4.2三相異步電機的電氣制動

a.介紹

在很多系統(tǒng)中，電機僅靠自然減速來停止運轉。停止的時間只取決于電機所驅動的機器的慣性和抵抗轉矩。不過，在很多情況下都需要縮短這個時間，而電氣制動是一種簡單有效的解決方案。與機械和液壓制動系統(tǒng)相比，它的優(yōu)點在于比較穩(wěn)定，不需要使用任何耐磨件。

b.逆電流制動原理

電機在運行的時候就與電源隔離開，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系統(tǒng)，其轉矩通常高于起動轉矩，所以必須盡早制動，以防止電機沿相反方向起動。

在速度接近零的時候，通過若干個自動設備來控制停止過程：

●摩擦停止檢測器，離心停止檢測器。

●精密計時設備。

●頻率測量或轉子電壓繼電器(滑環(huán)電機)等。

1.鼠籠電機

在選擇這個系統(tǒng)之前(C圖13)，必須確保電機在完成相應功能的同時能夠承受逆電流制動。除了機械壓力，這個過程中轉子還會受到較高的熱應力，因為在每次制動操作中釋放的能量(電源的滑差能量和動能)都會被耗散在籠內。

在制動過程中的熱應力比加速過程中產生的熱應力高三倍以上。在制動的時候，電流和轉矩峰值明顯高于起動時的數(shù)值。

為了確保平穩(wěn)制動，在切換到逆電流的時候，經常把每個定子相位串聯(lián)一個電阻器。這樣一來，就可以像定子起動時那樣降低轉矩和電流。在鼠籠電機中進行逆電流制動有很明顯的缺點，所以這個系統(tǒng)只用于一些低功率驅動的電機。

2.滑環(huán)電機

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

在開啟電流以后，實際的轉子電壓是停頓時的兩倍，在某些情況下需要采取相應的絕緣措施。與鼠籠電機一樣，大量能量會被釋放到轉子回路中。它完全耗散(除了少量損耗)在電阻器中。

可以借助上述設備中的一種或者轉子回路中的電壓或頻率繼電器讓電機自動停止運轉。這個系統(tǒng)可以讓驅動負載保持在中等速度。它的特性非常不穩(wěn)定(只要轉矩發(fā)生微小變化，速度就會發(fā)生很大變化)。

c.通過注入直流電流制動系統(tǒng)

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

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

因為電流值完全是由定子繞組電阻設定的，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)上斷開的繞組所產生的瞬態(tài)電壓浪涌。轉子的運動與固定磁場之間存在滑差(磁場沿著與逆電流系統(tǒng)相反的方向旋轉)。電機的行為與在轉子內放電的同步發(fā)電機類似。與逆電流系統(tǒng)相比，整流注入系統(tǒng)的特性差別很大：

●在轉子電阻器或者籠內耗散的能量更少。只相當于運動物質釋放的機械能。從電源獲取的動能僅用于起動定子。

●如果負載不是驅動負載，那么電機不會沿著相反的方向起動。

●如果負載是驅動負載，系統(tǒng)會經常制動，并使負載保持低速。這是減速制動而非停頓制動。其特性比逆電流要穩(wěn)定得多。

在使用滑環(huán)電機的情況下，速度-轉矩特性取決于所選的電阻器。在使用鼠籠電機的情況下，系統(tǒng)很容易通過操作直流起動電流來調整制動轉矩。不過，如果電機在高速下運轉，制動轉矩會比較低。為了防止嚴重的過熱，在制動結束的時候必須使用相關設備切斷定子中的電流。