第7节 三相异步电动机的制动

三相异步电动机的电磁转矩T_em与转速n方向相同时，电动机就处于电动状态，此时，电机从电网吸收电能并转换为机械能向负载输出，电机运行于机械特性的一、三象限。电动机在拖动负载的工作中，只要电磁转矩T_em与转速n的方向相反，电动机就处于制动运行状态，此时电机运行于机械特性的二、四象限。异步电动机制动运行的作用仍然是快速减速或停车和匀速下放重物。和直流电动机一样，异步电动机的制动状态亦分3种，即回馈制动、反接制动和能耗制动。现分别讨论如下：

一、回馈制动

当异步电动机因某种外因，例如在位能负载作用下(图3—49中为重物的作用)，使转速n高于同步转速n₁，即n>n₁时，s<0，转子感应电动势sE₂反向。

图3—49  位能负载带动异步电机进入回馈制动

T_em与n反向，故此时异步电机既回馈电能，又产生制动转矩，说明电动机处于回馈制动状态。

回馈制动时，电动机轴上输出的机械功率P₂=T_0，因T_em变负而变负，故此时异步电动机由轴上输入(即吸收)机械功率。

回馈制动时，T_em为负，n为正，且n>n_l，当制动转矩与负载位能转矩相等时，电动机在机械特性第二象限的某点稳定运行。

由图3—49可知，当异步电动机拖动位能性负载下放重物时，若负载转矩T_L不变，转子所串电阻越大，转速越高。为了避免因转速高而损坏电机，在回馈制动时，转子回路中不串电阻。

回馈制动时，异步电动机处于发电状态，不过如果定子不接电网，电机不能从电网吸取无功电流建立磁场，就发不出有功电能。这时，如在异步电动机三相定子出线端并上三相电容器提供无功功率即可发出电来，这便是所谓自励式异步发电机。

回馈制动常用于高速且要求匀速下放重物的场合。

实际上，除了下放重物时产生回馈制动外，在变极或变频调速过程中，也会产生回馈制动。

二、反接制动

（一）转速反向反接制动（或称倒拉反向反接制动）

图3—50  电动机转速反向反接制动电路图

转速反向反接制动如图3—50所示，异步电机转子串接较大电阻接通电源，起动转矩方向与重物G产生的负载转矩的方向相反，而且T_st<T_L，在重物G的作用下，迫使电机反T_st的方向旋转，并在重物下放的方向加速。其转差率s为

随|-n|的增加，s、I₂及T_em都增大，直到满足T=T_L(图3—51中的B点)，电机转速为-n₂稳定运行，重物匀速下放。图3—51中所示机械特性的第四象限(实线部分)，即为异步电机转速反向反接制动的机械特性。

图3—51  转速反向反接制动时的异步电机特性

转速反向反接制动适用于低速匀速下放重物。

电动机工作在反接制动状态时，它由轴上输入机械功率，定子又通过气隙向转子输送电功率，这两部分功率都消耗在转子电路的总电阻上。

（二）定子两相反接的反接制动

图3—52   异步电机定子两相反接的电路图与机械特性

（a)电路图；（b)机械特性

设异步电动机带反抗性负载原来稳定运行于电动状态如图3—52（b)的A点，为了迅速停车或反转，可将定子两相反接，并同时在绕线式异步电动机转子回路中接电阻R_f ，如图3—52(a)所示，由于定子相序的改变，使旋转磁场的方向发生改变，从而使异步电动机的工作点从原来电动机运行机械特性上的A点，转移到新的机械特性(通过-n₁的特性)上的B点。此时，由于转子切割磁场的方向与电动状态时相反，则感应电动势的方向也改变。此时的转差率为

由上式可知，s>1是反接制动的特点(含转速反向和两相反接两种制动)。

两相反接时，E₂、sE₂、I₂及T_em都与电动状态时相反，即电机转矩变负，与负载转矩共同作用下，使电动机转速很快下降，如图3—52（b)中的BC段。当转速降至零(即c点)时如不切除电源，则电动机反向加速而进入反向电动状态(对应于CD段)，当加速到D点，电动机稳定运转，从而实现了反转。

以上分析是电动机带反抗性负载的情况，当电动机带位能性负载，用两相反接时，负载转矩不变，但电磁转矩T_em变负，在电磁转矩T_em和负载转矩T_L的共同作用下，使电动机减速，直到转速为零时，在T_em和T_L的作用下，电动机反向起动并加速。随转子反向加速，电磁转矩仍为负，但绝对值减小，直到转速达—n₁时，T_em=0。由于负载的作用，转速继续升高，此时T_em>0，直到T_em=T_L，电动机才稳定运行于图3—52（b)中的E点。

定子两相反接制动，无论负载性质如何，都是指两相反接开始到转速为零为止这个过程。两相反接制动的优点是制动效果好，缺点是能耗大，制动准确度差，如要停车，还须由控制线路及时切除电源。这种制动适用于要求迅速停车并迅速反转的生产机械。

异步电动机带位能性负载时，两相反接使转速反转后，在图3—52（b)上D点不能稳定运行，还将继续反向加速，当|-n|>|—n₁|时，电动机进入反向回馈制动状态。

应当指出，上述两种反接制动，虽然电动机轴上都有机械功率输入，但有所不同。在转速反向的反接制动时，这部分机械功率由位能性负载提供；而定子两相反接制动，则是整个转动部分所储存的动能提供。因此，前者可恒速运转，后者只能减速，因为储存的动能随转速的降低而减小，以致不能保持恒速运转。

三、能耗制动

设异步电动机原在图3—53（b)中的A点运行，此时，图3—53（a）中KM₂的触点断开，KM₁闭合。为了迅速停车，断开KM₁使电机脱离电网，并立即闭合KM₂，则定子两相绕组通入直流，在定子内形成一个固定磁场。此时转子因惯性继续旋转，导线切割磁场，在转子中产生感应电动势及感应电流。根据左手定则可确定转矩的方向与转速的方向相反（根据定子磁场与转子电流有功分量的方向确定)，故为制动转矩。

当直流励磁电流不变，转子内电阻增加，对应于最大转矩的转速也增加(s_mr₂)，但最大转矩不变，如图3—53（b)中曲线1与3所示。曲线3为串较大电阻时的特性。

当直流励磁电流增加，转子串电阻不变，对应于最大转矩的转速不变，但最大转矩增大，如图3—53（b)中曲线1与2所示，曲线2为直流励磁电流较大时的特性。

由图3—53（b)所示能耗制动时的机械特性可以看出，改变转子串接电阻或定子直流励磁电流的大小，都可调节制动转矩的大小。当电动机转速下降为零，制动转矩也为零，因此采用能耗制动能准确停车。由图3—53（b)还可看出，能耗制动机械特性向第四象限延伸，可用以低速下放重物。它广泛应用于矿井提升及起重运输机械等。

图3—53   异步电动机能耗制动的电路图及机械特性

a)电路图；b)机械特性

在绕线式异步电动机的拖动系统中，采用能耗制动可以使系统迅速停车。