張利團
(太原科技大學運城工學院,山西運城044000)
在實際生產過程中,當生產機械切斷電源后,由于機械慣性,三相異步電動機的轉子需經過一段時間才能停止運轉。而起重機的吊鉤要求準確定位,萬能銑床的主軸要求迅速停車,升降機在突然停電后需要安全保護和準確定位控制,這些都需要對拖動的電動機進行有效的制動。本文將討論常用的電氣制動方法及工作原理。
電氣制動特點:
(1)電磁轉矩T與轉速方向n反向;
(2)制動不一定都減速。
電氣制動的優點:安全、環保、簡便、高效。三相異步電動機電氣制動的方法有反接制動、能耗制動和回饋制動三種。
三相異步電動機的反接制動可分為電源反接制動和倒拉反接制動,本文重點介紹后者。
電源反接后,產生的電磁轉矩T反向,對轉子轉速n來說是制動力矩,則轉速迅速下降。注意:
(1)當轉速n→0時,應迅速切斷電源,防止反向啟動。(離心式開關)當轉速n<100 r/min時,將自動切斷電源。
(2)籠型電機只能在定子繞組上串電阻,故不可頻繁使用。
重物“倒拉著”電機勻速運行,稱為“倒拉反接制動”(圖1)。
圖1 三相異步電動機倒拉反接制動
(1)電機原運行于a點,提升重物。
(2)在轉子回路中串入較大電阻Rb,轉子由于慣性,轉速來不及變化,由a→b,Tb<TL,由b點開始減速。
(3)當n=0時,Tc仍小于TL,則在重力作用下拖動電動機反向旋轉,n<0,T為制動轉矩,電動機進入反接制動狀態。
(4)在重力負載作用下,電動機反向加速,到達d點時,轉矩達到新的平衡Td=TL,重物“倒拉”著電機穩定運行。倒拉反接制動可以獲得任意低的轉速來下放重物,安全性好。
下面對倒拉反接制動原理用圖解的方式來分析。如圖2所示,將倒拉反接制動分解為四個過程,分別對應四個小圖:
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,穩定下放重物。
圖2 倒拉反接制動原理分解圖
能量消耗在轉子繞組的電阻上,稱為能耗制動。
(1)能耗制動方法:斷交通直。
(2)工作原理:斷開交流電源,接入直流電源,建立恒定磁場,轉子慣性旋轉發電,將動能轉換為電能。
(3)制動過程:斷開交流電源,接入直流電源的瞬間,由于機械慣性電動機轉速來不及變化,由原運動狀態a點平移至曲線1上的b點,如圖3所示。
圖3 三相異步電動機能耗制動
此時的電磁轉矩Tb方向與nb方向相反,起制動作用。電動機轉速迅速下降,直至n=0,能耗制動結束。由于串入較大的電阻,曲線3的機械特性變軟,制動轉矩更大,能達到迅速制動的效果。
能耗制動特點及應用:低速穩定下放重物,制動平穩,可實現精準停車,較經濟。適用于要求減速平穩場合,如反抗性負載準確停車及下放重物;電動機容量較大和啟制動頻繁的場合也多用能耗制動。
由于某種原因使得處于電動運行狀態的異步電機轉速n大于同步轉速n1,電動機過渡為發電運行狀態。T與n反向,為制動轉矩,電能回饋給電網?;仞佒苿臃譃閮煞N情況:反向回饋制動,如起重機高速下放重物;正向回饋制動,變極、變頻時,高速→低速檔。
反向回饋制動可使起重機實現高速下放重物的要求。如圖4所示,將正轉提升重物狀態的三相電源反接,轉子轉速由于慣性來不及變化,從a′點平移至曲線1上的b′點,在第二象限進行反接制動,當轉速為零時,在電磁轉矩Tc與重力轉矩TL的共同作用下,電動機快速反向啟動,沿曲線1反向加速,當速度等于同步速度-n1時,由于重力作用,電機繼續加速,進入第四象限的反向回饋制動過程。到達a點時,Ta=TL,電機勻速高速下放重物,處于穩定的反向回饋制動狀態。反向回饋制動下放重物時,轉子所串電阻越大,下放速度越快。
圖4 三相異步電動機反向回饋制動
下面來看一下反向回饋制動的圖解過程,如圖5所示。同樣地,將反向回饋制動過程分解成四步,分別對應四個小圖:
a)正轉提升,T正,n正。
b)電源反接,T反,n減,直至n=0。
c)越過0點,反向啟動,T反,n反,T+TL共同作用,n反向加速運行,直至n=-n1。
d)電磁轉矩T的正向效應趨于零,開始變為反向制動轉矩。電動機過渡為發電運行,能量回饋給電網。此處,倘若沒有電動機提供的相對制動轉矩T,重物則將成為自由落體運動。
圖5 反向回饋制動原理分解圖
電機處于正轉,電動運行狀態時,改變磁極對數,P→2P,則轉速減少為原來的一半,n=1/2n,轉子慣性旋轉,工作點由a點平移至b點開始減速,機械特性由第1條曲線轉為第2條曲線運行,如圖6所示。nb>n1′,進入正向回饋制動,在Tb與TL的共同作用下,電動機迅速減速,從b點到n1′的降速過程都是回饋制動過程。速度繼續下降,n<n′時,電機處于異步電動機運行狀態,直至T=TL,電機穩定運行。
圖6 三相異步電動機正向回饋制動
總之,針對不同的制動需求,分別采取不同的電氣制動方法,在實際生產工作中將產生良好的效果。
[1]許翏.電機與電氣控制技術[M].北京:機械工業出版社,2005.
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