三相異步電動機制動簡析

張利團

（太原科技大學運城工學院，山西運城044000）

0 引言

在實際生產過程中，當生產機械切斷電源后，由于機械慣性，三相異步電動機的轉子需經過一段時間才能停止運轉。而起重機的吊鉤要求準確定位，萬能銑床的主軸要求迅速停車，升降機在突然停電后需要安全保護和準確定位控制，這些都需要對拖動的電動機進行有效的制動。本文將討論常用的電氣制動方法及工作原理。

電氣制動特點：

（1）電磁轉矩T與轉速方向n反向；

（2）制動不一定都減速。

電氣制動的優點：安全、環保、簡便、高效。三相異步電動機電氣制動的方法有反接制動、能耗制動和回饋制動三種。

1 反接制動

三相異步電動機的反接制動可分為電源反接制動和倒拉反接制動，本文重點介紹后者。

1.1 電源反接制動

電源反接后，產生的電磁轉矩T反向，對轉子轉速n來說是制動力矩，則轉速迅速下降。注意：

（1）當轉速n→0時，應迅速切斷電源，防止反向啟動。（離心式開關）當轉速n＜100 r/min時，將自動切斷電源。

（2）籠型電機只能在定子繞組上串電阻，故不可頻繁使用。

1.2 倒拉反接制動

重物“倒拉著”電機勻速運行，稱為“倒拉反接制動”（圖1）。

圖1 三相異步電動機倒拉反接制動

（1）電機原運行于a點，提升重物。

（2）在轉子回路中串入較大電阻Rb，轉子由于慣性，轉速來不及變化，由a→b，Tb＜TL，由b點開始減速。

（3）當n=0時，Tc仍小于TL，則在重力作用下拖動電動機反向旋轉，n＜0，T為制動轉矩，電動機進入反接制動狀態。

（4）在重力負載作用下，電動機反向加速，到達d點時，轉矩達到新的平衡Td=TL，重物“倒拉”著電機穩定運行。倒拉反接制動可以獲得任意低的轉速來下放重物，安全性好。

下面對倒拉反接制動原理用圖解的方式來分析。如圖2所示，將倒拉反接制動分解為四個過程，分別對應四個小圖：

a）Ta=TL，T正，n正，勻速上升。

b）Tb＜TL，T正，n減，減速上升，直至n=0。

c）Tc＜TL，T反，n反，反向加速，下放重物。

d）Td=TL，T反，n反，勻速下降，穩定下放重物。

圖2 倒拉反接制動原理分解圖

2 能耗制動

能量消耗在轉子繞組的電阻上，稱為能耗制動。

（1）能耗制動方法：斷交通直。

（2）工作原理：斷開交流電源，接入直流電源，建立恒定磁場，轉子慣性旋轉發電，將動能轉換為電能。

（3）制動過程：斷開交流電源，接入直流電源的瞬間，由于機械慣性電動機轉速來不及變化，由原運動狀態a點平移至曲線1上的b點，如圖3所示。

圖3 三相異步電動機能耗制動

此時的電磁轉矩Tb方向與nb方向相反，起制動作用。電動機轉速迅速下降，直至n=0，能耗制動結束。由于串入較大的電阻，曲線3的機械特性變軟，制動轉矩更大，能達到迅速制動的效果。

能耗制動特點及應用：低速穩定下放重物，制動平穩，可實現精準停車，較經濟。適用于要求減速平穩場合，如反抗性負載準確停車及下放重物；電動機容量較大和啟制動頻繁的場合也多用能耗制動。

3 回饋制動

由于某種原因使得處于電動運行狀態的異步電機轉速n大于同步轉速n1，電動機過渡為發電運行狀態。T與n反向，為制動轉矩，電能回饋給電網。回饋制動分為兩種情況：反向回饋制動，如起重機高速下放重物；正向回饋制動，變極、變頻時，高速→低速檔。

3.1 反向回饋制動

反向回饋制動可使起重機實現高速下放重物的要求。如圖4所示，將正轉提升重物狀態的三相電源反接，轉子轉速由于慣性來不及變化，從a′點平移至曲線1上的b′點，在第二象限進行反接制動，當轉速為零時，在電磁轉矩Tc與重力轉矩TL的共同作用下，電動機快速反向啟動，沿曲線1反向加速，當速度等于同步速度-n1時，由于重力作用，電機繼續加速，進入第四象限的反向回饋制動過程。到達a點時，Ta=TL，電機勻速高速下放重物，處于穩定的反向回饋制動狀態。反向回饋制動下放重物時，轉子所串電阻越大，下放速度越快。

圖4 三相異步電動機反向回饋制動

下面來看一下反向回饋制動的圖解過程，如圖5所示。同樣地，將反向回饋制動過程分解成四步，分別對應四個小圖：

a）正轉提升，T正，n正。

b）電源反接，T反，n減，直至n=0。

c）越過0點，反向啟動，T反，n反，T+TL共同作用，n反向加速運行，直至n=-n1。

d）電磁轉矩T的正向效應趨于零，開始變為反向制動轉矩。電動機過渡為發電運行，能量回饋給電網。此處，倘若沒有電動機提供的相對制動轉矩T，重物則將成為自由落體運動。

圖5 反向回饋制動原理分解圖

3.2 正向回饋制動

電機處于正轉，電動運行狀態時，改變磁極對數，P→2P，則轉速減少為原來的一半，n=1/2n，轉子慣性旋轉，工作點由a點平移至b點開始減速，機械特性由第1條曲線轉為第2條曲線運行，如圖6所示。nb＞n1′，進入正向回饋制動，在Tb與TL的共同作用下，電動機迅速減速，從b點到n1′的降速過程都是回饋制動過程。速度繼續下降，n＜n′時，電機處于異步電動機運行狀態，直至T=TL，電機穩定運行。

圖6 三相異步電動機正向回饋制動

4 結語

總之，針對不同的制動需求，分別采取不同的電氣制動方法，在實際生產工作中將產生良好的效果。

[1]許翏.電機與電氣控制技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]胡幸鳴.電機及拖動基礎[M].北京：機械工業出版社，1999.