三相交流异步电动机制动方法的应用.docx

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三相交流异步电动机制动方法的应用

课程设计报告

课题名称：

三相交流异步电动机制动方法的应用

姓名王兴学号0802110524

所在系电子电气工程系专业年级p08电气5班

指导教师李贤温职称教授

2010年6月3日

第3章直流电动机的正反转控制

（一）………………………………………………………………6

第4章直流电动机的正反转控制应用…………………………………………………………………7

西门子S7-200做PLC电机正反转控制……………………………………………………………7

摘要

摘要：

目前，电力拖动是各行业生产机械的主要拖动形式；因此，三相异步电动机已经被广泛应用在各行各业和日常生活等领域。

随着生产机械的不断更新和发展，对电动机的调速性能与制动问题要求越来越高。

三相异步电动机由于三相异步电动机因其成本低，结构简单，可靠性高和维护少等优点在各种工业领域中得到广泛的应用，但其调速性能和制动性能都不如直流电动机，因此如何改进异步电动机的调速性能和制动问题，以提高调速性能和制动问题，就显得特别重要。

本篇文章通过对鼠笼式三相异步电动机工作过程的分析，着重讨论了三相异步电动机的调速和制动性能，介绍了三相异步电动机常用的调速和制动方法。

此外异步电动机的制动也是生产实际中必须要注意和解决的问题，尤其是必须掌握如何实现反接制动，发电机制动和能耗制动的方法，这对于电动机在实际工作过程中有很大的帮助。

恒流电源作为开关电源的一个重要应用，已经在电除尘市场已经得到广泛的应用。

相比较于其他电源，开关恒流电源具有效率高，体积小，调节精度高，输出稳定性高，带载能力强等显而易见的优点。

虽然目前电源市场上的开关电源种类繁多，采用的控制方式也不尽相同，但是总的来说不外乎有三种调节方式。

信息请登陆:

输配电设备网

关键词：

三相异步电动机；变频调速；反接制动；三相异步电动机调速

ABSTRACT

Abstract:

Atpresent,theelectricityproductionofmechanicaldragistheindustry'smaindragform;Therefore,three-phaseasynchronousmotorhasbeenwidelyusedinindustriesandareasofdailylife.Withtheconstantupdatingofproductionmachineryanddevelopmentofthemotor'sspeedandbrakingperformanceissuesbecomeincreasinglydemanding.Three-phaseasynchronousmotorthreephaseasynchronousmotorasitslowcost,simplestructure,highreliabilityandlessmaintenanceadvantagesinavarietyofindustrialapplicationstobewidely,butnotvariablespeedperformanceandbrakingperformance,suchasDCmotors,Sohowtoimprovetheperformanceofinductionmotorspeedregulationandbrakingproblems,toimprovespeedperformanceandbrakingproblems,itisparticularlyimportant.Thisarticleontheworkofsquirrelcageinductionmotoranalysisoftheprocess,focusingonthethree-phaseasynchronousmotorwithspeedcontrolandbrakingperformance,introducedthethree-phaseinductionmotorspeedcontrolandbrakingmethodscommonlyused.

Inaddition,thebrakeasynchronousmotoristheactualproductionmustpayattentiontoandsolveproblems,inparticular,mustlearnhowtoachievereversebraking,brakingandbrakinggeneratormeans,whichinpracticalworkforthemotorisintheprocessofgreathelp.Constantcurrentpowersupplyasanimportantapplicationswitchingpowersupply,themarkethasbeenintheESPhasbeenwidelyused.Comparedtootherpowersupplies,switchingconstantcurrentsourcewithhighefficiency,smallsize,adjustmentofhighprecision,highoutputstability,carryingcapacityandstrongwithobviousadvantages.Althoughthepowersupplyswitchingpowersupplyonthemarketawiderangeofcontrolmethodsusedarealsodifferent,butgenerallynomorethanthreemodeofregulation.

Keywords:

three-phaseasynchronousmotor;frequencyconversion;reversebraking;three-phaseinductionmotordrive

第1章绪论

1.1课题的背景

电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。

它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。

从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。

电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。

在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。

拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。

由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。

按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。

纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。

在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。

由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。

虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。

所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。

尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。

诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。

除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。

经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。

随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。

电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。

未来电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。

当今世界，各种先进的科学技术飞速发展，给人们的生活带来了深远的影响，它极大的改善我们的生活方式。

在以电动机为代表的科技的发展更是日新月异，从各个方面影响和改变着我们的生活，而其中的电动机控制技术的发展更为迅速，已经渗透到了我们生活的各个方面。

随着人们对于直流电动机及其自动化控制的迫切需求，促使电动机技术的产生和快速发展，电动机的使用为人类文明的发展带来了革命性的变化。

自1834德国的雅可比发明直流发动机以来，电动机的使用已经进入到一个蓬勃发展的阶段。

电动机及其自动化的使用，对于提高科研的质量、改善工作条件、加快工作效率，开展多媒体教学与研究以及使教学多出人才、科研多出成果有着十分重要而深远的意义。

1.2课题的意义

从科学研发的观点看问题，考试好似一把尺子，用以测量学生的知识和能力，要正确评定学生的学业成绩，客观准确地测量学生的知识和能力水平，必须实行测验、考试的标准化。

考试是一个系统的过程，每个环节都可能带来误差，因此对考试的每个环节，都要标准化，具体包括试题编制的标准化，测试过程的标准化，评分记分的标准化，分数合成的标准化及分数解释的标准化等。

凡是使考试结果不准确，便可认为是考试误差因素，考试中常见的误差，来源于3个方面：

试卷内部、考试过程、考生本身。

第2章直流电动机相关技术与理论

2.1三相异步电动机的工作原理及结构

三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。

此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件

图3.1 封闭式三相笼型异步电动机结构图

1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；

7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇

当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。

由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。

由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。

转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。

电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：

当电动机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

2.2三相异步电动的制动方法

三相异步电动机切除电源后依惯性总要转动一段时间才能停下来。

而生产中起重机的吊钩或卷扬机的吊蓝要求准确定位；万能铣床的主轴要求能迅速停下来。

这些都需要对拖动的电动机进行制动，其方法有两大类：

机械制动和电力制动。

机械制动的定义：

采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法。

如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器。

2.2.1电磁抱闸断电制动

电磁抱闸断电制动原理：

电磁抱闸断电制动控制电路电磁抱闸断电制动控制电路如图1所示。

合上电源开关QS和开关K，电动机接通电源，同时电磁抱闸线圈YB得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，电动机正常运转。

断开开关电动机失电，同时电磁抱闸线圈YB也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动而停转。

图中开关K可采用倒顺开关、主令控制器、交流接触器等控制电动机的正反转，满足控制要求。

倒顺开关接线示意图如图2所示。

应用场合：

这种制动方法在起重机械上广泛应用，如行车、卷扬机、电动葫芦（大多采用电磁离合器制动）等。

特点：

其优点是能准确定位，可防止电动机突然断电时重物自行坠落而造成事故。

2.2.2电磁抱闸通电制动控制电路

原理：

电磁抱闸断电制动其闸瓦紧紧抱住闸轮，若想手动调整工作是很困难的。

因此，对电动机制动后仍想调整工件的相对位置的机床设备就不能采用断电制动，而应采用通电制动控制，其电路如图3所示。

当电动机得电运转时，电磁抱闸线圈无法得电，闸瓦与闸轮分开无制动作用；当电动机需停转按下停止按钮SB2时，复合按钮SB2的常闭触头先断开切断KM1线圈，KM1主、辅触头恢复无电状态，结束正常运行并为KM2线圈得电作好准备，经过一定的行程SB2的常开触头接通KM2线圈，其主触头闭合电磁抱闸的线圈得电，使闸瓦紧紧抱住闸轮制动；当电动机处于停转常态时，电磁抱闸线圈也无电，闸瓦与闸轮分开，这样操作人员可扳动主轴调整工件或对刀等。

　　机械制动主要采用电磁抱闸、电磁离合器制动，两者都是利用电磁线圈通电后产生磁场，使静铁芯产生足够大的吸力吸合衔铁或动铁芯（电磁离合器的动铁芯被吸合，动、静摩擦片分开），克服弹簧的拉力而满足工作现场的要求。

电磁抱闸是靠闸瓦的摩擦片制动闸轮．电磁离合器是利用动、静摩擦片之间足够大的摩擦力使电动机断电后立即制动。

电气制动的定义：

电动机在切断电源的同时给电动机一个和实际转向相反的电磁力矩（制动力矩）使电动迅速停止的方法。

最常用的方法有：

反接制动和能耗制动。

2.2.3反接制动

反接制动原理：

在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。

反接制动的实质：

使电动机欲反转而制动，因此当电动机的转速接近零时，应立即切断反接转制动电源，否则电动机会反转。

实际控制中采用速度继电器来自动切除制动电源。

反接制动控制的工作原理：

反接制动控制电路如图4所示。

其主电路和正反转电路相同。

由于反接制动时转子与旋转磁场的相对转速较高，约为启动时的2倍，致使定子、转子中的电流会很大，大约是额定值的10倍。

因此反接制动电路增加了限流电阻R。

KM1为运转接触器，KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，其与电动机联轴，当电动机的转速上升到约为100转／分的动作值时．KV常开触头闭合为制动作好准备。

分析：

停车时按下停止按钮SB2，复合按钮SB2的常闭先断开切断KM1线圈，KM1主、辅触头恢复无电状态，结束正常运行并为反接制动作好准备，后接通KM2线圈（KV常开触头在正常运转时已经闭合），其主触头闭合，电动机改变相序进入反接制动状态，辅助触头闭合自锁持续制动，当电动机的转速下降到设定的释放值时，KV触头释放，切断KM2线圈，反接制动结束。

一般地，速度继电器的释放值调整到90转／分左右，如释放值调整得太大，反接制动不充分；调整得太小，又不能及时断开电源而造成短时反转现象。

特点：

反接制动制动力强，制动迅速，控制电路简单，设备投资少，但制动准确性差，制动过程中冲击力强烈，易损坏传动部件。

适用场合：

适用于l0kw以下小容量的电动机制动要求迅速、系统惯性大，不经常启动与制动的设备，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。

2.2.4能耗制动。

能耗制动电动机切断交流电源的同时给定子绕组的任意二相加一直流电源，以产生静止磁场，依靠转子的惯性转动切割该静止磁场产生制动力矩的方法。

能耗制动还可用时间继电器代替速度继电器进行制动控制。

原理分析：

电动机切断电源后，转子仍沿原方向惯性转动，如图5设为顺时针方向，这时给定子绕组通入直流电，产生一恒定的静止磁场，转子切割该磁场产生感生电流，用右手定则判断其方向如图示。

该感生电流又受到磁场的作用产生电磁转矩，由左手定则知其方向正好与电动机的转向相反而使电动机受到制动迅速停转。

可逆运行能耗制动的控制电路如图6所示。

KV1、KV2分别为速度继电器KV的正、反转动作触头，接触器KM1、KM2、KM3之间互锁，防止交流电源、直流制动电源短路。

停车时按下停止按钮SB3，复合按钮SB3的常闭先断开切断正常运行接触器KM1或KM2线圈，后接通KM3线圈，KM3主、辅触头闭合，交流电流经变压器T，全波整流器VC通入V、W相绕组直流电，产生恒定磁场进行制动。

RP调节直流电流的大小，从而调节制动强度。

特点;能耗制动平稳、准确，能量消耗小，但需附加直流电源装置，设备投资较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。

应用场合：

主要用于容量较大的电动机制动或制动频繁的场合及制动准确、平稳的设备，如磨床、立式铣床等的控制，但不适合用于紧急制动停车。

电动机的制动方法较多，还有如电容制动、再生发电制动等，但实际应用主要是上述四种方法，其各有特点和使用场合。

第3章反接制动在T68卧式镗床

T68卧式镗床原理图

3.1卧式镗床电气线路的工作原理

3.1.1结构及运动形式

1.结构：

如下图所示

2.运动形式：

（在上图中用箭头表示）

（1）主运动：

镗杆（主轴）旋转或平旋盘（花盘）旋转。

（2）进给运动：

主轴轴向（进、出）移动、主轴箱（镗头架）的垂直（上、下）移动、花盘刀具溜板的径向移动、工作台的纵向（前、后）和横向（左、右）移动。

（3）辅助运动：

有工作台的旋转运动、后立柱的水平移动和尾架垂直移动。

主体运动和各种常速进给由主轴电机1M驱动，但各部份的快速进给运动是由快速进给电机2M驱动。

3.1.2电气控制线路的特点

1、因机床主轴调速范围较大，且恒功率，主轴与进给电动机1M采用Δ/YY双速电机。

低速时，1U1、1V1、1W1接三相交流电源，1U2、1V2、1W2悬空，定子绕组接成三角形，每相绕组中两个线圈串联，形成的磁极对数P=2；高速时，1U1、1V1、1W1短接，1U2、1V2、1W2端接电源，电动机定子绕组联结成双星形（YY），每相绕组中的两个线圈并联，磁极对数P=1。

高、低速的变换，由主轴孔盘变速机构内的行程开关SQ7控制，其动作说明见表1。

表1主电动机高、低速变换行程开关动作说明

位置

触点

主电动机低速

主电动机高速

SQ7（11-12）

关

开

2.主电动机1M可正、反转连续运行，也可点动控制，点动时为低速。

主轴要求快速准确制动，故采用反接制动，控制电器采用速度继电器。

为限制主电动机的起动和制动电流，在点动和制动时，定子绕组串入电阻R。

3.主电动机低速时直接起动。

高速运行是由低速起动延时后再自动转成高速运行的，以减小起动电流。

4.在主轴变速或进给变速时，主电动机需要缓慢转动，以保证变速齿轮进入良好啮合状态。

主轴和进给变速均可在运行中进行，变速操作时，主电动机便作低速断续冲动，变速完成后又恢复运行。

主轴变速时，电动机的缓慢转动是由行程开关SQ3和SQ5，进给变速时是由行程开关SQ4和SQ6以及速度继电器KS共同完成的，见表2。

表2主轴变速和进给变速时行程开关动作说明

位置

触点

变速孔盘拉出

（变速时）

变速后变速孔盘推回

位置

触点

变速孔盘拉出

（变速时）

变速后变速孔盘推回

SQ3（4-9）

—

+

SQ4（9-10）

—

+

SQ3（3-13）

+

—

SQ4（3-13）

+

—

SQ5（15-14）

+

—

SQ6（15-14）

+

—

注：

表中“+”表示接通；“—”表示断开

3.1.3电气控制线路的分析

1.主电动机的起动控制

（1）主电动机的点动控制主电动机的点动有正向点动和反向点动，分别由按钮SB4和SB5控制。

按SB4接触器KM1线圈通电吸合，KM1的辅助常开触点（3-13）闭合，使接触器KM4线圈通电吸合，三相电源经KM1的主触点，电阻R和KM4的主触点接通主电动机1M的定子绕组，接法为三角形，使电动机在低速下正向旋转。

松开SB4主电动机断电停止。

反向点动与正向点动控制过程相似，由按钮SB5、接触器KM2、KM4来实现。

（2）主电动机的正、反转控制当要求主电动机正向低速旋转时，行程开关SQ7的触点（11-12）处于断开位置，主轴变速和进给变速用行程开关SQ3（4-9）、SQ4（9-10）均为闭合状态。

按SB2，中间继电器KA1线圈通电吸合，它有三对常开触点，KA1常开触点（4-5）闭合自锁；KA1常开触点（10-11）闭合，接触器KM3线圈通电吸合，KM3主触点闭合，电阻R短接；KA1常开触点（17-14）闭合和KM3的辅助常开触点（4-17）闭合，使接触器KM1线圈通电吸合，并将KM1线圈自锁。

KM1的辅助常开触点（3-13）闭合，接通主电动机低速用接触器KM4线圈，使其通电吸合。

由于接触器KM1、KM3、KM4的主触点均闭合，故主电动机在全电压、定子绕组三角形联结下直接起动，低速运行。

当要求主电动机为高速旋转时，行程开关SQ7的触点（11-12）、SQ3（4-9）、SQ4（9-10）均处于闭合状态。

按SB2后，一方面KA1、KM3、KM1、KM4的线圈相继通电吸合，使主电动机在低速下直接起动；另一方面由于SQ7（11-12）的闭合，使时间继电器KT（通电延时式）线圈通电吸合，经延时后，KT的通电延时断开的常闭触点（13-20）断开，KM4线圈断电，主电动机的定子绕组脱离三相电源，而KT的通电延时闭合的常开触点（13-22）闭合，使接触器KM5线圈通电吸合，KM5的主触点闭合，将主电动机的定子绕组接成双星形后，重新接到三相电源，故从低速起动转为高速旋转。

主电动机的反向低速或高速的起动旋转过程与正向起动旋转过程相似，但是反向起动旋转所用的电器为按钮SB3、中间继电器KA2，接触器KM3、KM2、KM4、KM5、时间继电器KT。

（3）主电动机工作在高速正转及高速反转时的反接制动过程可仿上自行分析。

在此仅指明，高速正转时反接制动所用的电器是KM2、KM4、KS（13-18）触点；高速反转时反接制动所用的电器是KM1、KM4、KS（13