4.2三相異步電機(jī)的電氣制動(dòng)

a.介紹

在很多系統(tǒng)中，電機(jī)僅靠自然減速來停止運(yùn)轉(zhuǎn)。停止的時(shí)間只取決于電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的機(jī)器的慣性和抵抗轉(zhuǎn)矩。不過，在很多情況下都需要縮短這個(gè)時(shí)間，而電氣制動(dòng)是一種簡(jiǎn)單有效的解決方案。與機(jī)械和液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，它的優(yōu)點(diǎn)在于比較穩(wěn)定，不需要使用任何耐磨件。

b.逆電流制動(dòng)原理

電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候就與電源隔離開，然后通過另外一條通道重新連接到電源。這是一種非常高效的制動(dòng)系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)矩通常高于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以必須盡早制動(dòng)，以防止電機(jī)沿相反方向起動(dòng)。

在速度接近零的時(shí)候，通過若干個(gè)自動(dòng)設(shè)備來控制停止過程：

●摩擦停止檢測(cè)器，離心停止檢測(cè)器。

●精密計(jì)時(shí)設(shè)備。

●頻率測(cè)量或轉(zhuǎn)子電壓繼電器(滑環(huán)電機(jī))等。

1.鼠籠電機(jī)

在選擇這個(gè)系統(tǒng)之前(C圖13)，必須確保電機(jī)在完成相應(yīng)功能的同時(shí)能夠承受逆電流制動(dòng)。除了機(jī)械壓力，這個(gè)過程中轉(zhuǎn)子還會(huì)受到較高的熱應(yīng)力，因?yàn)樵诿看沃苿?dòng)操作中釋放的能量(電源的滑差能量和動(dòng)能)都會(huì)被耗散在籠內(nèi)。

在制動(dòng)過程中的熱應(yīng)力比加速過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力高三倍以上。在制動(dòng)的時(shí)候，電流和轉(zhuǎn)矩峰值明顯高于起動(dòng)時(shí)的數(shù)值。

為了確保平穩(wěn)制動(dòng)，在切換到逆電流的時(shí)候，經(jīng)常把每個(gè)定子相位串聯(lián)一個(gè)電阻器。這樣一來，就可以像定子起動(dòng)時(shí)那樣降低轉(zhuǎn)矩和電流。在鼠籠電機(jī)中進(jìn)行逆電流制動(dòng)有很明顯的缺點(diǎn)，所以這個(gè)系統(tǒng)只用于一些低功率驅(qū)動(dòng)的電機(jī)。

2.滑環(huán)電機(jī)

為了限制電流和轉(zhuǎn)矩峰值，在將定子轉(zhuǎn)換到逆電流之前，必須重新插入用于起動(dòng)的轉(zhuǎn)子電阻器，通常還需要增加一個(gè)額外的制動(dòng)單元(C圖14)。如果使用合適的轉(zhuǎn)子電阻器，很容易將制動(dòng)轉(zhuǎn)矩調(diào)整到設(shè)定值。

在開啟電流以后，實(shí)際的轉(zhuǎn)子電壓是停頓時(shí)的兩倍，在某些情況下需要采取相應(yīng)的絕緣措施。與鼠籠電機(jī)一樣，大量能量會(huì)被釋放到轉(zhuǎn)子回路中。它完全耗散(除了少量損耗)在電阻器中。

可以借助上述設(shè)備中的一種或者轉(zhuǎn)子回路中的電壓或頻率繼電器讓電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這個(gè)系統(tǒng)可以讓驅(qū)動(dòng)負(fù)載保持在中等速度。它的特性非常不穩(wěn)定(只要轉(zhuǎn)矩發(fā)生微小變化，速度就會(huì)發(fā)生很大變化)。

c.通過注入直流電流制動(dòng)系統(tǒng)

這個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)用于滑環(huán)和鼠籠電機(jī)(C圖15)。與逆電流系統(tǒng)相比，整流源的電阻器更少，因而價(jià)格更合理。如果使用電子速度控制器和起動(dòng)器，這種制動(dòng)方案不會(huì)增加成本。

在該制動(dòng)過程中，需要把定子與電源隔離開，并向其發(fā)送整流電流。整流電流會(huì)在電機(jī)的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)固定磁通量。為了產(chǎn)生合適的通量，確保正確的制動(dòng)效果，電流必須比額定電流大1.3倍。輕微的過電流會(huì)導(dǎo)致多余熱損耗，在制動(dòng)以后通過暫停來補(bǔ)償這種熱損耗。

因?yàn)殡娏髦低耆怯啥ㄗ永@組電阻設(shè)定的，所以在整流源的電壓較低。整流源通常是由整流器或者速度控制器提供的。它們必須能夠承受剛剛從交流電源(比如380V有效值)上斷開的繞組所產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓浪涌。轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)與固定磁場(chǎng)之間存在滑差(磁場(chǎng)沿著與逆電流系統(tǒng)相反的方向旋轉(zhuǎn))。電機(jī)的行為與在轉(zhuǎn)子內(nèi)放電的同步發(fā)電機(jī)類似。與逆電流系統(tǒng)相比，整流注入系統(tǒng)的特性差別很大：

●在轉(zhuǎn)子電阻器或者籠內(nèi)耗散的能量更少。只相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)物質(zhì)釋放的機(jī)械能。從電源獲取的動(dòng)能僅用于起動(dòng)定子。

●如果負(fù)載不是驅(qū)動(dòng)負(fù)載，那么電機(jī)不會(huì)沿著相反的方向起動(dòng)。

●如果負(fù)載是驅(qū)動(dòng)負(fù)載，系統(tǒng)會(huì)經(jīng)常制動(dòng)，并使負(fù)載保持低速。這是減速制動(dòng)而非停頓制動(dòng)。其特性比逆電流要穩(wěn)定得多。

在使用滑環(huán)電機(jī)的情況下，速度-轉(zhuǎn)矩特性取決于所選的電阻器。在使用鼠籠電機(jī)的情況下，系統(tǒng)很容易通過操作直流起動(dòng)電流來調(diào)整制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。不過，如果電機(jī)在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)比較低。為了防止嚴(yán)重的過熱，在制動(dòng)結(jié)束的時(shí)候必須使用相關(guān)設(shè)備切斷定子中的電流。