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任务二三相异步电动机的能耗制动控制线路【任务描述】本任务是三相异步电动机能耗制动控制线路。在按时间原则进行能耗制动控制的电路中，主电路刀开关QS起隔离作用，熔断器FU1对主电路进行短路保护，FU2对整流变压器进行短路保护，FU3对控制电路进行短路保护，KM1为单向运行接触器，KM2为能耗制动接触器，热继电器FR用做过载保护，KT为时间继电器，R为能耗制动电流调节电阻，，SB2为启动控制按钮，SB1为制动控制按钮。【任务分析】本任务研究的是三相异步电动机能耗制动控制线路。在按时间原则进行能耗制动控制的电路中，主电路由电源开关QS、熔断器FU1、交流接触器KM1、KM2的动合主触点、限流电阻R、热继电器FR发热元件，整流变压器T，桥式整流电路VC和电动机构成；控制电路由熔断器FU3、启动按钮SB2、制动按钮SB1、交流接触器KM1、KM2动合辅助触点用做自锁，KM1、KM2动断辅助触点用做互锁，时间继电器KT的延时、瞬时触点，热继电器FR的动断触点，交流接触器线圈KM1、KM2和时间继电器线圈KT等组成。【夯实基础】•一、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。•1．按时间原则控制的单向运行的能耗制动控制线路•图4-8时间原则能耗制动控制电路线路工作过程：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。2．按速度原则控制的可逆运行的能耗制动控制线路图4-9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，KS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KS1或KS2闭合，为停车时接通KM3，实现能耗制动做准备。图4-9为速度原则控制的可逆运行的能耗制动控制线路。图4-9速度原则可逆运行能耗制动控制线路停车时，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KS1或KS2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•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4-10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。•图4-10单管能耗制动控制线路二、直流电动机的制动控制线路•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4-11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3.3.3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4-11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。•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。•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。•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。三、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4-13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。•图4-13双速异步电动机定子绕组接线示意图2．双速感应电动机按钮控制的调速电路•图4-14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。•图4-14为双速电动机按钮控制电路。3．双速感应电动机手动变速和自动变速的控制电路•图4-15为双速电动机手动调速和自动加速控制电路。与图4-14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。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。【任务实施】1．任务实施所需设备任务实施所需的实训和元件见表4.2.1表4.2.1三相异步电动机能耗制动控制的实训设备和元件明细表代号名称型号规格数量M三相异步电动机Y-112S-44kW、380V、△接法、15.4A、1440r/min1QS组合开关HZ10-25/3三极、35A1FU1熔断器RL1-60/25500V、60A、配熔体25A3FU2熔断器RL1-15/4500V、15A、配熔体4A2KM交流接触器CJ10-2020A、线圈电压380V2KT时间继电器JS7-2A线圈电压380V(代用)1FR热继电器JR16-20/3三极、20A、整定电流8.8A1SB按钮LA4-3H保护式、500V、5A、按钮数33V整流二极管2CZ3030A、600V1R制动电阻0.5Ω、50W1XT端子板JD0-1020500V、10A、20节1主电路导线BVR-1.51.5mm2(7×0.52mm)若干控制电路导线BVR-1.01mm2(7×0.43mm)若干•（1）熟悉电气控制原理图图4-10，分析控制线路的控制关系。•（2）绘制三相异步电动机反接制动控制线路的电器安装接线图如图4-16所示。•（3）按表4.2.1配齐所用电器元件并固定电器元件。•（4）按照电气安装接线图接线。先连接主线路，后连接辅助线路，先串联连接，后并联连接。•（5）在接线完成后且检查无误后，经指导老师检查允许方可通电调试。2．训练步骤及要求•3．注意事项•（1）时间继电器的整定时间不要调得太长，以免制动时间过长引起定子绕组发热。（2）整流二极管要配装散热器和固定散热器支架。•（3）电动机进行制动时，停止按钮要按到底。图4-16能耗制动控制电路电气安装接线图L1L2L3L1L2L3U111V111W111U111V111V121W1211023345012FRKM1QS82U121SB1SB2KM24503M3~XTRUUVVWW478664322VDN06676KT【任务评价】序号评价指标评价内容分值学生自评小组评价教师评价1硬件设计电器安装是否正确10接线牢固，接触良好，美观。202调试检查主电路接线是否正确10检查控制电路是否正确20通电后正确、试验成功203安全规范与提问是否符合安全操作规范10回答问题是否准确10总分100问题记录和解决方法记录任务实施中出现的问题和采取的解决方法（可附页）