張利團(tuán)

（太原科技大學(xué)運(yùn)城工學(xué)院，山西運(yùn)城044000）

0 引言

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械切斷電源后，由于機(jī)械慣性，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能停止運(yùn)轉(zhuǎn)。而起重機(jī)的吊鉤要求準(zhǔn)確定位，萬(wàn)能銑床的主軸要求迅速停車，升降機(jī)在突然停電后需要安全保護(hù)和準(zhǔn)確定位控制，這些都需要對(duì)拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的制動(dòng)。本文將討論常用的電氣制動(dòng)方法及工作原理。

電氣制動(dòng)特點(diǎn)：

（1）電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速方向n反向；

（2）制動(dòng)不一定都減速。

電氣制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：安全、環(huán)保、簡(jiǎn)便、高效。三相異步電動(dòng)機(jī)電氣制動(dòng)的方法有反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)和回饋制動(dòng)三種。

1 反接制動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)可分為電源反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)，本文重點(diǎn)介紹后者。

1.1 電源反接制動(dòng)

電源反接后，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T反向，對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n來(lái)說(shuō)是制動(dòng)力矩，則轉(zhuǎn)速迅速下降。注意：

（1）當(dāng)轉(zhuǎn)速n→0時(shí)，應(yīng)迅速切斷電源，防止反向啟動(dòng)。（離心式開(kāi)關(guān)）當(dāng)轉(zhuǎn)速n＜100 r/min時(shí)，將自動(dòng)切斷電源。

（2）籠型電機(jī)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(dòng)

重物“倒拉著”電機(jī)勻速運(yùn)行，稱為“倒拉反接制動(dòng)”（圖1）。

圖1 三相異步電動(dòng)機(jī)倒拉反接制動(dòng)

（1）電機(jī)原運(yùn)行于a點(diǎn)，提升重物。

（2）在轉(zhuǎn)子回路中串入較大電阻Rb，轉(zhuǎn)子由于慣性，轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，由a→b，Tb＜TL，由b點(diǎn)開(kāi)始減速。

（3）當(dāng)n=0時(shí)，Tc仍小于TL，則在重力作用下拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，n＜0，T為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài)。

（4）在重力負(fù)載作用下，電動(dòng)機(jī)反向加速，到達(dá)d點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡Td=TL，重物“倒拉”著電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。倒拉反接制動(dòng)可以獲得任意低的轉(zhuǎn)速來(lái)下放重物，安全性好。

下面對(duì)倒拉反接制動(dòng)原理用圖解的方式來(lái)分析。如圖2所示，將倒拉反接制動(dòng)分解為四個(gè)過(guò)程，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)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(wěn)定下放重物。

圖2 倒拉反接制動(dòng)原理分解圖

2 能耗制動(dòng)

能量消耗在轉(zhuǎn)子繞組的電阻上，稱為能耗制動(dòng)。

（1）能耗制動(dòng)方法：斷交通直。

（2）工作原理：斷開(kāi)交流電源，接入直流電源，建立恒定磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子慣性旋轉(zhuǎn)發(fā)電，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。

（3）制動(dòng)過(guò)程：斷開(kāi)交流電源，接入直流電源的瞬間，由于機(jī)械慣性電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，由原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)a點(diǎn)平移至曲線1上的b點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)

此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩Tb方向與nb方向相反，起制動(dòng)作用。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，直至n=0，能耗制動(dòng)結(jié)束。由于串入較大的電阻，曲線3的機(jī)械特性變軟，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩更大，能達(dá)到迅速制動(dòng)的效果。

能耗制動(dòng)特點(diǎn)及應(yīng)用：低速穩(wěn)定下放重物，制動(dòng)平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)停車，較經(jīng)濟(jì)。適用于要求減速平穩(wěn)場(chǎng)合，如反抗性負(fù)載準(zhǔn)確停車及下放重物；電動(dòng)機(jī)容量較大和啟制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合也多用能耗制動(dòng)。

3 回饋制動(dòng)

由于某種原因使得處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)速n大于同步轉(zhuǎn)速n1，電動(dòng)機(jī)過(guò)渡為發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。T與n反向，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電能回饋給電網(wǎng)?；仞佒苿?dòng)分為兩種情況：反向回饋制動(dòng)，如起重機(jī)高速下放重物；正向回饋制動(dòng)，變極、變頻時(shí)，高速→低速檔。

3.1 反向回饋制動(dòng)

反向回饋制動(dòng)可使起重機(jī)實(shí)現(xiàn)高速下放重物的要求。如圖4所示，將正轉(zhuǎn)提升重物狀態(tài)的三相電源反接，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由于慣性來(lái)不及變化，從a′點(diǎn)平移至曲線1上的b′點(diǎn)，在第二象限進(jìn)行反接制動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，在電磁轉(zhuǎn)矩Tc與重力轉(zhuǎn)矩TL的共同作用下，電動(dòng)機(jī)快速反向啟動(dòng)，沿曲線1反向加速，當(dāng)速度等于同步速度-n1時(shí)，由于重力作用，電機(jī)繼續(xù)加速，進(jìn)入第四象限的反向回饋制動(dòng)過(guò)程。到達(dá)a點(diǎn)時(shí)，Ta=TL，電機(jī)勻速高速下放重物，處于穩(wěn)定的反向回饋制動(dòng)狀態(tài)。反向回饋制動(dòng)下放重物時(shí)，轉(zhuǎn)子所串電阻越大，下放速度越快。

圖4 三相異步電動(dòng)機(jī)反向回饋制動(dòng)

下面來(lái)看一下反向回饋制動(dòng)的圖解過(guò)程，如圖5所示。同樣地，將反向回饋制動(dòng)過(guò)程分解成四步，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)小圖：

a）正轉(zhuǎn)提升，T正，n正。

b）電源反接，T反，n減，直至n=0。

c）越過(guò)0點(diǎn)，反向啟動(dòng)，T反，n反，T+TL共同作用，n反向加速運(yùn)行，直至n=-n1。

d）電磁轉(zhuǎn)矩T的正向效應(yīng)趨于零，開(kāi)始變?yōu)榉聪蛑苿?dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)過(guò)渡為發(fā)電運(yùn)行，能量回饋給電網(wǎng)。此處，倘若沒(méi)有電動(dòng)機(jī)提供的相對(duì)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T，重物則將成為自由落體運(yùn)動(dòng)。

圖5 反向回饋制動(dòng)原理分解圖

3.2 正向回饋制動(dòng)

電機(jī)處于正轉(zhuǎn)，電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，改變磁極對(duì)數(shù)，P→2P，則轉(zhuǎn)速減少為原來(lái)的一半，n=1/2n，轉(zhuǎn)子慣性旋轉(zhuǎn)，工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移至b點(diǎn)開(kāi)始減速，機(jī)械特性由第1條曲線轉(zhuǎn)為第2條曲線運(yùn)行，如圖6所示。nb＞n1′，進(jìn)入正向回饋制動(dòng)，在Tb與TL的共同作用下，電動(dòng)機(jī)迅速減速，從b點(diǎn)到n1′的降速過(guò)程都是回饋制動(dòng)過(guò)程。速度繼續(xù)下降，n＜n′時(shí)，電機(jī)處于異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，直至T=TL，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖6 三相異步電動(dòng)機(jī)正向回饋制動(dòng)

4 結(jié)語(yǔ)

總之，針對(duì)不同的制動(dòng)需求，分別采取不同的電氣制動(dòng)方法，在實(shí)際生產(chǎn)工作中將產(chǎn)生良好的效果。

[1]許翏.電機(jī)與電氣控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]胡幸鳴.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.