三相異步電動機的制動方式比較

穆素祥

（山西陽煤集團職工教育培訓中心，山西 陽泉 045000）

三相異步電動機的制動方式比較

穆素祥

（山西陽煤集團職工教育培訓中心，山西 陽泉 045000）

三相異步電動機的應用最為廣泛，當其停轉或由高速進入低速時，需要制動。三相異步電動機的制動分為機械制動和電氣制動兩種；電氣制動分為能耗制動、反接制動、回饋制動三種。分析三相異步電動機制動方式的優缺點對實際應用中選擇合適的制動方式很有指導意義。

異步電動機；制動方式；特性分析

三相異步電動機的應用最為廣泛，當其停轉或由高速進入低速時，需要制動。制動的本質是：在其轉軸上施加一個與其旋轉方向相反的力矩，使其停轉或從高速降至低速；所以，制動也稱強行減速。為了獲得良好的制動性能，滿足制動要求，需要采用不同的制動方式。三相異步電動機的制動方式分為：機械制動和電氣制動兩種。

1 機械制動

采用機械制動的電磁抱閘的優點是：停車準確，不受中途斷電或電氣故障的影響。制動力矩在一定范圍內可以克服任何外加力矩。例如提升重物時，由于抱閘的作用力，可使重物停留在需要高度，這是電氣制動所不能達到的。缺點是：制動時間越短，對設備的沖擊越大；電動機的軸伸端需裝機械制動裝置，這對某些空間位置較緊湊的生產機械會有一定困難。機械制動方式一般用在起重卷揚機等設備上。

2 電氣制動

電氣制動又稱電磁制動，原理是使電動機產生與其旋轉方向相反的電磁轉矩，以阻止電動機的旋轉。

2.1 能耗制動方式

能耗制動方式是將電動機的定子繞組從交流電源斷開后，立即通入直流電流制動，使其系統原來儲存的機械能將轉化為電能消耗在轉子電阻上，因此稱為能耗制動。制動時的機械特性曲線，見圖1。

圖1

曲線1是轉子不串電阻制動時的固有機械特性；曲線2是增大直流電流時的機械特性；曲線3是增大轉子電阻時的機械特性。由圖1知，外加直流電壓或電流越大，初始制動轉矩越大，制動時間越短。對籠型異步電動機，為增大初始制動轉矩，要增大直流電流；但不能過大，以免造成電動機過熱。對繞線型異步電動機，可用增加轉子電阻來增大初始制動轉矩。

制動過程分析：制動前，電動機運行在固有機械特性曲線的A點；制動瞬間，由于轉速不能突變，由A點平移到曲線1的B點；制動轉矩作用下的電動機開始減速，工作點沿曲線1變化，直到n=0，Tem=0。如果拖動的是反抗性負載，則電動機停轉，實現了快速停車。如果拖動的是位能性負載，當轉速降為零時，若要停車，必須立即輔以機械制動；否則，電動機將在位能性負載轉矩的作用下反轉，直到進入第四象限的C點（Tem=TL）為止，重物將保持勻速下降狀態。

因此，能耗制動的優點是：操作簡便，能使反抗性負載準確停車，制動平穩，制動也較經濟。缺點是：制動至轉速較低時，制動轉矩較小，制動時間較長，制動效果不太理想。

2.2 反接制動方式

2.2.1 電源反接制動方式

電源反接制動方是將交流電源三相中的任意兩相對調（改變電源相序），使旋轉磁場方向與轉子轉動方向相反，起到制動作用。制動時的機械特性曲線，見圖2。

圖2

曲線1是電動機電動狀態時的固有機械特性；曲線2是電源反接制動時的機械特性；曲線3是繞線型異步電動機轉子串入制動電阻時的機械特性。

制動過程分析：制動前，電動機運行在固有機械特性曲線的A點；制動瞬間，由于電動機的轉速不能突變，工作點由曲線1的A點平移到曲線2的B點；工作點沿曲線2移動，當到達C點時n=0，制動結束。若要停機，應立即切斷電源；否則，電動機將反向旋轉。對繞線型異步電動機，為限制制動電流，增大制動轉矩，通常在定子兩相反接的同時，在轉子繞組中串接制動電阻。據此，電源反接制動方式適用于要求正反轉運行的系統，一般適用于反抗性負載。

2.2.2 倒拉反接制動方式

倒拉反接制動也稱轉速反向反接制動。當電動機提升位能性負載時，如果電樞回路串入較大電阻，就會出現拖動力矩小于負載力矩的情況，這時會在負載作用下，使電機轉向改變、電動勢反向，直至達到新的力矩平衡點。制動時的機械特性曲線，見圖3。曲線1是電動機電動狀態時的固有機械特性曲線；曲線2是轉子回路串入電阻時的曲線。

圖3 倒拉反接制動特性曲線

制動過程分析：當串入電阻的瞬間，因轉速不能突變，工作點由A點平移到B點，并沿曲線2運行，當到達C點時n=0，對應的電磁轉矩TC仍小于負載轉矩TL。這時，電動機在提升重物的倒拉下開始反向旋轉，并加速至D點，重物將勻速下放，在C點到D點這一區間，轉速n＜0，與定子旋轉磁場轉向相反，電磁轉矩成了制動轉矩，負載轉矩成為驅動轉矩，拉著電動機反向旋轉，故稱倒拉反接制動。

這種制動方式只適用于繞線型異步電動機拖動位能性負載的情況，（例如，起重機低速下放重物），能使重物獲得穩定的下放速度。所述兩種反接制動的共同點是：轉差率s＞1，優點是制動迅速、制動時間短；缺點是制動時能耗大，經濟性較差。

2.3 回饋制動

回饋制動是在電動機轉向不變的條件下，使轉子轉速大于同步轉速，實際上是異步電動機變為異步發電機，也稱再生發電制動。

2.3.1 正向回饋制動

正向回饋制動方式是異步電動機采用變極或變頻調速中的制動。

制動時的機械特性曲線，見圖4。

圖4 正向回饋制動特性曲線

制動過程分析：制動前，電動機的工作在曲線1的A點；當電動機采用變極或變頻調速時，特性變為曲線2，同步轉速變為n1'；在變極或變頻瞬間，由于轉速不能突變，工作點由A點平移到B點。這時轉速nB＞0，且 nB＞n1'，電磁轉矩 TB＜0；所以電動機處于制動狀態。由B點到n1'點變化過程就是回饋制動狀態，從n1'點到C點的變化過程為電動狀態的減速過程，C點是調速后的穩定工作點。由于回饋制動中，機械特性是第一象限正向電動機狀態曲線在第二象限的延伸，故稱正向回饋制動。這種制動適用于籠型異步電動機采用變頻或變極調速的場合。

2.3.2 反向回饋制動方式

反向回饋制動是改變定子電源相序在下放重物時采用的制動方式。制動時的機械特性曲線，見圖5。

圖5 反向回饋制動特性曲線

制動過程分析：A點是電動機提升重物時的工作點；定子兩相反接瞬間，工作點由A平移到B；電動機經過反接制動過程（工作點從B到C），和反向電動機加速過程（工作點從C到-n1）；最后在位能性負載作用下反向加速并超過同步轉速，直到D點保持穩定運行（勻速下放重物）。由-n1（反向同步轉速點）到D點的過程就是回饋制動過程?；仞佒苿又?，n＜0，Tem與n反向，機械特性曲線是第三象限反向電動狀態曲線在第四象限的延伸，故稱反向回饋制動。

制動的優點是：這種電動機轉子的轉速高于同步轉速，即n＞n1，向電網回饋電能，經濟性較好；缺點是：給電網帶來了一定的污染。

3 結束語

綜上所述，電氣制動方式的共同特點是：在保持原來磁場大小和方向不變的情況下，只改變電樞電流的方向，或轉速的方向，以獲得電磁制動轉矩。為了滿足不同負載的運行要求，電動機需要采取不同的制動方式。經對三相異步電動機的不同制動方式（機械特性曲線和優缺點）的分析可知：實際使用中，要按負載情況和使用場所選擇合適的制動方式，才可保證電動機的安全可靠運行。

[1]周鶴良.電氣工程師手冊[M].北京：中國電力出版社.2008.

[2]伍斌.電力拖動與控制[M].徐州：中國礦業大學出版社.2000.

[3]趙君有，張愛軍，王東瑞.電機與拖動基礎[M].北京：中國水利水電出版社.2007.

Brakingmodes'Comparison of Three-phase Asychronousmotor

MU Su-xiang
(Employee Education and Training Center,Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi045000)

Three- phase asynchronous motor is the most widely used. When it halts or turns from highspeed to low speed, braking is needed. There are two braking modes of the asynchronous motor: mechanicaland electrical braking. Electrical braking has three modes: energy consumption braking, plug braking, andfeedback braking. The comparison analysis of those brakings is very significant for the type selection inpractice.

asynchronous motor; braking; characteristics analysis

T D 322

A

2011-10-20

穆素祥（1971—），女，山西平定人，本科，工程師，研究方向為電機應用。

劉新光