电动机制动电路的设计

一般情况下， 电动机从切断电源到安全停止转动， 由于惯性的作用要经过一段时间， 如果设备对停止的要求不高， 就可以采用直接切断电源的方法让电动机停止。 对混凝土搅拌机中的上料电动机来说， 在运料高位点停止时， 由于其本身具有重力势能， 如果单纯地采用直接切断电源的方法让电动机停止， 料斗有可能因为重力的作用而带动电动机的轴转动， 引起下滑。 因此为了保证混凝土搅拌设备的可靠性， 应对电动机停车时的惯性作用采取措施， 以强制其迅速停车， 这就是 “制动”。

三相异步电动机的制动分为两大类： 机械制动和电气制动。

一、 机械制动

所谓机械制动， 就是利用外加的机械作用力使电动机转子迅速停止旋转的一种方法， 由于这个外加的机械作用力， 常常采用制动闸紧紧抱住与电动机同轴的制动轮来产生， 所以机械制动往往俗称为抱闸制动。

机械制动装置有电磁抱闸和电磁离合器两种， 它们的制动原理基本相同。 电磁抱闸的结构及电气符号如图2－54所示。

图2－54 电磁抱闸制动器

1—弹簧； 2—衔铁；3—线圈；4—铁芯； 5—闸轮； 6—闸瓦； 7—杠杆； 8—电气符号

电磁抱闸制动器主要由制动电磁铁 （线圈、 衔铁、 铁芯） 和闸瓦制动器 （弹簧、 闸轮、杠杆、 闸瓦） 组成， 闸轮与电动机装在同一根转轴上， 电动机接通电源， 同时电磁抱闸线圈也得电， 衔铁吸和， 克服弹簧的拉力使制动器的瓦闸与瓦轮分开， 电动机正常运转。 断开开关或接触器， 电动机失电， 同时电磁抱闸线圈也失电， 衔铁在弹簧拉力的作用下与铁芯分开， 并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮， 电动机被制动而停转， 制动的强度可以通过调整机械结构来改变。

机械制动控制电路分为断电制动型和通电制动型两种。 断电制动控制电路如图2－55所示。

图2－55 断电电磁抱闸制动控制电路

合上电源开关QS， 按下起动按钮SB2， 接触器线圈KM通电， KM的主触头闭合， 电动机通电运行， 同时电磁抱闸线圈YB获电， 吸引衔铁， 使之与铁芯闭合， 衔铁克服弹簧拉力， 使杠杆顺时针方向旋转， 从而使闸瓦与闸轮分开， 电动机正常运行。

当按下停止按钮SB1时， 接触器线圈断电， KM主触头恢复断开， 电动机断电， 同时电磁抱闸线圈YB也断电， 杠杆在弹簧恢复力的作用下， 闸瓦将安装在电动机转轴上的闸轮紧紧抱住， 电动机迅速停止转动。

这种制动控制电路常应用在电梯、 起重机、 卷扬机等升降设备中， 其优点是能够准确定位， 同时可以防止电动机突然断电或电路出现故障时重物自行坠落。

二、 电气制动

电气制动是使电动机停车时产生一个与转子原来的转动方向相反的制动转矩来使电动机迅速停车。 常用的电气制动有反接制动和能耗制动两种。

1. 反接制动控制电路

反接制动是靠改变电动机定子绕组中三相电源的相序， 产生一个与转子转动方向相反的电磁转矩， 此时的电磁转矩是一个制动转矩， 从而使电动机迅速停转。 但是要特别注意， 当电动机的转速接近零时， 应立即切断电源， 否则电动机将反向起动， 因此反接制动中采用速度继电器来检测电动机的速度变化。反接制动控制电路如图2－56所示。

在电源反接的制动中， 电动机转子与定子旋转磁场的相对速度接近同步转速的2倍， 因此反接制动电流接近电动机全压起动时起动电流的2倍， 于是其产生过大的制动转矩且使电动机绕组过热。 因此， 电源反接制动时， 在电动机定子电路中应串入限流电阻。 KM1为电动机运行交流接触器， KM2为反接制动交流接触器， KS为速度继电器， R为限流电阻， SB1为起动按钮， SB2为停止按钮。

图2－56 反接制动控制电路

起动时， 按下起动按钮SB1， 接触器KM1通电并自锁， 电动机M通电运行。 电动机正常运转时， 速度继电器KS的常开触头闭合， 为反接制动作好准备。

停车时， 按下停止按钮SB2， KM1线圈断电， 电动机M脱离电源， 由于此时电动机具有惯性， 其转速仍较高， KS的常开触头仍处于闭合状态， 所以SB2常开触头闭合时， 反接制动接触器KM2线圈得电并自锁， 其主触头闭合， 使电动机得到相序相反的三相交流电源，进入反接制动状态， 转速迅速下降。 当转速接近零时， 速度继电器常开触头复位， 接触器KM2线圈断电， 反接制动结束。

反接制动的优点是制动力强、 制动迅速； 其缺点是制动准确性差、 制动过程中的冲击力强烈、 易损坏传动零件、 制动能量消耗较大。 因此反接制动一般用于制动要求迅速、 系统惯性较大、 不经常起动与制动的场合。

2. 能耗制动控制电路

能耗制动是在三相交流异步电动机断开三相交流电源的同时， 立即在定子绕组的任意两相中接通直流电， 以产生定子固定磁场。 电动机转子在惯性的作用下旋转时， 切割定子固定磁场而在转子中产生感应电动势， 流过感应电流。 转子感应电流与固定磁场相互作用产生电磁力和电磁转矩。 该转矩方向与转子旋转方向相反， 是一个制动转矩， 从而使电动机的转速迅速下降至零。 这种制动方法实质上是把转子原来 “储存” 的机械能转变成电能， 又将其消耗在转子上， 因而叫作 “能耗制动”。

能耗制动按照接入直流电源的控制方法不同， 分为速度原则控制和时间原则控制， 相应的控制元件为速度继电器和时间继电器。 图2－57所示为时间原则控制的能耗制动控制电路图。 其中KM1为电动机运行交流接触器， KM2为能耗制动接触器， KT为时间继电器， T为整流变压器， 主电路在进行能耗制动时所需的直流电源由4个二极管组成单相桥式整流电路， 通过KM2交流接触器引入， 交流电源与直流电源的切换由KM1和KM2来完成。

起动时， 按下起动按钮SB1， 接触器KM1通电并自锁， 电动机M通电运行。 此时三相交流异步电动机由交流电源供电。

停车时， 按下停止按钮SB2， KM1线圈断电， 电动机M脱离电源， 但由于此时反接制动接触器KM2线圈得电并自锁， 电动机得到了经过整流电路得到的直流电， 电动机进入到能耗制动阶段。 当时间继电器到达延时时间时， 其延迟常闭辅助触头断开， 使KM2线圈断电， 能耗制动结束。

在该电路中KT常开瞬动触头与KM2常开辅助触头串接保持自锁， 这是为了避免时间继电器线圈断线或其他故障， 使KT常闭延时触头不能断电， 导致KM2交流接触器长期通电和电动机定子长期通入直流电源。

图2－57 时间原则控制能耗制动控制电路

能耗制动的优点是制动力较强、 能耗少、 制动较平稳、 对电网的冲击小； 其缺点是低速时制动力矩也随之减小、 不易制停、 需要直流电源。 能耗制动常用于机床设备中。