《电气控制与工程实习指南 教学课件 ppt 作者 丁学文 第十章 电动机的制动与反转》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气控制与工程实习指南 教学课件 ppt 作者 丁学文 第十章 电动机的制动与反转（103页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章 电动机的制动与反转,10.1 电磁抱闸,电磁铁,摩擦靴,摩擦轮,弹簧,电动机的制动,当电动机脱离电源后，它会自由停车。自由停车花费的时间长短取决于转动惯量和摩擦力。当需要较快停车时，需要采用某种制动措施。 电动机制动的方法很多，每一种方法都有其优点和缺点。究竟采用何种方法取决于可得到的电源、所使用的电路、能接受的成本和希望达到的结果。 频繁使用的制动要求可靠耐用，偶尔使用的紧急制动较少考虑制动对电动机和负载造成的损害。为了保证人身安全，在特殊情况下可以采用非常规的制动措施。,10.1 摩擦制动（电磁抱闸）,摩擦制动通常有两个摩擦面（摩擦靴或摩擦片）与安装在电动机轴上的摩擦轮接触产生制动
2、力。制动时，弹簧将摩擦靴有弹性的压在摩擦轮上；运行时，靠人力或电磁力将弹簧拉回。 图10-1所示为电磁摩擦制动，当电磁铁释放时，弹簧将摩擦靴有弹性的压在制动轮上，电机迅速制动；当电磁铁得电时，电磁力将摩擦靴拉回，脱离接触，电动机可以自由运转。总把电磁铁连接到电动机的端部，如图10-1下图，不要连接到控制电路，避免不适当的操作电磁铁。,图10-1电磁抱闸,制动转矩的计算,制动转矩的选择以电动机的额定转矩作为参考。电动机的额定转矩按下式计算： 其中，T=转矩，N.m（牛顿米） P=功率，kW（千瓦） n=转速，rpm（转/分） 例如，一台额定转速1450rpm、额定功率7.5kW的异步电动机的额定
3、转矩为 95507.5/1450=49.4N.m。 选择制动转矩大于或等于电动机的额定转矩。下面就可以根据电磁制动器生产商提供的技术数据选择制动器的型号。,摩擦制动的优点和缺点：,摩擦制动的优点是初始投资小，维护简单。 摩擦制动的缺点是摩擦靴需要定期更换，取决于制动使用的频度。 摩擦制动的应用领域：摩擦制动的应用领域包括起重设备、电梯、印刷设备、金属切削机床等。,10.2 反接制动,反接制动是将电动机反接（对于直流电动机颠倒电枢电压的极性，对于三相交流电动机颠倒相序），产生相反方向的转矩，达到制动的目的，其制动来的快。尽管可以使用人力或电磁力完成反接电动机，实用中通常使用速度继电器。 速度继电
4、器的动作与电动机轴的旋转速度有关，利用离心力或电磁感应原理，速度继电器的触点（常开或常闭触点）能够阻止电动机制动到停止后反方向再次启动。,10.2 反接制动,如图10-2所示，速度继电器FK安装在电动机的轴上（与电动机同轴），对转速敏感。当升速超过某一设定门限值时，触点状态发生切换（图10-2中闭合）；当降速低于该门限值时，触点状态又切换回通常状态（图10-2中断开）。这个设定门限值通常比较低（零速检测），远低于额定转速，因而电动机正常运行时不易受干扰误动作。,F,R,R,F,F,启动,停止,FR,图10-2 速度继电器的应用,L2,L1,速度继电器,FK,b),a),10.2 反接制动,正向
5、接触器F和反向接触器R电气互锁。当电动机正常运行时，F得电，R释放，FK处于闭合状态。压下“停止”按钮时，F释放，R得电，电动机反接制动，转速很快下降。当电动机的转速低于设定的门限值时，速度继电器的触点FK断开，电动机脱离电力电源，避免了反向再启动。 当再一次压下“启动”按钮时，电动机又一次正向启动，当转速超过设定的门限值时，FK触点闭合，为下一次反接制动做好了准备。,反接制动的局限性：,并非反接制动适用于一切电动机和所有的应用。一个能够反接制动的电动机必须能够反向电动全速运转。 例如一个单相的屏蔽极电动机不能反向运行，因而也不能反接制动。 所有的三相异步电动机和多数直流电动机能够反接制动。然
6、而，相当大的反接制动电流（超过正常启动电流的三倍）导致电动机发热。由于这个原因，请选用专门为反接制动设计的特殊电动机或者过载倍数大于1.35的电动机。,10.3 直流制动,直流制动顾名思义是：将交流电压从交流电动机定子绕组上断开，施加直流电压到绕组上，产生制动转矩，如图10-3所示。直流制动又称能耗制动，是一个很有效的交流电动机制动方法，没有附加的运动部件，需要的维护工作量很小。 交流电压施加到交流电动机的定子绕组上，产生定子旋转磁场，正是这个定子旋转磁场在转子绕组中感应出交变电流，使得转子也产生同样速度旋转的转子磁场，定转子磁场相互吸引，使转子也旋转起来，这就是交流电动机的工作原理。,10.
7、3 直流制动,直流制动时，定子绕组中施加直流电流，产生的定子磁场静止不动，如图10-4所示。转子由于惯性旋转感应出交流，转子交流产生旋转磁场，相对于转子以同样的速度反方向旋转，相对于定子静止不动。静止不动的转子磁场和静止不动的定子磁场相互作用产生转矩，这个转矩应该是阻止转子旋转，即为制动转矩。只要转子旋转，这个制动转矩就一直存在，于是就平稳和快速地将电动机停下来。,图10-3 交流电动机的直流制动,10.3 直流制动,直流制动的接线如图10-5所示。像大多数直流制动线路一样，直流制动所需的直流电源来自二极管整流桥。三相异步电动机通过磁力启动器连接到三相电力线，电动机的启动与停止用启停按钮控制。
8、一个断电延时时间继电器KT与磁力启动器并联，它的延时常开触点KT用来延时断开制动接触器KM2，维持制动时间不超过设定值。,图10-5 直流制动接线图,启动,停止,KM1,KM2,KT,KM1,KM2,KM1,KT,FR,KM1,KM2,FR,M,L1 L2 L3,KM2,KT,10.3 直流制动,制动接触器KM2与运行接触器KM1电气互锁。压下“启动”按钮，运行接触器KM1线圈得电，同时时间继电器KT线圈得电，触点KM1和KT立即闭合，三相交流电源接通到三相交流电动机，电动机启动运行。 压下“停止“按钮”，KM1失电，将电动机从交流电源断开，；同时KM2得电，将直流电源接通到交流电动机，交流电
9、动机开始直流制动；同时时间继电器KT也断电，开始计时。电动机制动到停止，计时时间到，延时触点KT断开，制动接触器KM2释放，将电动机从直流电源断开，完成一次完整的工作过程。,10.3 直流制动,直流电源变压器有抽头，借此调节直流制动电压（电流），从而调节制动力的大小。运行和制动之间的互锁是至关重要的，除了接触器KM1和KM2之间的电气互锁外，好可以增加机械互锁，两个具有机械互锁的接触器如图10-6所示。另外，“启动”和“停止”按钮也可以使用互锁型。,图10-6 具有机械互锁的双接触器,10.4 发电制动,发电制动将旋转中的电动机连接成发电机，将旋转机械能转变成电能，最后以热能的形式耗散在电阻中
10、，在这个过程中产生制动力矩，达到制动的目的。如图10-7所示。,KM,KM,停止,启动,KM,KM,并励绕组,电阻,直流电机,FR,FR,图10-8 直流电机的发电制动,时间,转速,无制动停车,有制动停车,图10-7 发电制动,10.4 发电制动,10.4.1 直流电动机发电制动,发电制动特别适用于直流电动机。将直流电动机的电枢绕组脱离直流电源，尔后连接到外部负载电阻，一台电动机便成了发电机，速度迅速降低，机械能转变成电能，耗散在外部负载电阻中。对于经常用于拖动起重设备或其它沉重负载的直流电动机来说，制动是必要而困难的，发电制动是一种明智的选择。,10.4.1 直流电动机发电制动,图10-8示
11、出一台并励直流电动机的发电制动接线图。压下停止按钮，接触器KM释放，电枢绕组脱离电源，接到负载电阻，电动机发电，将机械能转变成电能，耗散在电阻中。发电过程中电机受制动力作用，速度很快降低。 随着速度降低，发出的电压也降低，产生的制动电流变小，制动转矩越来越小。实际上不能完全靠发电制动将速度降为零，在停止状态下，不存在保持力矩固定转子不动。 在停止状态下要求有保持力矩的应用中，在大惯性负载的应用中，常常把电磁摩擦制动和发电制动相结合。高速时使用发电制动，低速时使用摩擦制动，制动的既快又延长了制动片的使用寿命。,10.4.2 交流电动机的发电制动,交流异步电动机变频调速运行时，如果频率突然（快速）
12、降低，电动机及其负载由于惯性的原因仍暂时维持原来的转速，此时电动机的转速超过与频率对应的同步转速而运行于发电制动状态，机械能转变成电能，通过逆变器中的二极管反送到中间直流环节，使滤波电容器上的电压升高，超过某一设定的门槛值，VTb管子导通，将发电送回的能量消耗在制动电阻Rb中。这样运行频率迅速降低，电动机迅速发电制动降速。,光电隔离驱动,电流检测,电压检测,电源模块,温度检测,M,R0,S0,Rb,图10-9 通用变频器主电路图,R1,R2,C1+,C2+,VTb,逆变器,整流器,10.4.2 交流电动机的发电制动,无论是直流电动机调速装置或是交流电动机调速装置都可以编程设定停止时间。停止时间
13、大约可以在1秒（可能更短）到几分钟（可能更长）之间选择。然而，为了快速地停车，有必要外加制动电阻。 制动电阻的阻值必须足够的小，以便制动足够的快；制动电阻的瓦数必须足够的大，以免产生过高的温度损坏装置。调速装置的生产商提供的技术说明中有详细的数据表格帮助用户选择电阻，并有配套的产品供订货。需要说明的是：制动电阻短时工作，它的瓦数比连续工作的电阻要小得多。,图10-10 调速装置发电制动外接电阻,10.5 电动机的选择,1. 功 电动机作的“功”等于施加到负载上的“力”和在力的作用下负载对象移动的“距离”的乘积。如果只有力没有移动，所作的“功”等于零。 如图10-11所示。 W=FD 这里，W-
14、功，牛顿米（N.m） F-力,牛顿(N) D-距离,米(m),图10-11 功的计算,10.5 电动机的选择,2. 转矩 转矩是产生旋转的力，等于力与作用半径的乘积。 T=Fr 这里，T-转矩，牛顿米（N.m） F-力，牛顿（N） r-半径，米（m） 如图10-12所示。,在力矩的作用下对象旋转了一个角度，力矩作了功。 W=T 这里，W-功，牛顿米（Nm） T-转矩，牛顿米（Nm） -角度，弧度（无量纲）,图10-12 力矩的计算,10.5 电动机的选择,在力矩T的作用下使对象以角速度旋转，功率P为 P=T 这里，P-功率，瓦（W） T-转矩，牛顿米（N.m） -角速度，弧度/秒（s-1）,1
15、500,750,375,1125,0,转速（rpm）,图10-13 笼形异步电动机的转矩特性,转矩（%）,500,400,300,200,100,启动转矩,最大转矩,额定转矩,一台电动机必须产生足够的转矩，以便驱动和控制负载的运动。电动机的机械特性中有三个转矩最具特点，它们是启动转矩、最大转矩和额定负载、额定转速下的额定转矩，如图10-13所示。,3. 电动机的转矩,3. 电动机的转矩,启动转矩是电动机从静止不动启动时所产生的转矩，所有的电动机都能超过额定转矩运行一个短时间。有很多负载启动时比运行时需要更高的转矩，因此产生足够高的启动转矩是电动机的一个重要的性能指标，通常用额定转矩的百分比表示。 最大转矩是电动机机械特性上的最高点，若负载转矩超过最大转矩，会使电动机失速。一般电动机的额定转矩在最大转矩的二分之一之下，留有足够的安全裕量，避免负
