电动机制动与调速

机床电气控制主讲：杨嵘三相异步电动机制动与调速控制电路三相异步电动机制动控制电路及原理由于惯性作用，电动机在断开电源以后是不会马上停止转动的，而是需要继续转动一段时间后才停下来。但是机床在生产加工过程中为了提高生产效率，在完成某一工步后要求立即停止。为了满足生产机械这种要求就需要对拖动电动机采取制动措施。制动方式机械制动电气制动反接制动能耗制动再生发电制动电容制动机械抱闸制动三相异步电动机的制动方式分类三相异步电动机的制动方式分为机械制动和电气制动两种。而电气制动常采用反接制动和能耗制动电磁抱闸•电磁抱闸主要由制动闸轮、摩擦闸瓦、杠杆、弹簧及电磁铁等组成，电磁抱闸的制动闸轮与电动机同轴连接。电磁抱闸有通电制动型和断电制动型两种，其外观和电气符号如下图示。a）b）c）图电磁抱闸a）TDZ1系列通电制动型b）TJ2系列断电制动型c）电气符号电磁抱闸的制动原理•以断电制动型为例，电磁抱闸的制动原理为：•电动机停机时，压力弹簧通过杠杆使摩擦闸瓦紧紧抱住制动闸轮实现制动；•电动机起动时，抱闸电磁铁通电，克服弹簧的阻力，使摩擦闸瓦与制动闸轮分开，从而保证电动机正常起动。•通电制动型与断电制动型正好相反。电磁抱闸的选用•（1）为了选用较小型号的电磁抱闸和缩小安装位置，电磁抱闸应安装在高速传动轴或电机轴上，因该轴的扭矩最小。•（2）电磁抱闸的基本参数是制动力矩，与制动时间成正比，所以在决定和计算制动力矩时不可太大，以满足工作要求为适宜。•（3）为了使电磁抱闸在尽可能小的制动力矩下工作，可以通过调节螺母来改变主弹簧的压缩长度，达到需要的弹簧力及制动力矩。•（4）机器设备在安装了制动轮以后，再安装电磁抱闸，制动轮必须经动力、静力平衡，两闸瓦中心连接线与制动轮中心偏差不得超过0.3mm。电磁抱闸的使用•（1）安装前应清除灰尘和脏物，并检查衔铁有否机械卡阻。•（2）调整好制动电磁铁与电磁抱闸之间的连接关系，保证电磁抱闸能获得所需的制动力矩。•（3）电磁铁应按接线图进行接线，并接通电磁铁操作数次，检查衔铁动作是否正常。电磁抱闸的使用•（4）定期检查衔铁行程的大小，该行程在运动过程中由于制动面的磨损而增大。当衔铁行程达到正常值时，即进行调整，以恢复制动面和转盘问的最小空隙。不应让行程增加到正常值以上，因这可能引起吸力的显著降低。•（5）注意可动部件的机械磨损，经常在可动部分擦油。三相异步电动机制动控制电路•三相异步电动机切断电源后，由于惯性的作用，总要经过一段时间才能完全停下来，而有些生产机械要求迅速、准确地停车，这就要求对电动机进行强迫制动。制动的方法有机械制动和电气制动两大类：机械制动是用电磁铁操纵机械进行制动，如电磁抱闸；电气制动是产生一个与原来转动方向相反的制动转矩，常用的电气制动方法有反接制动和能耗制动。电磁抱闸控制电路•1．断电制动控制电路•断电制动控制由于其在断电情况下，仍能通过弹簧的压力，使摩擦闸瓦与制动闸轮紧紧抱住，而广泛用于电梯、起重机等设备中，使其不至于因电流中断或电气故障而降低制动的可靠性和安全性。电磁抱闸断电制动控制线路通电制动控制电路•有些设备需要在断电状态下调整(如XA6132万能铣床），就不能采用断电制动控制，应采用通电制动型控制电路，如图3-4所示。一、三相异步电动机反接制动控制反接制动是靠改变电动机定子绕组的电源相序来产生制动电磁力矩，迫使电动机迅速停转的一种制动方式。（一）速度继电器速度继电器主要用于电动机的反接制动，故又称为反接制动继电器。是一种反映电动机转速和转向的继电器，其主要作用是以电动机旋转速度的快慢为指令信号，与接触器配合实现对电动机的制动控制。速度继电器•外观和电气符号如图3-1所示。a）b）图3-1速度继电器a）外观b）转子符号d）动断触头c）动合触头1.速度继电器的工作原理与结构JY1型速度继电器的结构和工作原理如图JY1型速度继电器的结构和工作原理速度继电器的选择•速度继电器主要根据电动机的额定转速来选择。常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种。其中JY1型可在700～3600r/min范围内可靠地工作；JFZ0-1型使用于300～1000r/min；JFZ0-2型适用于1000～3600r/min。速度继电器具有两个动合触点、两个动断触点，触电额定电压为380V，额定电流为2A。一般速度继电器的转轴在130r/min左右即能动作，在100r/min时触头即能恢复到正常位置。2．速度继电器的使用•（1）速度继电器的转轴应与电动机同轴联接。•（2）速度继电器安装接线时，正、反向的触头不能接错，否则不能起到反接制动时接通或断开反向电源的作用。•（3）可以通过螺钉的调节来改变速度继电器动作的转速，以适应控制电路的要求。一般速度继电器的动作转速为100～300r/min，触头复位转速为100r/min以下。2.速度继电器的选用速度继电器选用的主要依据是:所控制的转速大小、触点的数量以及电压、电流等。常用速度继电器的技术参数型号触点额定电压触点额定电流触点对数额定工作转速r/min允许操作频率次/H正转动作反转动作JY1380V2A1组转换触点1组转换触点100～3000＜30JFZ0-11常开、1常闭1常开、1常闭300～1000JFZ0-21常开、1常闭1常开、1常闭1000～3000（二）反接制动原理反接制动原理图当电动机的转速接近零值时，应立即切断电动机电源，否则，电动机将由制动变为反转。（三）单向启动反接制动控制电路1.电路构成2.工作原理线路的工作原理如下：合上电源开关QS。单向启动：反接制动：反接制动时，由于旋转磁场与转子的相对转速（n1+n）很高，所以转子绕组中感生电流很大，致使电动机定子绕组中的电流也很大，一般约为电动机额定电流的10倍左右。因此，反接制动适合于10kW以下容量电动机的制动，而且对4.5kW以上的电动机进行反接制动时，必须在定子绕组回路中串接限流电阻，以限制反接制动电流。（四）双向启动反接制动控制电路1.电路构成主电路双向启动反接制动控制线路控制电路双向启动反接制动控制线路2.工作原理先合上电源开关QS。正转启动反接制动停转:小结反接制动的优点是制动力强，制动迅速。缺点是制动准确性差，制动过程中冲击强烈，易损坏传动部件，制动能量消耗大，不宜频繁制动。所以反接制动方式一般适用于制动要求迅速且系统惯性比较大，不经常启动与制动的场合，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。二、三相异步电动机能耗制动控制这种制动方法是通过在定子绕组中通入直流电以消耗转子惯性运转的动能来实现制动的，所以称为能耗制动。（一）能耗制动原理能耗制动是在切除三相交流电源之后，定子绕组通人直流电流，在定子、转子之间的气隙中产生静止磁场，惯性转动的转子导体切割该磁场，形成感应电流，产生与惯性转动方向相反的电磁力矩而使电动机迅速停转。在能耗制动控制线路中，直流电源一般通过整流环节直接从三相电源获得。常用的整流环节有半波整流和全波整流直流电源的选择：能耗制动中，通入电动机的直流电流不能太大，过大会烧坏定子绕组。因此能耗制动直流电源的选择有一定的要求，以单相桥式整流电路为例，估算方法和步骤如下：①先测量出电动机三相绕组任意两相之间的电阻R0（Ω）②测量电动机的空载电流I0（A）③能耗制动所需的直流电流IL＝KI0（A）直流电压UL＝ILR0（V）。其中K是系数，一般取3.5～4。若考虑到电动机定子绕组发热情况，并使制动达到较为满意的效果，对于转速高、惯性大的拖动系统可取上限。（二）无变压器单相半波整流单向启动能耗制动控制线路1.电路构成无变压器单相半波整流单向启动能耗制动控制线路2.电路工作原理先合上电源开关QS单相启动运转：能耗制动停转:（三）无变压器单相半波整流双向启动能耗制动控制线路1.电路构成2.电路工作原理先合上电源开关QS。正向启动运行：反转启动运行：能耗制动停转：（四）有变压器单相全波整流单向启动能耗制动控制线路对于10kW以上容量的电动机，大多采用有变压器单相全波整流能耗制动，控制线路如图：（1）该电路通过整流变压器TC和桥式全波整流器提供直流电源给电动机绕组，而整流变压器和可调电阻用来调节直流电流，从而调节制动强度。（2）KM2的主触点分两组使用：其中一对用在变压器的输入端，另两对用在变压器的输出端，这样就使得整流变压器的原边（交流侧）与副边（直流侧）同时切换，有利于提高触点的使用寿命。线路特点：小结：能耗制动时产生的制动力矩大小，与通入定子绕组中的直流电流大小、电动机的转速及转子电路中的电阻有关。电流越大，产生的静止磁场就越强，而转速越高，转子切割磁力线的速度就越大，产生的制动力矩也就越大。能耗制动的优点是制动平稳、准确，对机械传动装置的冲击小，而且能量消耗少；缺点是需要附加直流电源，设备成本较高，制动力较弱，特别在低速时制动力矩小。三相异步电动机的调速pfsnsn106011三种电气调速方法交流电动机的三种基本调速方式：（１）改变极对数p；（２）改变转差率s；（３）改变供电电源频率f。1、变频器调速及应用变频器是解决交流电动机调速和启动的最好控制设备，也是目前发展最为迅速的技术之一，它的特点是：一、输出电压、电流、频率连续可调；二、启动电流从零开始；三、节约电能。M3～UVW～380V近年来变频调速技术发展很快，目前主要采用左图所示的变频调速装置，它主要由整流器和逆变器两大部分组成。整流器先将频率为50Hz的三相交流电转换为直流电，再由逆变器变换频率f１可调、电压有效值U１也可调的三相交流电，供给三相鼠笼式电动机。由此可得到电动机的无级调速，并具有硬的机械特性。变频调速整流器软起动器的主电路图逆变器＋－f＝50Hzf１、U1可调变频器种类繁多，国产的有佳灵JP6C-T9和JP6C-J9型，前者为通用型，后者为节能型，适用电动机功率为0.75～280kW场合。进口的有德国西门子公司的产品，美国I·R公司的产品、瑞典ABB公司的产品。变频器的选用2.变极调速(有级调速)A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSS串联A1X1A2X2ii••P=1采用变极调速方法的电动机称作多速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。A1··A2X1X2SN并联变极调速(有级调速)双速电动机接线图2.变极调速(有级调速)4/2极双速异步电动机定子绕组有3个出线端U1、Vl、W1，还在每相绕组的中点再各接出一个出线端U2、V2、W2共有6个出线端。低速高速变极调速(有级调速)变极调速(有级调速)•改变这6个出线端与电源的连接方式就可得到两种不同的转速。•图3-7（a）所示的电动机定子绕组接成三角形，极数为4极（极对数为2），同步转速为1500r/min，这种方式只需将三相电源接至定子绕组三角形连接顶点的出线端U1、V1、W1上，其余三个出线端U2、V2、W2悬空不接，双速电动机为低速运转；变极调速(有级调速)•电动机定子绕组接成双星形，极数为2极（极对数为1），同步转速为3000r/min，这种方式需将三相电源接至定子绕组星形连接顶点的出线端U2、V2、W2上，其余三个出线端U1、V1、W1短接，双速电动机为高速运转。•需要注意的是改变极对数后，相序方向与原来相序相反，必须将电动机任意两个出线端对调，保证变极后转动方向不变。•4/2极双速异步电动机的常用调速控制线路有手动控制调速电路和自动控制调速电路两种。注意：为变速前后转向不变，三相电源应换相。接触器控制双速电动机的电路图接触器控制双速电动机•KM1低速交流接触器•KM2、KM3高速交流接触器，其线圈并联•KM1和KM2、KM3接有接触器连锁•SB1低速按钮；SB2高速按钮。•SB1、SB2接有按钮连锁按下SB1，KM1吸合，双速电机定子绕组为三角形接法，低速启动，运行一段时间。按下SB2，KM2、KM3同时吸合，双速电机定子绕组为双星形接法，高速运行。接触器控制双速电动机•KM1、KM2常开辅助触头串联后作为自锁触头•注意：主电路中，KM1和KM2主触点