第26講 三相異步電動機的制動

1、第第26講講 三相異步電動機的各種三相異步電動機的各種運行狀態(tài)運行狀態(tài) 一、能耗制動一、能耗制動 二、反接制動二、反接制動 三、倒拉反轉(zhuǎn)運行三、倒拉反轉(zhuǎn)運行 四、回饋制動四、回饋制動n1ABC120TTL-n1n31n 正向點動運行正向點動運行反向點動運行反向點動運行 若電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向一致，若電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向一致，則電動機運行在電動狀態(tài)；則電動機運行在電動狀態(tài)； 若兩者方向相反，電動機運若兩者方向相反，電動機運行在制動狀態(tài)。行在制動狀態(tài)。 根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同，又分為又分為回饋制動、反接制動、倒回饋制動、反接制動、倒拉反轉(zhuǎn)運行及能耗制動。拉反轉(zhuǎn)運行及能耗制動

2、。1、能耗制動過程：、能耗制動過程：（1）三相異步電動機處于電動狀態(tài)，如果突然切斷電源）三相異步電動機處于電動狀態(tài)，如果突然切斷電源; （2）同時把直流電通入定子繞組，產(chǎn)生空間固定的磁通勢；）同時把直流電通入定子繞組，產(chǎn)生空間固定的磁通勢；（3）轉(zhuǎn)子因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)子因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流；電流；（4）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與恒定磁場）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與恒定磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩為制作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩；動轉(zhuǎn)矩； 電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)速方電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)速方向相反向相反，電動機處于制動運行，電動機處于制動運行狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)速迅速

3、下降，當(dāng)狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到零時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電轉(zhuǎn)速下降到零時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流均為零，制動動勢和感應(yīng)電流均為零，制動過程結(jié)束。過程結(jié)束。 在上述制動過程中，轉(zhuǎn)子在上述制動過程中，轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)化為電能消耗在轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)化為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻中，故稱為回路的電阻中，故稱為能耗制能耗制動過程動過程。 2、定子等效電流、定子等效電流 異步電動機定子通入直流電流產(chǎn)生的磁通勢異步電動機定子通入直流電流產(chǎn)生的磁通勢 ，其，其幅值的大小與定子繞組的接法及直流電流幅值的大小與定子繞組的接法及直流電流 有關(guān)。有關(guān)。=I=F=F 異步電動機能耗制動機械特性表達式的推導(dǎo)比較復(fù)異步電動機能耗

4、制動機械特性表達式的推導(dǎo)比較復(fù)雜。為了分析方便，用三相交流電流產(chǎn)生的磁通勢雜。為了分析方便，用三相交流電流產(chǎn)生的磁通勢 代代替直流磁通勢替直流磁通勢 ，等效條件如下：，等效條件如下：（1）保持磁通勢幅值不變；）保持磁通勢幅值不變；（2）保持磁通勢與轉(zhuǎn)子之間相對轉(zhuǎn)速不變，）保持磁通勢與轉(zhuǎn)子之間相對轉(zhuǎn)速不變，0-n=-n。 如圖當(dāng)直流電流從定子繞組的如圖當(dāng)直流電流從定子繞組的A進進B出，電動機定子繞組出，電動機定子繞組Y接，則接，則A相和相和B相繞組產(chǎn)生的磁通勢相等，相差相繞組產(chǎn)生的磁通勢相等，相差60，則合，則合成磁通勢為：成磁通勢為：114 124 132dp1ABdp1N kFFIpN kF

5、Ip 把直流磁通勢把直流磁通勢 等效為由三相交流電流產(chǎn)生，每相交等效為由三相交流電流產(chǎn)生，每相交流電流的有效值為流電流的有效值為I1，則交流磁通勢的幅值為：，則交流磁通勢的幅值為：=F等效原則為：等效原則為：11113 424 1232223dp1dp1N kN kIIIIpp 于是得到：于是得到：14 132dp1N kFIp 3、轉(zhuǎn)差率及等效電路、轉(zhuǎn)差率及等效電路 磁通勢磁通勢 與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速為（與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速為（-n），而磁通勢），而磁通勢 的的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速 n1=60f1/p，能耗制動的轉(zhuǎn)差率用，能耗制動的轉(zhuǎn)差率用 表示，表示，則：則： 1nn 2212EEff 轉(zhuǎn)子繞

6、組感應(yīng)電動勢的大小及頻率為：轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的大小及頻率為：例如：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速例如：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0， ； n=n1時，時， n=-n1時，時， 其中，其中，E2是磁通勢與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速為是磁通勢與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速為-n1，即，即n=-n1時轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子繞組的電動勢。子繞組的電動勢。200,E 21221,ff EE 21221,ff EE 把轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)、匝數(shù)、繞把轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)及轉(zhuǎn)子電路的頻率都折合組系數(shù)及轉(zhuǎn)子電路的頻率都折合到定子邊后，三相異步電動機能到定子邊后，三相異步電動機能耗制動的等效電路圖如圖所示。耗制動的等效電路圖如圖所示。4、能耗制動的機械特性、能耗制動的機械特性 能耗制動時

7、，忽略電動機鐵損耗。根據(jù)等效電路畫出定子電能耗制動時，忽略電動機鐵損耗。根據(jù)等效電路畫出定子電流、勵磁電流以及轉(zhuǎn)子電流之間的相量圖為：流、勵磁電流以及轉(zhuǎn)子電流之間的相量圖為：它們之間的關(guān)系為：它們之間的關(guān)系為：忽略鐵損耗后，則有：忽略鐵損耗后，則有：另外，有：另外，有：2212020222202022902cos()sinIIII IIII I 2212222202mmmmEEI ZIRIXXXXX 222222sinRRX 把上面公式聯(lián)合求解得：把上面公式聯(lián)合求解得：電磁轉(zhuǎn)矩為：電磁轉(zhuǎn)矩為： 22122222mmI XIRXX 222222121122233mMm()RRII XPTRXX

8、能耗制動的機械特性通過坐標原點，圖中曲線能耗制動的機械特性通過坐標原點，圖中曲線1和曲線和曲線2具有相同的轉(zhuǎn)子電阻，但具有相同的轉(zhuǎn)子電阻，但2比比1具有較大的直流勵磁電流；具有較大的直流勵磁電流；1和和3具有相同的直流勵磁電流，但具有相同的直流勵磁電流，但3比比1具有較大的轉(zhuǎn)子電阻。具有較大的轉(zhuǎn)子電阻。222222121122233mMm()RRII XPTRXX 由圖可見，轉(zhuǎn)子電阻較小時由圖可見，轉(zhuǎn)子電阻較小時（曲線（曲線1），初始制動轉(zhuǎn)矩比較小。），初始制動轉(zhuǎn)矩比較小。對于籠型異步電動機，為了增大初對于籠型異步電動機，為了增大初始制動轉(zhuǎn)矩，就必須增大勵磁電流始制動轉(zhuǎn)矩，就必須增大勵磁電流（

9、曲線（曲線2）。對繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，）。對繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，可以采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法來增大可以采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法來增大初始制動轉(zhuǎn)矩（曲線初始制動轉(zhuǎn)矩（曲線3）。）。 三相異步電動機拖動反抗性負載運行時，采用能耗制動，三相異步電動機拖動反抗性負載運行時，采用能耗制動，電動機的運行點從電動機的運行點從AB0，最后準確停在，最后準確停在n=0處。如果負載為處。如果負載為位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，需要在轉(zhuǎn)速等于零時切斷直流電源，且及位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，需要在轉(zhuǎn)速等于零時切斷直流電源，且及時用機械抱閘將電動機軸剎住，才能保證及時停車。時用機械抱閘將電動機軸剎住，才能保證及時停車。 能耗制動時，既要有較大的能

10、耗制動時，既要有較大的制動轉(zhuǎn)矩，又要電流不致過大，制動轉(zhuǎn)矩，又要電流不致過大，因此對鼠籠式異步電機取：因此對鼠籠式異步電機?。簩@線式異步電動機?。簩@線式異步電動機?。?4 5( - )II n1Tn012CABTL1TL2-TL1能耗制動能耗制動過程過程能耗制動能耗制動運行運行02 3( - )II 2223(0. -0.4)NsNERI 概念概念: 處于正向電動運行的三相處于正向電動運行的三相繞線式異步電動機，當(dāng)改變?nèi)@線式異步電動機，當(dāng)改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r，同時在轉(zhuǎn)子相電源的相序時，同時在轉(zhuǎn)子回路中串入三相對稱電阻電動回路中串入三相對稱電阻電動機便進入了反接制動過程。機便進入了反接制動

11、過程。過程：過程：電動機電動運行時，電動機電動運行時，K2閉合，閉合，K1斷開，斷開， K2斷開斷開，K1閉合閉合，則改變了電源相序。，則改變了電源相序。 改變相序后，定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向由改變相序后，定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向由原來逆時針變?yōu)轫槙r針，電磁轉(zhuǎn)矩方向隨原來逆時針變?yōu)轫槙r針，電磁轉(zhuǎn)矩方向隨之改變，變?yōu)橹苿有再|(zhì)，其機械特性曲線之改變，變?yōu)橹苿有再|(zhì)，其機械特性曲線變?yōu)榍€變?yōu)榍€2。 定子兩相反接瞬間，定子兩相反接瞬間，n來不及變化，來不及變化，工作點由工作點由A變?yōu)樽優(yōu)锽，系統(tǒng)在制動轉(zhuǎn)矩和負，系統(tǒng)在制動轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩共同作用下迅速減速，工作點沿載轉(zhuǎn)矩共同作用下迅速減速，工作點沿曲線曲線2移動，

12、到達移動，到達C點，制動結(jié)束。點，制動結(jié)束。 若為繞線式電機，在定子兩相反接的同時，還在轉(zhuǎn)子回路中串制動電若為繞線式電機，在定子兩相反接的同時，還在轉(zhuǎn)子回路中串制動電阻，此時對應(yīng)機械特性為曲線阻，此時對應(yīng)機械特性為曲線3，制動過程為，制動過程為B/C/段。段。 如果制動的目的只是為了快速停車，如果制動的目的只是為了快速停車，則在轉(zhuǎn)速接近零時，應(yīng)立即切斷電源。則在轉(zhuǎn)速接近零時，應(yīng)立即切斷電源。否則工作點將進入第三象限，此時，如否則工作點將進入第三象限，此時，如果為反抗性負載，且在果為反抗性負載，且在C(C/)點的電磁轉(zhuǎn)點的電磁轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩，則系統(tǒng)將反向啟動并矩大于負載轉(zhuǎn)矩，則系統(tǒng)將反向啟動并

13、加速到加速到D(D/)點，處于反向電動狀態(tài)穩(wěn)定點，處于反向電動狀態(tài)穩(wěn)定運行。運行。 若為拖動位能性負載，則電動機在若為拖動位能性負載，則電動機在位能負載拖動下，將一直反向加速到第位能負載拖動下，將一直反向加速到第四象限的四象限的E(E/)點處于穩(wěn)定運行。此時，點處于穩(wěn)定運行。此時，電動機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩電動機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，這稱為回饋制動狀態(tài)。與轉(zhuǎn)向相反，這稱為回饋制動狀態(tài)。 反接制動過程中，電源為負序，反接制動過程中，電源為負序，n0，s1，轉(zhuǎn)子回路總電，轉(zhuǎn)子回路總電阻折合值為阻折合值為 ，機械功率為：，機械功率為：說明在反接制動過程中，負載向電說明在反接

14、制動過程中，負載向電動機輸入機械功率。而電磁功率為：動機輸入機械功率。而電磁功率為：轉(zhuǎn)子回路銅損耗為：轉(zhuǎn)子回路銅損耗為： 從上面公式可以看出，轉(zhuǎn)子回路中消耗了從上面公式可以看出，轉(zhuǎn)子回路中消耗了從電源輸入的電磁功率以及由負載輸送的從電源輸入的電磁功率以及由負載輸送的機械功率，數(shù)值較大，因此在轉(zhuǎn)子回路必機械功率，數(shù)值較大，因此在轉(zhuǎn)子回路必須串入較大電阻。須串入較大電阻。2R 222130msPIRs 22230MRPIs 2223Cu2MmMmpI RPPPPn1ABC120TTL-n1n反向反向制動過程制動過程-TL 從轉(zhuǎn)子回路串電阻反接制動的機從轉(zhuǎn)子回路串電阻反接制動的機械特性來看為了使整個

15、制動過程都保械特性來看為了使整個制動過程都保持較大的電磁轉(zhuǎn)矩，可以采用轉(zhuǎn)子回持較大的電磁轉(zhuǎn)矩，可以采用轉(zhuǎn)子回路串入較大電阻并分級切除的方法。路串入較大電阻并分級切除的方法。 n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向反向啟動啟動例題例題8-4 這種反接制動適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機拖動位能性負載的情況，這種反接制動適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機拖動位能性負載的情況，能夠使重物獲得穩(wěn)定的下方速度。如起重機能夠使重物獲得穩(wěn)定的下方速度。如起重機 其原理圖和機械特性如圖所示。其原理圖和機械特性如圖所示。電動機原來工作在固有特性曲線的電動機原來工作在固有特性曲線的A點，轉(zhuǎn)子回路串入電阻點，轉(zhuǎn)子回路

16、串入電阻RB時，特時，特性曲線變?yōu)樾郧€變?yōu)?。串入電阻瞬間，。串入電阻瞬間，n來來不及變化，工作點由不及變化，工作點由A到到B，電動，電動機轉(zhuǎn)矩機轉(zhuǎn)矩TB小于位能負載轉(zhuǎn)矩小于位能負載轉(zhuǎn)矩TL，減速提升，工作點沿曲線減速提升，工作點沿曲線2由由B移移動至動至C。該過程中，電機運行在電。該過程中，電機運行在電動狀態(tài)。動狀態(tài)。 當(dāng)?shù)竭_當(dāng)?shù)竭_C點時，轉(zhuǎn)速降點時，轉(zhuǎn)速降至零，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩至零，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩TC仍仍小于負載轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩TL，重物將倒，重物將倒拉電動機的轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)，拉電動機的轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)，并加速到并加速到D點，此時，點，此時，TD=TL，拖動系統(tǒng)將以轉(zhuǎn)速拖動系統(tǒng)將以轉(zhuǎn)速nD穩(wěn)定下

17、穩(wěn)定下方重物。該過程中負載轉(zhuǎn)矩方重物。該過程中負載轉(zhuǎn)矩稱為拖動轉(zhuǎn)矩，拉著電動機稱為拖動轉(zhuǎn)矩，拉著電動機反轉(zhuǎn)，而電磁轉(zhuǎn)矩起制動作反轉(zhuǎn)，而電磁轉(zhuǎn)矩起制動作用。用。 電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩，在此點穩(wěn)定運行。在電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩，在此點穩(wěn)定運行。在db段，電機轉(zhuǎn)段，電機轉(zhuǎn)速為速為-n，因此轉(zhuǎn)差率為，因此轉(zhuǎn)差率為由此可見，由此可見，s1時反接制動的特點。時反接制動的特點。11111()nnnnsnn 機械功率為機械功率為2m22ad13()0sPIRRs 電磁功率為電磁功率為22em230adRRPIs 機械功率為負，說明電機從軸上輸入機械功率；電磁功率為機械功率為負，說明電機從軸上輸入機械功率；電磁功

18、率為正說明電機從電源輸入電功率，并軸定子向轉(zhuǎn)子傳遞功率。正說明電機從電源輸入電功率，并軸定子向轉(zhuǎn)子傳遞功率。 而轉(zhuǎn)子銅耗而轉(zhuǎn)子銅耗2222adMmM3()CumpIRRPPPP 表明，軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變成電功率后，連同定子傳表明，軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變成電功率后，連同定子傳遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，反接制動的遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，反接制動的能量損耗較大。能量損耗較大?；仞佒苿訝顟B(tài)回饋制動狀態(tài)實際上就是將軸上實際上就是將軸上的機械能轉(zhuǎn)變成電能并回饋到電網(wǎng)的的機械能轉(zhuǎn)變成電能并回饋到電網(wǎng)的異步發(fā)電機狀態(tài)。異步發(fā)電機狀態(tài)。實現(xiàn)：實現(xiàn)：電動機轉(zhuǎn)子在外力作用下

19、，電動機轉(zhuǎn)子在外力作用下， 使使nn1。 對于位能性負載在反相序反接制動時，對于位能性負載在反相序反接制動時，若不及切斷電源，電動機反向起動最若不及切斷電源，電動機反向起動最后轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速后轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速-n1，在第四象限，在第四象限內(nèi)穩(wěn)定高速下放重物，此時電磁轉(zhuǎn)矩內(nèi)穩(wěn)定高速下放重物，此時電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)速方向相反，進入反向回的方向和轉(zhuǎn)速方向相反，進入反向回饋制動狀態(tài)，如圖中的從饋制動狀態(tài)，如圖中的從AB C D E，最后穩(wěn)定在最后穩(wěn)定在E點。點。 n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向反向啟動啟動 在回饋制動過程中始終有在回饋制動過程中始終有nn1，回饋制動的轉(zhuǎn)差率為：，回饋制動的轉(zhuǎn)差率為： 電動機的電磁功率：電動機的電磁功率： 電動機的機械功率：電動機的機械功率： 由電磁功率小于零，機械功率小于零可知，電動機處于回饋由電磁功率小于零，機械功率小于零可知，電動機處于回饋制動時，負載向電動機輸送功率，電磁功率不是由定子向轉(zhuǎn)子制動時，負載向電動機輸送功率，電磁功率不是由定子向轉(zhuǎn)子輸送，而是由轉(zhuǎn)子向定子輸送。電動機轉(zhuǎn)子電流的有功分量為：輸送，而是由轉(zhuǎn)子向定子輸送。電動機轉(zhuǎn)子電流的有功分量為： 11110()nnnnsnn 22M230adRRPIs 2m2ad13()0sPI