三相异步电动机能耗制动控制系统.docx
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三相异步电动机能耗制动控制系统
摘要
与直流电动机相比，三相异步电动机更具有经济实惠的优点。
按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式这两种。
笼式转子的异步电动机结构简单，运行可靠，重量较轻，价格便宜，得到了广泛的应用。
绕线式三相异步电动机的转子和定子的一样也设置了三相绕组并通过滑环，电刷的与外部的变阻器连接。
由于异步电动机比直流电动机更具有以上优势，所以异步电动机有取代直流电机的前景，于是我们就不得不对异步电动机要求更深一步的了解，而相对于绕线式异步电机来说，笼式异步电机以其简单的结构而占据大部分市场，所以笼式异步电动机将会是我们研究的重点。
三相异步电动机在制动方面和直流电机一样具有：
能耗制动，反接制动，转子反向的制动以及回馈制动。
而这几类制动方式中能耗制动最易实现，原理简单。
关键词：
转子结构；能耗制动；反接制动
1绪论
1.1设计思路
1.1.1能耗制动的过程
切断电动机的三相电源后，立即在定子绕组中通入一个直流电源，以产生一个恒定的磁场，而因惯性旋转地转子绕组则切割磁力线产生感应电流，继而产生与惯性转动方向相反的电磁转矩，对转子起到制动作用。
当电动机转速降至零时，再切段直流电源。
1.1.2能耗制动的特点
能耗制动的特点是将电机和三相电源断开而与直流电源接通，电动机像发电机一样，将拖动系统的动能转换成电能消耗在点技能不得电阻中。
1.1.3能耗制动的四个方面
A:
制动作用的强弱与电流的大小和电动机的转速有关，在同样的转速下电流越大制动作用越强。
一般直流电流为电动机空载电流的3—4倍，过大会使定子过热。
B：
电动机能耗制动时，制动转矩随电动机的转矩转速下降而减小，故制动平稳且能量消耗小，但是制动力较弱，特别是低速时尤为突出，另外控制系统需要附加直流电源装置。
C：
一般在重型机床中常与电磁抱闸配合使用，先能耗制动，待转速将至一定值时，再令抱闸作用，可有效实现准确、快速停车。
D：
能耗制动一般用于制动要求平稳准确、电机容量大和起制动频繁的场合。
2能耗制动的主电路
2.1电路图
2.2电动机型号
Y280S-2额定功率75kw，额定电流139A，转速2970r/min,效率92%，功率因数0.891（见附录一）
参数如下：
Pn=75kw
Un=380V
nN=2970r/min
In=139A
功率因素=0.891
堵转转矩/额定转矩=2
堵转电流/额定电流=7
最大转矩/额定转矩=2.2
Sn=（3000-2970）/3000=0.01
Tn=60*Pn/（2*3.14*nN）=241.2N*m
TM=2.2*Tn=530N*m,
Ts=2*Tn=482N*m
2.3电路元器件
2.3.1参数
序号
名称
型号
具体参数
1
刀开关（QS）
HR5-400/31
三级380V630A
2
熔断器（FU）
RL1
380V熔断点630A
3
热继电器（FR）
TK-N12S-C
（0.6-0.8In）
4
交流接触器（KM）
CJX-8
5
自复位按钮（SB）
KI-31/KSD301
6
时间继电器（KT）
中间继电器
2S
7
可调电阻
R
8
变压器（TC）
POWEREX单相变压器
9
单相桥式整流器
VC
2.3.2元器件工作特性
1、刀开关：
熔断式隔离开关作为电源开关在高短路电流配电电路和电动机电流路中起短路保护作用
2、熔断器：
当电路电流超过630A时，熔断器熔断，电路断开。
3、热继电器：
当电机出现超过额定电流的过载时，电机会出现温升现象，电机最终会被烧坏，串联了热继电器后，热继电器的开闭点是在控制回路中，从而控制电机的断电或送电。
4、交流接触器：
交流接触器的动作动力来源于交流电磁铁，电磁铁由两个“山”字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定，在上面套上线圈，工作电压有多种供选择。
为了使磁力稳定，铁芯的吸合面，加上短路环。
交流接触器在失电后，依靠弹簧复位
5、自复位按钮：
利用碟形双金属片在温度作用下产生瞬间跳动的原理,通过机构的作用,使触点迅速动作,达到断开或接通电路的目的.其工作温度固定,无须调整;动作可靠干脆,电弧小;使用寿命长;无线电干扰少。
6、时间继电器：
一种使用在较低的电压或较小电流的电路上，用来接通或切断较高电压、较大电流的电路的电气元件，同样也是用来控制较高电压或较大功率的电路的电动开关：
给继电器工作线圈一个控制电流，继电器就吸合，对应的触点就接通或断开。
7、可调电阻：
通过调节可调电阻，改变直流电源的大小，电动机定子通过的电流越小，转子切割磁感线产生的电磁转矩越小，制动时间越长；反之，电阻越小，电流越大，制动时间越短。
8、变压器：
在制动时电动机需要恒定的直流电源，所以变压器就是将将交流电整流成直流电的器件.
3整流电路
3.1电路图
3.2元器件的选取
KP200A型晶闸管
POWEREX单相变压器，变压比为1/2
产品名称
设备专用控制变压器
产品型号
PTID（1一10KVA）
输入电压
单相200V、220V、240V、380V、等（客户指定）
输出电压
12V、24V、36V、100V、110V、220V等（客户指定）
绝缘等级
F级
物理温升
75K
耐压强度
3000V无击穿（一分钟）
噪音等级
<50db（80CM水平距离测试）
保护等级
IP00
3.3整流电路工作原理
在单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。
在u2正半周，若4个晶闸管均不导通，负载电流id为零，ud也为零，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受u2的一半。
若在触发器角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。
当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和并VT4关断。
在u2负半周，仍在触发器α处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。
到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。
4控制电路
4.1控制电路
4.2.1控制线路分析
该线路利用时间继电器进行自动控制，其中直流电源由单相桥式整流器VC提供，TC是整流变压器，电阻R是用来调节直流电源的，从而调节制动强度，电阻R越大，电动机定子通过的电流越小，转子切割磁感线产生的电磁转矩越小，制动时间越长；电阻R越小，电动机定子通过电流越大，转子切割磁感线产生的电磁转矩越大，制动时间越短。
4.2.2控制过程分析
合上电源开关QS，按下启动按钮SB1，接触器KM1线圈通电，常开主触点和自锁触点闭合，电动机启动运行。
制动时，按下停止按钮SB2，接触器KM1断电释放，电动机脱离三相交流电源，同时接触器KM2与时间继电器KT通电，KT开始计时，KM2常开主触点和自锁触点闭合，电动机开始能耗制动。
经过一段时间T后，电动机转速接近于零，时间继电器延时断开的常闭触点断开，使KM2断电释放，切断直流电源，KM2断电后，常开触点断开，使时间继电器KT断电释放，电动机能耗制动过程结束。
T是电动机从制动到停转所需要的时间，此处时间T取值为2
5能耗制动
5.1能耗制动特性曲线
5.2能耗制动判定
制动时，断开KM1，KM2接通，定子就接到了直流电源上。
直流电流通过定子绕组，产生恒定不变的磁场，这时转子仍在沿着原来的方向旋转，用右手定则可知在转子绕组中产生的感应电动势和电流的方向，转子电流与恒定磁场相互作用产生的电磁转矩的方向可由左手定责判定。
5.3能耗制动过程
制动前，电动机拖动负载TL工作在固有特性是上的a点，作电动机运行。
制动时，因机械惯性，转速n来不及改变，工作点由a平移到能耗制动时的人为特性b上。
此时，T反向，成为制动转矩，制动过程开始。
在制动转矩的作用下，转子转速迅速下降，工作点沿人为特性由b点移至o点，此时n=0，转子与恒定磁通之间没有相对运动，不会在转子绕组中产生感应电动势和电流，因而电磁转矩自动变为零。
制动过程结束，实现了系统的迅速停机。
虽然这时T=0，系统不会自动启动，为节省起见，应将开关Q2断开。
6设计参数
Pn=75Kw
P指的是电机的功率
Pn指的是电机的额定功率
Un=380V
Un指的是电机工作所需的额定电压
IN=139A
In指的是电机工作所需的额定电流
Nn=2970r
Nn指的是电机工作时的额定转速
Tn=60/2π×75000W/2970r=241N*M
Tn指的是低年级工作时的额定转矩
Tmax/Tn=2.2
Tst/Tn=2
Ist/In=7
IST=139A×7=973A即PTC热敏电阻所允许的最大电流大于973A
RA=UN/IST=380V/（139A×7）=0.39Ω
转子电阻可近似看成是电机工作电压除与启动电流
整流电路负载R为0.39Ω×2≈0.78Ω
根据经验I0=（0.2~0.3）×IN=27.8~41.7A
空载电流为额定电流的0.2到0.3倍
Id=（2~3）I0=55.6~125.1A
能耗制动直流电源的大小
Ud=2RA×Id=43.2~97.6V
在单向桥式全控整流电路中，Ud=0.9U2×（1+cosα）/20<α<180
U2max=216VU1=380V所以变压器的变压比近似为1/2
Sn=U2xId=216×125.1A=27133VA所以变压器的额定容量约为28KVA
结论
通过此次课程设计，我对三相异步电动机能耗制动的原理和方法有了更进一步的了解，同时对电动机的种类和结构也有了深刻的认识。
起初在得到这个课程设计的题目时我根本不知道三相异步电动机能耗制动是怎么一回事，虽然在课本中有过介绍，但不过是非常肤浅的讲解，对于其原理构件一无所知，后来通过查阅资料，我对于三相异步电动机能耗制动的认识渐渐增加，我开始慢慢知道它的电路图、原理、以及所需要注意的要求点。
有了一些了解，我开始自主找符合电路的器件，首先是找电机，我查看了很多点击的型号，然后找了一个在工作制电压下，功率较大的电机，虽然能耗制动不太适合大功率的电路，但是如果我选择一个新的电机，那么我就可以重新自我计算数据，而不是照搬网上的材料。
很高兴课程设计终于做完了，有些地方虽然还有瑕疵或者不尽如人意的地方，但是这是我自主寻找数据以及器件得出来的，所以还是有一点小自豪。
本次课程设计培养了我独立思考、分析问题和解决问题的能力，做到了理论联系实际。
同样也让自己变得更加严肃认真，仔细严谨，为以后工作做了一次好的实践，积累了自己的能力。
心得
经过两个星期的学习，不但对书本上的知识有了更深一层的理解，同时也清楚的了解到，如何将书本上学到的知识应用到实际生活中。
在设计过程中，不但对书本上的知识有了更深一层的了解，同时也清楚地了解到，如何将书本上学到的知识应用到实际生活中。
在设计过程中，不断的学习、思考和同学讨论，锻炼了自己处理问题的能力，全面提高了个人的综合能力，开拓了思维，为今后走向社会，在相应的工作岗位中发光发热打下了坚实的基础。
参考文献
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[2]杨文焕著，电机与拖动基础，西安电子科技大学出版社，2008
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