任务三 三相异步电动机制动控制电路的分析与调试

一、任务内容

在生产过程中，很多设备都要求能实现立即停车。一是为了提高生产效率，实现加工产品快速换装。二是为了安全生产需要，在发生设备故障或影响人身安全时能快速停车，将损失降到最低。但由于机械惯性，生产设备往往从切除电源到停止转动，需经过一段降速时间，不能满足电动机快速停车的要求，因此需要对生产设备进行制动。大部分的生产设备都是由电动机驱动的，因此，对设备的制动也就是对电动机的制动。下面将对几种常用的电动机制动控制电路进行分析并按照控制电路完成电路接线与调试。

二、任务分析

制动方法分为机械制动和电气制动两大类。机械制动采用机械抱闸、液压制动器等机械装置实现。电气制动实质上是在电动机切断电源时产生一个与转子运转方向相反的制动转矩，迫使电动机迅速降速。电气制动常用的有反接制动和能耗制动两种控制电路。

2.9 机械抱闸制动

三、任务实施

1.三相异步电动机反接制动控制电路分析

反接制动通过改变异步电动机定子绕组中三相电源的相序，从而产生一个与转子惯性转动方向相反的制动转矩，实现制动。

反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度接近2倍同步转速，所以定子绕组中会产生很大的反接制动电流，形成电流冲击。为了减小冲击电流，需在电动机主电路中串接电阻限制反接制动电流。

图2-11是单向反接制动控制电路。起动时，按下SB2，KM1线圈得电，并通过KM1常开辅助触点自锁，主电路中KM1主触点闭合，电动机正转起动升速，当升速至接近速度继电器KS的额定动作速度120r/min时，控制电路中的KS常开触点闭合。之后当按下SB1，KM1线圈失电、KM2线圈因所在支路中的SB1常开触点的闭合而得电。主电路中KM1主触点断开、KM2主触点闭合，导致L1、L3中电流反接至W、U两相定子绕组中，改变了定子绕组中三相电源的相序，从而产生出一个与电动机正向转动惯性矩相反的制动转矩，使电动机快速降速。

图2-11 单向反接制动控制电路

2.10 电动机电压反接制动

当电动机转子转速低于100r/min时，KM2线圈因所在支路中的KS常开触点的断开而失电，惯性转矩消失，电动机停转。

上述过程用电器元件动作顺序表示为：

注：▽表示使某电器元件不能得电提供保障。

相关知识点——速度继电器

速度继电器是用来反映转速与转向变化的继电器。它可以按照被控电动机转速的大小使控制电路接通或断开。速度继电器通常与接触器配合，实现对电动机的反接制动。图2-12为速度继电器的结构示意图。

速度继电器的转轴和电动机的轴通过联轴器相连，当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，定子内的绕组便切割磁力线，产生感应电动势，而后产生感应电流，此电流与转子磁场作用产生转矩，使定子开始转动。电动机转速达到某一值时，产生的转矩能使定子转到一定角度并使摆杆推动常闭触点动作；当电动机转速低于某一值或停转时，定子产生的转矩会减小或消失，触点在弹簧的作用下复位。

速度继电器有两组触点（每组各有一对常开触点和常闭触点），可分别控制电动机正、反转的反接制动。常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型，一般速度继电器的动作速度为120r/min，触点的复位速度值为100r/min。在连续工作制中，能可靠地工作在1000～3600r/min，允许操作频率每小时不超过30次。

速度继电器的图形符号及文字符号如图2-13所示。

图2-12 JY1型速度继电器结构示意图

1—转轴 2—转子

3—定子 4—绕组

5—胶木摆杆 6—动触点

7—静触点

图2-13 速度继电器图形符号和文字符号

a）转子 b）常开触点 c）常闭触点

2.11 速度继电器

2.三相异步电动机反接制动控制电路调试

（1）选择电器元件和导线 根据图2-11所示电动机反接制动控制电路原理图，以给定的三相异步电动机的额定功率、额定电压和额定电流为主要参数，依据项目一中讲述的各类常用低压电器元件的选用依据并结合工程经验合理选择所需的电器元件。

（2）安装电器元件 按图样的要求，正确使用安装工具，将电器元件固定在配电板上。电器元件的安装以图2-14所示的布置图为依据，用安装工具将相应电器元件固定在网孔板上。安装电器元件时，要检查熔断器、交流接触器、热继电器、速度继电器、起停按钮有无损坏，操作按钮和接触器触点动作是否灵活可靠。

（3）连接电路 电路接线应严格按照接线工艺规则，根据图2-11的控制原理图，分主电路和控制电路两部分来连接。主电路接线时，应确保接触器KM1、KM2在接入电动机绕组时有两相相序交换，实现电动机反接制动。在控制电路接线时，要确保接触器KM1、KM2的常闭辅助触点互相串接在对方电路中，实现电气互锁。

图2-14 电动机反接制动电器元件布置图

（4）通电调试 在完成任务一中讲述的电压确认、线路检查后，就可接通电源进行调试。按下启动按钮SB2，待电动机转速稳定后，按下停止按钮SB1然后松开，注意观察接触器KM2的触点是否动作，电动机的转速是否快速下降且在短时间内停止。如果不是，有可能是速度继电器损坏，不能正常工作，或者接线时选错了速度继电器的触点，应换接速度继电器另一组触点。

在调试过程中，如电动机转速较低或不转，且有“嗡嗡”杂声，则有可能电动机发生缺相，应立即切断电源并仔细排查故障。在调试过程中，如有闻到异味或听到异响的情况，则应立即切断电源，排查、分析故障并消除。

拓展知识点——三相异步电动机能耗制动控制电路

所谓能耗制动，就是在电动机切断三相交流电源的同时，在定子绕组中通入直流电流，利用电磁感应电流与静止磁场作用产生电磁制动转矩实现制动。

图2-15是时间原则控制的单向能耗制动控制电路。电动机正常运转时，若按下SB1复合按钮，KM1线圈失电，主电路中KM1主触点断开，导致电动机脱离三相交流电源，电动机开始降速。

复合按钮SB1按下的同时，接触器线圈KM2和时间继电器线圈KT同时得电吸合，并通过常开辅助触点KM2、KT自锁。主电路中2个KM2主触点闭合，从L1、L2引入的两相交流电源通过变压器TC引入桥式整流电路的输入端，经整流后输出端的直流电加载到了定子绕组的U、W相，通过感应作用在电动机转子绕组中产生制动转矩，抵消电动机定子绕组失电后的惯性转矩，使电动机快速降速。

复合按钮SB1按下的同时，KT线圈也得电，经过一段延时后，电动机转速降至接近零速，KM2线圈会因所在支路中的KT延时常闭触点的断开而失电，主电路中的KM2主触点断开，切除能耗制动的直流电流，电动机停止转动。

上述过程可用电器元件动作顺序表示为：

2.12 能耗制动电路控制原理

图2-15 时间原则控制的单向能耗制动电路

由以上分析可知，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，但能耗制动的制动效果不及反接制动的明显，同时需要一个直流电源，控制电路相对比较复杂，通常能耗制动适用于电动机容量较大、起动和制动频繁的场合。