交流电动机制动 Braking of AC motor

1、交流电动机制动 Braking of AC motor 交流电动机制动(braking of AC motor) 将交流电动机电磁转矩的方向改变为与转子转向相反，以实现电动机的停转或限速的方法。制动的目的是使电动机转子尽快地停转或由高速迅速地变为低速，或限制位能性负载的下降速度。交流电动机的制动方式和直流电动机的一样，也可分为能耗制动、反接制动和回馈制动。随着电力电子技术的进步和发展，软起动器(或固态软起动器)正在推广应用。 能耗制动可分为感应电动机的能耗制动和同步电动机的能耗制动。(1)感应电动机的能耗制动。将正在电动运行的感应电动机定子绕组从交流电网断开，接到一直流电源上，由直流电流励磁，

2、在气隙中建立一恒定磁场，由惯性作用拖动的转子绕组切割这一磁场产生感应电动势和电流，该电流与磁场作用产生的转矩起制动作用。这时转子的动能全部变换成电能消耗在转子回路的电阻 上，故称能耗制动。能耗制动多用来使感应电动机迅速停车，其典型线路和机械特性如图l所示。图1(b)中 P点为电动机的原工作点，第二象限的曲线为加入直流后的机械特性。改变图1(a)中变压器二次电压可调节励磁电流的大小，从而可以控制制动转矩的大小。若电机为绕线转子感应电动机，改变转子附加电阻，也可调节制动转矩的大小。(2)同步电动机的能耗制动。其接线图如图2所示。能耗制动时，将运转的同步电动机从交流电网断开，并立即将定子绕组接到一制

3、动电阻上(或频敏变阻器)，并保持励磁电流不变，同步电动机靠惯性作用拖动旋转而向制动电阻供电，成为发电机运行，此时产生的电磁转矩为制动转矩，机械系统贮存的动能转换成电能消耗在制动电阻上，电机将迅速停转。反接制动常用于需要迅速停车或迅速反转的生产机械中。它分为正转反接制动和正接反转制动两种。 (1)正转反接制动.将正在电动状态下运行的感应电动机的定子三根供电线中任意两根对调，由于改变了定子电流相序，所产生的旋转磁场立即反转，从原来与转子转向一致改变为与转子转向相反，于是电动机运行于转差率1<S<2的正转反接制动状态，产生的电磁转矩对转子起制动作用。当转速降至零时，必须立即断开电源，否则

4、电动机将反向起动。其机械特性如图3 所示。由于反接制动电流很大，对于绕线转子感应电动机，反接制动时应在转子回路串入附加电阻器(或频敏变阻器)，对于笼型感应电动机一般只限用于10kw以下的容量。(2)正接反转制动。当绕线转子感应电动机拖动位能性负载，如起重机下放重物时，可保持电动机运行时定子接线不变，而增大串入转子回路的电阻，使电动机的转速从正转逐渐降至零，然后变为反转，此时转子转差率大于l，处于正接反转制动状 态，从而保证重物下降。改变转子串入电阻可以获得不同的下降速度，其机械特性如图4所示。回馈制动又称再生制动。用于带位能性负载或惯性作用而超速的感应电动机。位能性负载如起重机提升与下放重物这

5、类的负载，不论运动方向如何，重力作用总是向下的，重力转矩的方向也总是不变的。当电动机被位能性负载或惯性作用驱动转子转速超过同步转速时，感应电动机即成为发电机运行，此时电机的有功电流和电磁转矩改变方向，从而制止转速的进一步增加，起到了制动作用。其机械特性如图5所示。图中P点为发电机运行时的工作点。回馈制动常用于起重机下放重物时的制动。感应电动机变极调速中由少极数变为多极数，或变频调速中由高频调为低频时，由于同步转速突然下降很多，使转子转速高于同步转速，此时感应电动机也处于回馈制动状态。图5感应电动机回馈制动机械特性软起动器这种软起动器不仅能实现交流电动机软起动(见交流电动机软起动)，还能实现交流

6、电动机软停车、软制动。软停车改变了常规关机时停止供电由机械阻力矩使电动机停车的方法，而是使电动机的工作电压由额定电压逐步减少到零。在软停车的控制中，晶闸管导通角。逐步改变使电动机的工作电压逐步降低，直至电动机停机。图6为软停车的电压特性曲线。图6软停车的电压特性曲线。从图6中可以看出，软停车的电压变化率是可以任意设定的，如曲线l或2，也就是说停机的时间可以根据负载的特性和电动机工作情况加以调整。这种软停车适用于水泵类负载的停机控制。因为拖动水泵类负载的电动机若突然断电而停止工作，会由于水流的巨大惯量而产生水击，容易造成水泵的损坏。在软制动的控制中，一般可采用能耗制动技术，即制动时除停止供给电动

7、机交流电源外，同时给电动机定 子绕组通入直流电，由此产生的制动转矩使电动机快速停车。图7 为软制动主回路原理图。 软制动时，将原来用于软起动时工作的晶闸管 VTIVT6只保留VTI和VT6继续工作，其余则关断，另外还打开续流晶闸管VT7。为避免制动时的冲 击，晶闸管VTI、VT6和VT7的导通角应逐渐变化，其变化速率可以进行调整。 在这种软制动的控制中，电动机的转速由额定转速能快速而平稳地减速至停机，或减速至一定转速(如10%nN)时，发出控制信号使机械抱闸动作，达到准确停车的目的。图8为软制动的转速特性曲线。在软制动过程中，其制动控制电流的变化率是可调的，也就是制动时间是可调的。这种软制动适

8、用于设备要求精确定位制动控制的场合。在软制动的控制中，除采用能耗制动技术的控制方案外，为增大电动机的制动转矩，以及使电动机在制动时三相绕组发热均匀，还可采用反接制动技术的控制方案以及其他控制策略。第14章  他励直流电动机的机械特性原理简述    电动机的机械特性是指电动机的转速n与转矩T的关系n=f(T)。机械特性是电动机机械性能的主要表现，它与负载的机械特性，运动方程式相联系，将决定拖动系统稳定运行及过渡过程的工作情况。    机械特性中的是电磁转矩，它与电动机轴上的输出转矩是不同的，其间差一空载转矩，即 &#

9、160;  在一般情况下，因为空载转矩相比或很小，所以在一般的工程计算中可以略去，即    在电机学中已知直流电动机的机械特性方程式为    式中为电枢回路总电阻，包括及电枢回路串联电阻，为理想空载转速记为，记为，为机械特性的斜率。    当， ，电枢回路没有串电阻时的机械特性称为直流电动机的固有机械特性。当改变或或电枢回路串电阻时，其机械特性的或将相应变化，此时称为直流电动机的人为机械特性。    若不计电枢反应的影响，当电动机正向运行时，其机械特性是一条横跨I、

10、II、IV象限的直线。其中第I象限为电动机运行状态，其特点是电磁转矩的方向与旋转方向（转速的方向）相同，第II、IV象限为制动运行状态。电动机在制动状态运行，是产生一个与转向相反的阻力矩，以使电机拖动系统迅速停车或限制转速的升高。制动状态转矩的方向与转速的方向相反，此时电动机从输出轴上吸收机械能并转化为电能反馈回电网或消耗在电阻中。第III象限为反向电动运行。    制动运行的方式分为能耗制动、反接制动和回馈制动。1能耗制动    能耗制动的接线图如图14-1所示，其机械特性为一过原点的直线，如图 14-2 所示。图14-1 能耗制动

11、接线原理图       图14-2  能耗制动的机械特性    如果负载为反抗性负载，闸刀合向制动方向，电动机的运行点由A点变到B点，产生制动转矩使拖动系统很快停车，T和n的变化在机械特性的第II象限B0段，这一段称之为能耗制动过程。    若是位能性负载，转速由B点变到0点后，负载转矩，将拖动电动机反向转动，最后稳定在特性曲线的C点运行，制动转矩限制了转速的进一步增加，此种运行状态称为能耗制动运行。    电动机电枢回路串的

12、电阻值不同，机械特性的斜率不同，运行点B、C不同。选择不同的阻值，可以得到不同的初始制动转矩。    能耗制动中，系统中的动能全部转换为电能消耗在电枢回路的电阻上。    能耗制动是一个转速连续变化的动态过程，为了测取曲线上的点，本实验采取将电动机同轴连接的发电机作为电动机拖动被试电动机转动，维持在某一转速时即可测出该转速和对应的电枢电流值。由于，而不变，则转矩和电枢电流成正比，所以和机械特性成比例关系。    本次实验只做能耗制动过程（第II象限） 2反接制动    反接制

13、动分为电压反接制动和电势反接制动两种。    （1）电压反接制动    电压反接制动的接线图如图14-3所示    闸刀合在上方为正向电动运行，合在下方，电枢回路串入电阻为电压反接制动。反接后不变，反向，反向，所以反向。在机械特性上，反接瞬间，运行点变到B，转矩为负，产生制动作用，转速逐渐降低为零，运行点变到C点，此时应立即拉开闸刀，否则电动机有可能反向转动。整个过程如图14-4所示。图14-3 电压反接制动的接线原理图 图14-4  电压反接制动的机械特性   

14、（2）电势反接制动    接线仍为电动机正向运行，负载为位能性负载。电动机正向运行时，电枢回路串入电阻，运行点由A点变到B点，然后随着转速的下降，经过C点转速为零，由于负载的作用，电动机将反向转动，最后在电动机的机械特性和负载的机械特性交于第IV象限的D点稳定运行，如图14-5所示。 图14-5  电势反接制动的机械特性    本实验中要做的是电势反接制动。用另一台直流电动机拖动被试电动机反向旋转，模拟位能性负载的作用。同样也是测取转速和电枢电流，因为，不变，则转矩和电枢电流成正比，以模拟与其成正比的机械特性。 3 

15、; 回馈制动（或称再生制动）回馈制动分为正向回馈制动和反向回馈制动两种。     （1）正向回馈制动    电动机在正向运行时，由于负载或电枢电压降低等原因，使得转速高于时，电动机，这时电动机向电网回馈能量，运行在第II象限机械特性BC，见图14-6所示，因为转向为正，所以称为正向回馈。图14-6   正向回馈的机械特性    本次实验中做的是正向回馈。由另一台直流电动机拖动被试直流电动机，使其转速高于，测取转速和电枢电流。因为，不变，则转矩和电枢电流成正比，以模拟与其成正比的机械特性

16、。    （2）反向回馈制动    反向回馈是在带动位能性负载的情况下发生的。电动机按反转接线，如图14-3所示。电动机在正向运行的状态，闸刀合向反接制动方向，运行点到B点，电动机经过反接制动过程，转速为零，运行点到C点，再反向起动，当转速为负，最后在位能性负载的带动下，直到，稳定在E点运行。整个变化过程如图14-7所示。     在E点，由于，所以，负载具有的动能转化为电能回馈到电网，同时由于转向为负，所以称为反向回馈。实验十四  他励直流电动机的机械特性实验一、实验目的  

17、;  了解直流电动机各种运转状态时的机械特性。二、实验内容    1求取电动机电动及正向回馈制动时的机械特性曲线。    2求取电动机电动及电势反接制动时的机械特性曲线。    3求取直流电动机不同制动电阻值时的能耗制动曲线。三、实验说明及操作步骤    实验线路如图14-8，图中为被试他励直流电动机，其额定值为：  ，；为直流发电机，作的负载；为涡流测功机，与被试电机、直流发电机同轴相联（虚线所示）。    被试电机与直流发

18、电机用同一直流稳压电源和励磁电源。    直流电压表选用挂件上的电压表，量程为；电流表选用挂件上的电流表，量程为；电流表选用直流电机励磁电源上的励磁电流表；电流表选用挂件上的电流表，量程为；电流表选用直流稳压电源上的电枢电流表。    开关、为挂件上的、。    电阻、及依不同的实验而选不同的值。 图 14-8 直流电机机械特性接线图1电动及正向回馈制动特性    图14-8中，电阻选用挂件上的（接端，即两只电阻串联），电阻选用挂件上的（接端，即两只电阻串联），电阻选用挂件上

19、的，电阻选用挂件上的（实际接线为：端短接，端短接，端引出，即两只串联的再和两只并联的相加）。    操作步骤如下：    （1）将挂箱上红色开关至“ON”位置；挂箱上红色开关至“ON”位置,“”开关合向下方，“转速控制/转矩控制”选择开关合向“转速控制”端；开关合向1-1端，合向2-2端；电阻、及置最大值，置最小值。    （2）合上电源开关（实验台左侧端面），按下“闭合”按钮（左下方绿色按钮），此时红灯灭，绿灯亮。合上直流电机励磁电源开关（红色开关至“ON”位置），再合上直流稳压电源开关（红色开关至“O

20、N”位置），观察励磁电流表读数大小（若无读数，切不可起动电动机），按下可调直流稳压电源上的“复位”（白色）按钮，使电动机起动，然后把调至阻值最小。    （3）调节可调直流稳压电源上的“电压调节”旋钮，使电动机电压，调节电阻使电动机转速，调节电阻及使电动机电枢电流。注意：以上三个量的调节过程是互有影响的，必须互相配合反复调节才可调出。当电动机运行满足、时，此时，即电动机的额定运行点。    （4）保持电动机的、不变，改变及阻值，测取电动机在额定负载至空载范围的电枢电流、转速，共取组数据记录于表14-1中。  表14-1

21、60; 电动状态运行实验数据                                    （5）拆掉开关的2-2短接线，调节电阻，使发电机的空载电压与直流电源电压值相等，并且极性相同，把合向1-1端。    （6）先将调至最小，再将阻值逐渐增加，发电机的转速升高，当电机转速超过其理想空载转速时，电动机则从第I象限进入到第II象限，进入回馈制动状态运

22、行。    （7）继续增加阻值，测取电动机回馈制动状态运行时的、。做到电动机转速不超过转/分。共取组数据记录于表14-2中。   表14-2  回馈制动状态运行实验数据                                 因为，而为常数，则，为简便起见，只要求画特性，见图14-9。2电动及电势反接制动特性    图1

23、4-8中，电阻选用上的，电阻选用上的的滑线电阻（端短接，端引出，即），不用，电阻仍用上的 (接法同上)。    操作步骤如下：    （1）开关合向1-1端，合向2-2端(短接线拆掉)，把发电机电枢二端接线对调即电势反接，电阻置最小值，、置最大值。    （2）起动电动机（同上），测量发电机的空载电压看是否和直流稳压电源电压极性相反，若极性相反可把合向1-1端。将电阻调至阻值为零。    （3）反复调节直流稳压电源电压及电阻、，使、，此时，即电动机的额定运行点。 &

24、#160;  （4）先将调至最大，再将调至最大。    （5）保持电源电压及、值不变，逐渐减小阻值，电机速度将减至零，继续减小阻值，此时电动机进入到电势反接制动状态 (第IV象限)，直至电动机的。测取电机在I、IV象限的、，共取组数据记录于表14-3中。                         

25、60;                                               表14-3 电动及反接制动运行实验数据&

26、#160;                                   为简便起见，画特性曲线，见图14-10。3.能耗制动特性    图14-8中，电阻选用上的，电阻选用上的 (端短接，端引出，即四只电阻串联)，电阻选用上的（接端），选用上的（接法同上）。    操作步骤如下：    （1）把开关合向2-2端，电阻置，电阻置最大值，电阻置最小值, 电阻置 (把两只串联电阻调在零位，把两只并联电阻调在最大即位置)。    （2）开关合向1-1端。起动发电机(此时作电动机用)，调节电源电压，使电压，调节使电动机的（前面已测出）。    （3）将调至最大, 缓慢减小，电流增加，当增加到时，再逐渐增加阻值，使电流减小到最小，在电动机的制动电流减小的过程中测取、,共取组数据记录于表14-4中。表14-4  时能耗制动实验数据