对异步电动机制动方式的研究

摘要　异步电动机的制动方式对保证人身及设备安全有着非常重要的意义。文中介绍了几种常用的制动方式的特点，对不同制动方式进行了技术比较，分析了他们各自的实用场所，为实际应用提供了科学的理论依据。

关键词　制动方式　能耗制动　机械制动　反接制动

1　概述

所谓制动就是在电动机的轴上施加一个与旋转方向相反的力矩，以加快电动机停车的速度或阻止电动机转速增大。很多生产机械都希望在停车时有适当的制动作用，使运动部件迅速停车，这就需要对拖动的电动机进行制动，制动的方法有两大类：机械制动和电气制动。起重机械中广泛应用机械制动；电力拖动系统中广泛采用电气制动。常用的电气制动方法有三种：反接制动、能耗制动和再生发电制动。

2　各种制动方式的特点和实用场所

2.1机械制动

机械制动是利用机械装置使电动机在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，采用比较普遍的机械制动设备是电磁抱闸。

电磁抱闸断电制动控制电路如图1所示。

其特点为：

(1)可以克服任何外加力矩，如提升机起吊重物时，通过抱闸可以使中途停留在需要的高度；

(2)制动时间短，但冲击力振动大。

这种制动方法在起重机械上广泛应用。当重物吊到一定高处，线路突然发生故障，电动机断电时，电磁抱闸线圈也断电，闸瓦立即抱住闸轮使电动机迅速制动停转，从而可防止重物掉下。其优点是能准确定位，也可利用这一点将重物停留在空中某个位置。

2.2短接制动

短接制动，将电机的绕组短接，利用绕组自身的电阻消耗能量，如图2所示。这种制动方法用于小容量电动机对制动要求不高的场合，优点是无需特殊的控制设备，简单易行。

2.3反接制动

反接制动通过改变定子绕组上所加的相序来实现。控制电路如图3所示。

反接制动的特点为：

(1)设备简单，制动迅速，适用于制动要求迅速，系统惯性较大的场合；

(2)制动能量损耗较大，而且产生较大制动冲击，不宜于频繁制动；

(3)由于反接制动时转子电流比直接启动时的电流还大(反接制动电流可高达额定电流的10倍左右)，因此在定子回路增加了限流电阻R。

反接制动制动力强，设备投资少，但制动准确性差，易损坏传动部件。因此适用于5kw以下小容量的电动机，如铣床、镗床等主轴的制动。

2.4能耗制动

能耗制动是一种应用很广泛的电气制动方法。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，依靠转子的惯性转动切割磁场产生制动力矩的方法。

能耗制动准确，主要用于较大容量、要求制动平稳和制动频繁的场合。

2.4.1能耗制动控制电路

(1)半波整流能耗制动

10kW以下小容量电动机对制动要求不高的场合常采用半波整流能耗制动。

(2)桥式整流能耗制动

较大容量电动机对制动要求较高的场合采用如图4和如图5所示的这两种控制线路实现。

通过调节电位器R的大小，制动转矩可宽范围地调节，可获得较佳的效果。

2.4.2能耗制动特点

(1)制动平稳准确，能量损耗小；

(2)须附加直流电流装置，设备费用较高，用于制动平稳准确的场合；但不适用于紧急停车；

(3)通入定子绕组直流电流的大小将决定制动转矩的大小，电流越大，产生的制动转矩也越大，而通入电流太大会烧坏定子绕组，鼠笼式异步电机一般取直流电流为电机空载电流的3～4倍。

2.5再生发电制动

再生发电制动又称回馈制动，可将负载的机械能转换为电能反送到电网中。其特点为：

(1)不需要改变线路，即可从电动状态自动转入再生发电制动状态。

(2)只有当n>n0才能获得再生转矩，此时能量可回馈到电网，比较经济。

(3)这种制动只能得到稳定转速(如稳速下放重物)而不能使电机停止运转。

再生发电制动常用于电车下坡和多速异步电动机(如双速电动机由2极变为4极)等。

2.6变频器直流制动

通用变频器提供的制动方式有能耗制动、再生制动、整流回馈等，在转动惯量较大的工况条件下，需另外购买变频器厂家提供的专用制动单元／制动电阻，无形中增大了成本，所谓直流制动，指当变频器的输出频率接近为零，电机的转速降到一定数值时，变频器改向定子绕组中通入直流，此时电机处于能耗制动状态，转动着的转子切割磁场产生制动转矩，使电机迅速停止。

利用变频器直流制动功能实现交流拖动系统准确停车，省去了价值昂贵的变频器专用制动单元／制动电阻，有效降低了设备成本，工作稳定可靠，控制精度高。

电能回馈提高了系统的效率，其缺点是：系统不能频繁进行启／停，否则造成变频器直流电路故障；系统降速不能过快，提升机、电梯等下放重物的工况不适宜采用。

变频器直流制动由于控制精度高，在实际中获得了广泛的应用。

3　各种制动方式的比较

各种制动方式的比较见表1。

4　各种制动方式的实用场所及选择

起重机械上广泛应用机械制动，如提升机起吊重物等，制动力矩大；对制动要求不高小容量电机选择短接制动；反接制动迅速，但制动准确性差，因此适用于小容量电动机(一般为5kW以下)不需经常起动和停止的场合，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动；能耗制动平稳、准确，主要用于较大容量的电动机制动或制动频繁、准确的场合，如磨床砂轮、立式铣床主轴的制动；再生发电制动常用于起重机下放重物等。

变频器直流制动稳定可靠，成本较高，用于要求制动精确的场合。

5　结束语

电动机的制动方法较多，其各有特点和实用场合。小容量异步电动机常采用反接制动；起重机械上广泛采用机械制动；对制动要求平稳准确的较大容量电机选择能耗制动；变频器直流制动精度高，制动效果好，得到越来越广泛的应用，缺点是成本高。现在一种成本较低的新型的电容反馈制动方式已出现，由于技术还不太成熟，目前我国只有山东风光电子公司在开始采用，随着变频器应用领域的拓宽，这个应用技术将大有发展前途，主要用在矿井中的吊笼(载人或装料)、起重机械等行业。总之需要能量回馈装置的场合都可选用。