转子铁芯和输出机械转矩的作用。转子绕组有笼型和绕线式。本次设计主要用到笼型，重点介绍下笼型。在转子铁芯均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁芯两端放置两个端环，分别把所有伸出槽外部分与端环连接起来。如果去掉铁芯剩下的绕组就像一个松鼠笼子。异步电机之所以得到广泛应用，主要由于它结构简单，运行可靠，制造容易，价格低廉，兼顾耐用，而且有较高的效率和相当好的的工作特性。但是尚不能较大范围内平滑调速以及它必须从电网吸收之后的无功功率。在交流电力拖动系统中, 异步电动机既可运行于电动状态, 又可运行于电磁制动状态, 随生产机械的不同要求而定。三相异步电动机的能耗制动,

3、 是通过将运行在电动状态的异步电机的定子脱离交流电源时, 立即在定子两相绕组通入直流励磁电流的方法, 使定子产生静止磁场的。当转子由于惯性仍在旋转时, 其导体切割此磁场便感应电流并产生与转子转向相反的电磁制动转矩而实现制动。它广泛用于矿井提升及起重运输等生产机械上。能耗制动是笼型电动机的制动方法之一，本设计就能异步电动机耗制动做下简要的探讨。2能耗制动线路设计2.1能耗制动原理RI-+能耗制动就是在切断三相电源的同时，接到直流电源上（如图2.1所示），使直流电流通入定子绕组。理论物理告诉我们，直流电流的磁场是固定不动的，而转子由于惯性继续在原方向转动， 根据右手定则和左手定则不难确定这里的转子

4、电流与固定磁场相互作用产生的转矩的方向。实事上，此时转矩的方向恰好与电动机转动的方向相反，因而起到了制动的作用。理论和实验证明，制动转矩的大小与直流电流的大小有关。直流电流的大小一般为电动机额定电流的0.51 倍。这种制动能量消耗小，制动平稳，但需要直流电源。在有些机床中采用这种制动方法。由于受制动电动机电流的影响，直流电流的大小受到限制，别是在工作环境相对恶劣、三相电动机功率又相对较大的情况下，实施能耗制动有一的困难。要使用能耗制动关键是要选配好直流电源且注意直流电源开关的使用技术，切忌误操作，切忌接线错误。在直流能耗制动中直流电动机的电源，一般来自于交流电路，并通过整流获得，随着大功率整流

5、集成电路的应 图2.1 能耗制动接线图用与发展，电路电流的整流往往由二极管整流向大功率集成电路稳压、整流方向发展。因此，选择好功率匹配、电流适中，满足能耗制动需求电路的设计，是解决问题的关键。当电动机用于起重设备，特别是机械加工车间的吊装、移位、运行时，应用直流电机反转达到制动目的，因为利用这种方法，一方面稳定性能好， 由线路均匀自动输出直流电压， 控制直流反转电动机，得到稳定的纯线性直流电压，实现电动机反转，制动交流电机。2.2能耗控制主体电路介绍根据能耗制动原理以及课题给出的技术参数可以大致设计出三相笼型异步电动机能耗制动的线路图，所需要元件如表2.1。图2.2为笼型电动机能耗制动的控制总

6、体线路。下面就其主体电路部分做一下介绍。其中A,B,C是线电压为380V的三相电源。FU1是熔断器，用来保护电机，一旦出现功率长时间超过规定的最大负载时FU1会熔断切断电源，使整个线路断电，电机停止工作。FR1是热继电器，热继电器是防止电路过载，由于频繁启动或缺相，造成电流过大 但还未到熔断器动作的时候，反时间限制，这时热继电器的金属片由大电流积蓄热量，拉动拉杆保护电动机熔断器起短路保护。最下面接的是符合课题技术参数的笼型异步电机。至于用于提供制动时的直流电流是由三相电源任意两相经过桥式整流后的到，在桥式整流电路中串接一个可变电阻，通过调节电阻调节制动电流从而达到满足制动要求。KM1KM2KT

7、SB1FU1FR1FR1A B CFU1SB2KM1KTKM2KM1 M 3 R1能耗控制电路控制电路部分能耗制动电路主体部分图2.2 能耗制动电路从控制线路原理分析，按下SB2 按钮在电动机开始起动的瞬间，KM1接触器的线圈、时间继电器KT的线圈同时通电,接触器和时间继电器同时动作而吸合，吸合时间一般都为几毫秒到几十毫秒，但两者的吸合时间是有差异的，为接触器的全行程比时间继电器大，磁系统动作灵敏度比时间继电器低，因此吸合时间比时间继电器长，尤其对于大容量的接触器而言， 动作吸合时间比时间继电器可能大几十毫秒，这就使得时间继电器延时断开的动合触点在SB2按下的瞬间先于KM1的动合触点接通，使得

8、KM2的线圈瞬间也得电接通，很有可能造成KM2触头闭合，使直流电流通入定子绕组( 在KM1吸合后，随着KM1辅助常闭触点的断开，KM2线圈断电，当然这个过程很短暂) 。就是说，电动机开始起动的瞬间也处于瞬间的制动过程，则会增加起动电流，缩短接触器的使用时间。元件名称数量二极管4个 三相异步电动机1台熔断器5个交流接触器2个时间继电器1个热继电器1个按钮2个可调电阻器1个万用表1块380V三相电源 1个接线端子板1组电工工具1套导线若干表2.1 元件清单2.3能耗控制电路初选及改进 KM1断电KM断电电动机脱离电源KM2通电制动开始延时KM2断电制动结束按下SB1初步设计的笼型电动机能耗制动的控

9、制线路见图2.3, 其中采用了断电延时的时间继电器KT 的一个延时断开的动合触点，在制动时, 线路的动作次序如下:图2.3笼型电动机能耗制动的控制线路针对以上控制线路的不足,提出了一种改进方法: 增加一对KM1 辅助常开触头, 用于对KT 时间继电器进行单独控制。改进后的主电路与原电路相同, 电路如（图2.4），在改进后的控制电路中, 接触器KM2 的线圈只有在制动即按下SB1 停止按钮,接触器KM1 断电后才能得电, 杜绝了按下SB2 起动按钮, 在起动过程中KM2 得电的可能性。在起动的瞬间, 按下SB2 起动按钮, KM1 接触器线圈得电, KM1接触器的主触头闭合, 电动机与三相电源接

10、通开始起动; 同时KM1 接触器的辅助常开触头接通、辅助常闭触头断开, 这时时间继电器KT 线圈才得电, KT的一个延时断开的动合触头接通, 在起动过程中KM2 的线圈始终不得电, 从而避免了在电动机开始起动的瞬间也处于瞬间的制动过程, 与原有制动控制线路相比较, 减小了起动电流, 在一定程度上延长了接触器的使用寿命, 改善了电动机的起动性能( 过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落,使负载端的电压降低, 影响邻近负载的正常工作)。KM1FR1KTKM1KM1KM1KM1KM2KTSB2SB1FU2FU1KM2FR1A B CM3R1图2.4 改进后的总体电路图其中，F1是热继电

11、器，次元件作用已经在上文主电路中介绍过。FU2是熔断器也在主电路中介绍了。SB1和SB2分别是常闭和常开按钮，在无人为情况下是分别保持闭合和断开的。KT是时间继电器，作用是在制动结束后断开经整流的直流电源结束制动。KM1和KM2是电磁继电器。有线圈和触点组成，触电有常闭和常开之分。当线圈得电时常闭触点断开，常开触点闭合。根据以上介绍可以明白控制电路的分析了。3 能耗制动控制电路参数计算3.1耗制动状态机械特性 异步电动机原来在图3.1所示的A点运行，相应于电动机固定负载下正常运转，为了迅速停车，马上进行能耗制动，即电动机脱离电网时，立即在定子两相内接入直流电源，在定子内形成一固定磁场，转子由于

12、惯性继续运转，导体切割磁场，产生制动转矩。能耗制动时的机械特性如图3.1所示。当转子内电阻增加而直流励磁电流不变时产生的最大转速也增加，但最大转矩保持不变，如图曲线1，3所示，特性3对应串联电阻较大时。当转子电阻不变而直流励磁电流增加时，产生的最大转矩时的转速不变，但最大转矩将增大，如图中特性曲线1，2所示，特性2对应直流励磁电流较大时。图3.1 异步电动机能耗制动机械特性曲线3.2相异步电动机机械特性的三种表达式（1）物理表达式T=CTJm式中：异步机的转矩系数： 异步机每极磁通由以上各式可以得到图3.2（2）参数表达式有以上表达式可以画出机械特性曲线图3.3所示（3）实用表达式若忽略R1可

13、以得到表达式 ）KM1FR1KTKM1KM1KM1KM1KM2KTSB2SB1FU2FU1KM2FR1A B CM3R式子中各参数的含义如下Tm最大转矩，Sm是临界转差率，n0是空载转矩，nN是额定转速，SN是额定转差率，KT是过载倍数。图3.2 在不同转速 图3.3 异步电动机的机械特性图3.3有关参数的计算（1）可调电阻的计算能耗制动的强弱与通入直流电的大小和电动机转速有关系。在同样转速下，直流电越大制动作用越强，一般直流电为电动机空载电流的34倍。电机的空载电流按不同磁极有所不同的，空载电流与额定电流之比有一定的关系。2极：2030%6极：3550%4极：3045%8极：3560%所以先

14、根据电机磁极数和额定电流计算出空载电流I（也可：以用卡流表测空载电流），则制动直流电流为（3-4）I，然后用万用表测量电机两相之间的电阻R（也可以计算得出），根据欧姆定律，即可计算出直流电压：U=3IR。知道了电机两相电阻，和直流电压，可以根据自己的需要来选择限流电阻R1了，即你想要直流电流为I限，则I限=U/（R+R1)，I限和U,R已知，就可以计算出I限了。已知技术参数和条件，笼型电动机的数据：PN=75kW，U1N=380V，nN=1460r/min，I1N=144A，U2N=399V，I2N=116A，KT=2.8。由nS=60f1 / P，nS=1500 r/min,频率是50HZ，

15、从而可以算出P=2，确定给定电机是4极的。额定定子线电流为I1N=144A，所以取空载电流 I=I1N30%=43.2A。制动时的直流电流为3I=129.6A。再算电机定子相电阻。由SN=(nS- nN) / nS R=0.95 U1N SN /3 I1N 所以可以算出R=0.039。再确定经整流后的电压。因为采用的是桥式整流，任意两相电流电压U0=220V，整流电路输出电压平均值U=0.9U0=198V。制动时的电流由上面可知为129.6A。所以选的可调电阻最小Rmin=(U /3I)-R=1.49。故可调电阻R11.49。因为异步电动机制动直流电流为129.6A，故桥式电路中所选二极管流过

16、的电流为0.5129.6=64.8A,其所能承受的电压为198=225.8V。二极管应选承受的最大电流大于64.8A,最大电压大于226V。交流继电器和时间继电器应该是能承受的最大电流大于130V。结束语经过一周的努力，我终于完成了电力拖动基础课程设计异步电动机的能耗制动控制设计。通过这次电力拖动基础课程设计,使我对异步电机在实践中的应用有了更深刻的理解。通过此次课程设计，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。 在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力。在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。 这次电力拖动

17、基础课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在异步电动机能耗制动控制的主电路及控制电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对异步电动机能耗制动了解。另外，我们还更加充分的认识到，电力拖动基础这门课程在科学发展中的至关重要性。2、查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。3、相互讨论共同研究也是很重要的，在设计过程中经常出现一些问题但是和其他的专业同学讨论后，理解了基本原理后，很快的设计了电路原理图。 经过这次课程设计，我学到很多东西。社会的不断发展，使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自