第26讲三相异步电动机的制动

1、第第26讲讲 三相异步电动机的各种三相异步电动机的各种运行状态运行状态 一、能耗制动一、能耗制动 二、反接制动二、反接制动 三、倒拉反转运行三、倒拉反转运行 四、回馈制动四、回馈制动n1ABC120TTL-n1n31n 正向点动运行正向点动运行反向点动运行反向点动运行 若电磁转矩与转速方向一致，若电磁转矩与转速方向一致，则电动机运行在电动状态；则电动机运行在电动状态； 若两者方向相反，电动机运若两者方向相反，电动机运行在制动状态。行在制动状态。 根据电磁转矩和转速的不同，根据电磁转矩和转速的不同，又分为又分为回馈制动、反接制动、倒回馈制动、反接制动、倒拉反转运行及能耗制动。拉反转运行及能耗制动

2、。1、能耗制动过程：、能耗制动过程：（1）三相异步电动机处于电动状态，如果突然切断电源）三相异步电动机处于电动状态，如果突然切断电源; （2）同时把直流电通入定子绕组，产生空间固定的磁通势；）同时把直流电通入定子绕组，产生空间固定的磁通势；（3）转子因惯性继续旋转，转）转子因惯性继续旋转，转子导体中产生感应电动势和感应子导体中产生感应电动势和感应电流；电流；（4）转子感应电流与恒定磁场）转子感应电流与恒定磁场作用产生电磁转矩，该转矩为制作用产生电磁转矩，该转矩为制动转矩；动转矩； 电磁转矩的方向和转速方电磁转矩的方向和转速方向相反向相反，电动机处于制动运行，电动机处于制动运行状态，因此转速迅速

3、下降，当状态，因此转速迅速下降，当转速下降到零时，转子感应电转速下降到零时，转子感应电动势和感应电流均为零，制动动势和感应电流均为零，制动过程结束。过程结束。 在上述制动过程中，转子在上述制动过程中，转子的动能转化为电能消耗在转子的动能转化为电能消耗在转子回路的电阻中，故称为回路的电阻中，故称为能耗制能耗制动过程动过程。 2、定子等效电流、定子等效电流 异步电动机定子通入直流电流产生的磁通势异步电动机定子通入直流电流产生的磁通势 ，其，其幅值的大小与定子绕组的接法及直流电流幅值的大小与定子绕组的接法及直流电流 有关。有关。=I=F=F 异步电动机能耗制动机械特性表达式的推导比较复异步电动机能耗

4、制动机械特性表达式的推导比较复杂。为了分析方便，用三相交流电流产生的磁通势杂。为了分析方便，用三相交流电流产生的磁通势 代代替直流磁通势替直流磁通势 ，等效条件如下：，等效条件如下：（1）保持磁通势幅值不变；）保持磁通势幅值不变；（2）保持磁通势与转子之间相对转速不变，）保持磁通势与转子之间相对转速不变，0-n=-n。 如图当直流电流从定子绕组的如图当直流电流从定子绕组的A进进B出，电动机定子绕组出，电动机定子绕组Y接，则接，则A相和相和B相绕组产生的磁通势相等，相差相绕组产生的磁通势相等，相差60，则合，则合成磁通势为：成磁通势为：114 124 132dp1ABdp1N kFFIpN kF

5、Ip 把直流磁通势把直流磁通势 等效为由三相交流电流产生，每相交等效为由三相交流电流产生，每相交流电流的有效值为流电流的有效值为I1，则交流磁通势的幅值为：，则交流磁通势的幅值为：=F等效原则为：等效原则为：11113 424 1232223dp1dp1N kN kIIIIpp 于是得到：于是得到：14 132dp1N kFIp 3、转差率及等效电路、转差率及等效电路 磁通势磁通势 与转子相对转速为（与转子相对转速为（-n），而磁通势），而磁通势 的的转速即同步转速转速即同步转速 n1=60f1/p，能耗制动的转差率用，能耗制动的转差率用 表示，表示，则：则： 1nn 2212EEff 转子绕

6、组感应电动势的大小及频率为：转子绕组感应电动势的大小及频率为：例如：转子转速例如：转子转速n=0， ； n=n1时，时， n=-n1时，时， 其中，其中，E2是磁通势与转子相对转速为是磁通势与转子相对转速为-n1，即，即n=-n1时转时转子绕组的电动势。子绕组的电动势。200,E 21221,ff EE 21221,ff EE 把转子绕组相数、匝数、绕把转子绕组相数、匝数、绕组系数及转子电路的频率都折合组系数及转子电路的频率都折合到定子边后，三相异步电动机能到定子边后，三相异步电动机能耗制动的等效电路图如图所示。耗制动的等效电路图如图所示。4、能耗制动的机械特性、能耗制动的机械特性 能耗制动时

7、，忽略电动机铁损耗。根据等效电路画出定子电能耗制动时，忽略电动机铁损耗。根据等效电路画出定子电流、励磁电流以及转子电流之间的相量图为：流、励磁电流以及转子电流之间的相量图为：它们之间的关系为：它们之间的关系为：忽略铁损耗后，则有：忽略铁损耗后，则有：另外，有：另外，有：2212020222202022902cos()sinIIII IIII I 2212222202mmmmEEI ZIRIXXXXX 222222sinRRX 把上面公式联合求解得：把上面公式联合求解得：电磁转矩为：电磁转矩为： 22122222mmI XIRXX 222222121122233mMm()RRII XPTRXX

8、能耗制动的机械特性通过坐标原点，图中曲线能耗制动的机械特性通过坐标原点，图中曲线1和曲线和曲线2具有相同的转子电阻，但具有相同的转子电阻，但2比比1具有较大的直流励磁电流；具有较大的直流励磁电流；1和和3具有相同的直流励磁电流，但具有相同的直流励磁电流，但3比比1具有较大的转子电阻。具有较大的转子电阻。222222121122233mMm()RRII XPTRXX 由图可见，转子电阻较小时由图可见，转子电阻较小时（曲线（曲线1），初始制动转矩比较小。），初始制动转矩比较小。对于笼型异步电动机，为了增大初对于笼型异步电动机，为了增大初始制动转矩，就必须增大励磁电流始制动转矩，就必须增大励磁电流（

9、曲线（曲线2）。对绕线转子异步电动机，）。对绕线转子异步电动机，可以采用转子串电阻的方法来增大可以采用转子串电阻的方法来增大初始制动转矩（曲线初始制动转矩（曲线3）。）。 三相异步电动机拖动反抗性负载运行时，采用能耗制动，三相异步电动机拖动反抗性负载运行时，采用能耗制动，电动机的运行点从电动机的运行点从AB0，最后准确停在，最后准确停在n=0处。如果负载为处。如果负载为位能性恒转矩负载，需要在转速等于零时切断直流电源，且及位能性恒转矩负载，需要在转速等于零时切断直流电源，且及时用机械抱闸将电动机轴刹住，才能保证及时停车。时用机械抱闸将电动机轴刹住，才能保证及时停车。 能耗制动时，既要有较大的能

10、耗制动时，既要有较大的制动转矩，又要电流不致过大，制动转矩，又要电流不致过大，因此对鼠笼式异步电机取：因此对鼠笼式异步电机取：对绕线式异步电动机取：对绕线式异步电动机取：04 5( - )II n1Tn012CABTL1TL2-TL1能耗制动能耗制动过程过程能耗制动能耗制动运行运行02 3( - )II 2223(0. -0.4)NsNERI 概念概念: 处于正向电动运行的三相处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机，当改变三绕线式异步电动机，当改变三相电源的相序时，同时在转子相电源的相序时，同时在转子回路中串入三相对称电阻电动回路中串入三相对称电阻电动机便进入了反接制动过程。机便进入了反接制动

11、过程。过程：过程：电动机电动运行时，电动机电动运行时，K2闭合，闭合，K1断开，断开， K2断开断开，K1闭合闭合，则改变了电源相序。，则改变了电源相序。 改变相序后，定子旋转磁场的方向由改变相序后，定子旋转磁场的方向由原来逆时针变为顺时针，电磁转矩方向随原来逆时针变为顺时针，电磁转矩方向随之改变，变为制动性质，其机械特性曲线之改变，变为制动性质，其机械特性曲线变为曲线变为曲线2。 定子两相反接瞬间，定子两相反接瞬间，n来不及变化，来不及变化，工作点由工作点由A变为变为B，系统在制动转矩和负，系统在制动转矩和负载转矩共同作用下迅速减速，工作点沿载转矩共同作用下迅速减速，工作点沿曲线曲线2移动，

12、到达移动，到达C点，制动结束。点，制动结束。 若为绕线式电机，在定子两相反接的同时，还在转子回路中串制动电若为绕线式电机，在定子两相反接的同时，还在转子回路中串制动电阻，此时对应机械特性为曲线阻，此时对应机械特性为曲线3，制动过程为，制动过程为B/C/段。段。 如果制动的目的只是为了快速停车，如果制动的目的只是为了快速停车，则在转速接近零时，应立即切断电源。则在转速接近零时，应立即切断电源。否则工作点将进入第三象限，此时，如否则工作点将进入第三象限，此时，如果为反抗性负载，且在果为反抗性负载，且在C(C/)点的电磁转点的电磁转矩大于负载转矩，则系统将反向启动并矩大于负载转矩，则系统将反向启动并

13、加速到加速到D(D/)点，处于反向电动状态稳定点，处于反向电动状态稳定运行。运行。 若为拖动位能性负载，则电动机在若为拖动位能性负载，则电动机在位能负载拖动下，将一直反向加速到第位能负载拖动下，将一直反向加速到第四象限的四象限的E(E/)点处于稳定运行。此时，点处于稳定运行。此时，电动机的转速高于同步转速，电磁转矩电动机的转速高于同步转速，电磁转矩与转向相反，这称为回馈制动状态。与转向相反，这称为回馈制动状态。 反接制动过程中，电源为负序，反接制动过程中，电源为负序，n0，s1，转子回路总电，转子回路总电阻折合值为阻折合值为 ，机械功率为：，机械功率为：说明在反接制动过程中，负载向电说明在反接

14、制动过程中，负载向电动机输入机械功率。而电磁功率为：动机输入机械功率。而电磁功率为：转子回路铜损耗为：转子回路铜损耗为： 从上面公式可以看出，转子回路中消耗了从上面公式可以看出，转子回路中消耗了从电源输入的电磁功率以及由负载输送的从电源输入的电磁功率以及由负载输送的机械功率，数值较大，因此在转子回路必机械功率，数值较大，因此在转子回路必须串入较大电阻。须串入较大电阻。2R 222130msPIRs 22230MRPIs 2223Cu2MmMmpI RPPPPn1ABC120TTL-n1n反向反向制动过程制动过程-TL 从转子回路串电阻反接制动的机从转子回路串电阻反接制动的机械特性来看为了使整个

15、制动过程都保械特性来看为了使整个制动过程都保持较大的电磁转矩，可以采用转子回持较大的电磁转矩，可以采用转子回路串入较大电阻并分级切除的方法。路串入较大电阻并分级切除的方法。 n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向反向启动启动例题例题8-4 这种反接制动适用于绕线转子异步电动机拖动位能性负载的情况，这种反接制动适用于绕线转子异步电动机拖动位能性负载的情况，能够使重物获得稳定的下方速度。如起重机能够使重物获得稳定的下方速度。如起重机 其原理图和机械特性如图所示。其原理图和机械特性如图所示。电动机原来工作在固有特性曲线的电动机原来工作在固有特性曲线的A点，转子回路串入电阻点，转子回路

16、串入电阻RB时，特时，特性曲线变为性曲线变为2。串入电阻瞬间，。串入电阻瞬间，n来来不及变化，工作点由不及变化，工作点由A到到B，电动，电动机转矩机转矩TB小于位能负载转矩小于位能负载转矩TL，减速提升，工作点沿曲线减速提升，工作点沿曲线2由由B移移动至动至C。该过程中，电机运行在电。该过程中，电机运行在电动状态。动状态。 当到达当到达C点时，转速降点时，转速降至零，对应的电磁转矩至零，对应的电磁转矩TC仍仍小于负载转矩小于负载转矩TL，重物将倒，重物将倒拉电动机的转子反向旋转，拉电动机的转子反向旋转，并加速到并加速到D点，此时，点，此时，TD=TL，拖动系统将以转速拖动系统将以转速nD稳定下

17、稳定下方重物。该过程中负载转矩方重物。该过程中负载转矩称为拖动转矩，拉着电动机称为拖动转矩，拉着电动机反转，而电磁转矩起制动作反转，而电磁转矩起制动作用。用。 电磁转矩等于负载转矩，在此点稳定运行。在电磁转矩等于负载转矩，在此点稳定运行。在db段，电机转段，电机转速为速为-n，因此转差率为，因此转差率为由此可见，由此可见，s1时反接制动的特点。时反接制动的特点。11111()nnnnsnn 机械功率为机械功率为2m22ad13()0sPIRRs 电磁功率为电磁功率为22em230adRRPIs 机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功

18、率为正说明电机从电源输入电功率，并轴定子向转子传递功率。正说明电机从电源输入电功率，并轴定子向转子传递功率。 而转子铜耗而转子铜耗2222adMmM3()CumpIRRPPPP 表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，反接制动的递给转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，反接制动的能量损耗较大。能量损耗较大。回馈制动状态回馈制动状态实际上就是将轴上实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。异步发电机状态。实现：实现：电动机转子在外力作用下

19、，电动机转子在外力作用下， 使使nn1。 对于位能性负载在反相序反接制动时，对于位能性负载在反相序反接制动时，若不及切断电源，电动机反向起动最若不及切断电源，电动机反向起动最后转速超过同步转速后转速超过同步转速-n1，在第四象限，在第四象限内稳定高速下放重物，此时电磁转矩内稳定高速下放重物，此时电磁转矩的方向和转速方向相反，进入反向回的方向和转速方向相反，进入反向回馈制动状态，如图中的从馈制动状态，如图中的从AB C D E，最后稳定在最后稳定在E点。点。 n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向反向启动启动 在回馈制动过程中始终有在回馈制动过程中始终有nn1，回馈制动的转差率为：，回馈制动的转差率为： 电动机的电磁功率：电动机的电磁功率： 电动机的机械功率：电动机的机械功率： 由电磁功率小于零，机械功率小于零可知，电动机处于回馈由电磁功率小于零，机械功率小于零可知，电动机处于回馈制动时，负载向电动机输送功率，电磁功率不是由定子向转子制动时，负载向电动机输送功率，电磁功率不是由定子向转子输送，而是由转子向定子输送。电动机转子电流的有功分量为：输送，而是由转子向定子输送。电动机转子电流的有功分量为： 11110()nnnnsnn 22M230adRRPIs 2m2ad13()0sPI