项目单元13 三相笼形异步电动机的能耗制动控制线路安装,13.1训练目标 1．熟悉时间继电器的结构、原理及使用方法 2．掌握能耗制动控制线路原理 3．学会三相笼形异步电动机的能耗制动控制线路安装 13.2实训设备和器件 任务所需的实训设备和元件见表13-1表13-1三相异步电动机能耗制动控制的实训设备和元件明细表,13.3 相关知识,项目学习情境1 能耗制动控制电路 所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压，即通入直流电流，以产生静止磁场，利用转子的机械能产生的感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的根据能耗制动的时间原则，可用时间继电器进行控制，也可根据能耗制动的速度原则，用速度继电器进行控制下面分别进行介绍 1．按时间原则控制的单向运行的能耗制动控制线路 图13-1为时间原则进行能耗制动控制电路图中KM1为单向运行接触器，KM2为能耗制动接触器，KT为时间继电器，T为整流变压器，VC为桥式整流电路 电路工作情况：合上电源开关QS，按下正转起动按钮SB2，KM1通电并自锁，电动机正常运行若要停机，按下停止按钮SB1，KM1断电，电动机定子脱离三相电源，同时KM2通电并自锁，将二相定子接入直流电源进行能耗制动，在KM2通电同时KT也通电。
电动机在能耗制动作用下转速迅速下降，当接近零时，KT延时时间到，其延时触点动作，使KM2、KT相继断电，制动过程结束 该电路中，将KT瞬动触点与KM2自锁触点串接，是考虑时间继电器断线、松脱或机械卡住致使触点不动作，不至于使KM2长期通电，造成电动机定子长期通入直流电源图13-1 时间原则能耗制动控制电路,,2．按速度原则控制的可逆运行的能耗制动控制线路 图13-2为速度原则控制的可逆运行的能耗制动控制线路图中KM1、KM2为正反转接触器，KM3为制动接触器，KV为速度继电器 电路工作情况：合上电源开关QS，根据需要可按下正转或反转起动按钮SB2或SB3，相应接触器KM1或KM2通电并自锁，电动机正常运转此时速度继电器相应触点KV1或KV2闭合，为停车时接通KM3，实现能耗制动做准备 停车时，按下停止按钮SB1，电动机定子绕组脱离三相交流电源，同时KM3通电，电动机接入直流电源进行能耗制动，转速迅速下降到100r/min时，速度继电器KV1或KV2触点断开，此时KM3断电，能耗制动结束，以后电动机自然停车 3．无变压器单管能耗制动控制线路 前面介绍的能耗制动均为带变压器的单相桥式整流电路，其制动效果好。
对于功率较大的电动机应采用三相整流电路，但所需设备多，成本高对于10kW以下的电动机，在制动要求不高时，可采用无变压器单管能耗制动控制线路，这样设备简单、体积小、成本低图13-3为无变压器单管能耗制动控制线路，其工作原理读者可自行分析 以上分析可知，能耗制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动电流小得多，但能耗制动效果不及反接制动明显，同时需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂，通常能耗制动适用于电动机容量较大和起动、制动频繁的场合图13-2 速度原则可逆运行能耗制动控制线路图 13-3 单管能耗制动控制线路,,,项目学习情境2 直流电动机的制动控制线路,与交流电动机相似，直流电动机的电气控动方法有能耗制动、反接制动和再生发电制动等几种方法 1．能耗制动控制线路 能耗制动，在电动机具有较高转速时，切断其电枢电源而保持其励磁为额定状态不变，这时电动机因惯性而继续旋转，成为直流发电机如果用一个电阻R使电枢回路成为闭路，则在此回路中产生电流和制动力矩，使拖动系统的动能转化为电能并在转子回路的电阻中以发热型式消耗掉，故此种制动方式称为能耗制动由于能耗制动较为平稳，故在机床的直流拖动中应用较为广泛。
图13-4为直流电动机单向运行串两级电阻起动，停车采用能耗制动的控制电路图中KM1为电源接触器，KM2、KM3为起动接触器，KM4为制动接触器，KA1为过电流继电器，KA2为欠电流继电器，KA3为电压继电器，KT1、KT2为时间继电器 电路工作情况：电动机起动工作情况与图8-3相同，停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电，切断电枢直流电源此时电动机因惯性，仍以较高的速度运转，电枢两端仍有一定电压，并联在电枢两端的KA3经自锁触点仍保持通电，使KM4通电，将电阻R4并接在电枢两端，电动机实现能耗制动，转速急剧下降，电枢电动势也随着下降，当降至一定值时，KA3释放，KM4断电，电动机能耗制动结束图13-4 单向运行能耗制动控制电路,2．反接制动控制线路 反接制动是在保持励为额定状态不变，而将反极性的电源接到电枢绕组上，从而产生制动力矩，迫使电动机迅速停止的一种制动方法与异步电动机相同，在反接制动时，要注意以下两点：其一是要限制过大的制动电流，其二是要防止电动机反向再起动，其方法也与异步电动机相类似，采用限流电阻及采用速度继电器检测速度信号 图13-5所示为他励直流电动机反接制动控制原理图。
反接制动时，突然断开正转接触器KM1主触头，并闭合反转接触器KM2主触头，于是直流电源便反接电枢两端，于此同时，在电枢电路中接入外加制动电阻RZ，这是为了防止反接电流过大图中虚线箭头表示电动机处于电动状态时的电枢电流I和电磁转矩M的方向，实线箭头表示反接制动时的电枢电流I和制动转矩MZ的方向 反接制动时，电枢电流的方向发生了变化，转矩M也因之反向，然而电动机因惯性原因，转速方向未变，于是M与n反向，成为制动力矩，使电动机处于制动状态制动时的电枢电流值由电枢电压与反电动势之和建立的，因此数值较大，为使制动时的电枢电流在允许值以内，反接制动串入的制动电阻RZ要比能耗制动串入的制动电阻值几乎大一倍 反接制动的优点是制动力矩大，制动快缺点是制动准确性差（准确性由速度继电器确定）、制动过程冲击强烈，易损坏传动零件此外，反接制动时，电动机既吸取机械能又吸取电源电能，并将这两部分能量消耗于电枢绕组的电阻RM和外加制动电阻RZ上，因此，能量消耗较大、不经济，所以，反接制动一般适用于不经常起动与制动的场合图13-5 他励直流电动机反接制动控制原理图,,项目学习情境3 三相笼形异步电动机的转速控制线路,1．双速电动机定子绕组的联接 图13-6为4/2极的双速异步电动机定子绕组接线示意图，图（a）将电动机定子绕组的U1、V1、W1三个接线端接三相交流电源，而将电动机定子绕组U2、V2、W2三个接线端悬空，三相定子绕组接成三角形，这样每相绕组中的①、②线圈串联，电流方向如图（a）中虚线箭头所示，电动机以四极运行为低速。
若将电动机定子绕组的U2、V2、W2三个接线端接三相交流电源，而将另外三个接线端U1、V1、W1连在一起，则原来三相定子绕组中的三角形接线立即变为双星形接线，此时每相绕组中的①、②线圈相互并联，电动机便以两极起动高速运行 2．双速感应电动机按钮控制的调速电路 图13-7为双速电动机按钮控制电路图中KM1为△联接接触器，KM2、KM3为双Y联接接触器，SB2为低速按钮，SB3为高速按钮，HL1、HL2分别为低、高速指示灯 电路工作情况:合上电源形状，按下起动按钮SB2，KM1通电并自锁，电动机作△联接，实现低速运行，HL1亮，需要高速运行时，按下SB3，KM2、KM3通电并自锁，电动机接成双Y联接实现高速运行，HL2亮 由于电路采用了SB2、SB3的机械互锁和接触器的电气互锁,能够实现低速运行直接转换为高速，或由高速直接转换为低速，无需再操作停止按钮图13-7 双速电动机按钮控制电路,,,图13-6 双速异步电动机定子绕组接线示意图,3．双速感应电动机手动变速和自动变速的控制电路 图13-8为双速电动机手动调速和自动加速控制电路与图13-7相比，引入了一个自动加速与手动变速选择开关SA，时间继电器KT、电源指示灯HL1、低速指示灯HL2、高速指示灯HL3。
当选择手动变速时，将开关SA扳在M位置时间继电器KT电路切除，电路工作情况与图10-3相同当需要自动加速工作时，将SA扳在A位位置按下SB2，KM1通电并自锁，同时KT相继通电并自锁，电动机按△联接低速起动运行，当KT延时常闭触点打开、延时常开触点闭合时，KM1断电，而KM2、KM3 电并自锁，电动机便由低速自动转换为高速运行，实现了自动控制 当SA置于M位置，仅按下低速起动按钮SB2则可使电动机只作三角形接法的低速运行 时间继电器KT自锁触头作用是在KM1线圈断电后，KT仍保持通电，直至已进入高速运行即KM2、KM3线圈通电后，KT才断电，一方面使控制电路可靠工作；另一方面使KT只在换接过程中短时通电，减少KT线圈的能耗图13-8 双速电动机手动调速和自动加速控制电路,,项目学习情境4 变频调速控制电路,随着控制技术和电力电子技术的发展，变频器的使用越来越广泛一是由于变频调速性能好，二是变频器的价格有了大幅度下降 1．变频调速的基本概念 由电机原理n1=60f1/P可知，改变电源频率f1可改变电动机同步转速异步电动机采用变频进行调速时，为了避免电动机磁饱和，要控制电动机磁通，同时抑制启动电流，这就需要根据电动机的特性对供电电压、电流、频率进行适当的控制，使电动机产生必需的转矩。
变频器的控制方式可分为两种，即开环控制和闭环控制开环控制有V/F控制方式，闭环控制有矢量控制等方式 （1）V/F控制异步电动机的转速由电源频率和极对数决定，所以改变频率，电动机就可以调速运转但是频率改变时电动机内部阻抗业改变仅改变频率，将会产生由弱励磁引起的转矩不足或由过励磁引起的磁饱和现象，使电动机功率因数和效率显著下降 V/F控制是这样一种控制方式，即改变效率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，在较广泛的范围内调速运转时，电动机的功率因数和效率不下降这就是控制电压与频率之比，所以称V/F控制 （2）矢量控制我们知道直流电动机的电枢电流控制方式，使直流电动机构成的传统系统的调速和控制性能非常优良矢量控制按照直流电动机电枢电流控制思想，在交流异步电动机上实现该控制方法，并且达到与直流电动机具有相同的控制性能矢量控制方式将供给异步电动机的定子电流从理论上分为两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流）该磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当在直流电机中，利用整流子和电刷机械换向，使两者保持垂直，并且可分别供电对异步电动机来说，其定子电流在电动机内部，利用电磁感应作用，可在电气上分解为磁场电流和垂直的转矩电流。
矢量控制就是根据上述原理，将定子电流分解成磁场电流和转矩电流，任意进行控制两者合成后，决定定子电流大小，然后供给异步电动机 矢量控制方式使交流异步电动机具有与直流电动机相同的控制性能目前采用这种控制方式的变频器已广泛用于生产实际中 （3）各种控制方式的变频器特性比较 ① V/F控制变频器的特点 它是最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良 与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在10左右的调速范围内使用 急加速、减速或负载过大时，仰制过电流能力有限 不能精密控制电动机实际速度，不适合于同步运转场合 ② 矢量控制变频器的特点 需要使用电动机参数，一般用做专用变频器 调速范围在1∶100以上 速度响应性极高适合于急加速、减速运转和连续4象限运转，能使用任何场合4）变频器的操作和显示一台变频器应有可供用户方便操作的操作器和显示变频器运行状况及参数设定的显示器用户通过操作器对变频器进行设定及运行方式的控制通用变频器的操作方式一般有三种，即数字操作器、元城操作器和端子操作方式变频器的操作指令可以由此三处发出 ① 数字操作器和数字显示器新型变频器几乎均采用数字控制，使数字操作器可以对变频器进行设定操作。
如设定电动机的运行频率、运转方式、V/F类型、加减速时间等数字操作。