引言

異步電動機的制動就是在電動機軸上施加一個與電動機轉速相反的電磁轉矩,使電動機轉動快速停下,此時異步電動機機械特性運行在第二、第四象限。制動可應用在很多場合,如電梯上升或下降停止的過程,汽車的制動過程,數(shù)控機床等生產(chǎn)機械。異步電動機制動的方法有能耗制動、反接制動和回饋制動3種。

實驗儀器可以對電機與拖動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)進行較好地觀察,但由于電機的動態(tài)過程較短,對其動態(tài)過程進行測試與觀察較為困難。而Matlab/Simulink仿真軟件有電力系統(tǒng)模塊,可以通過原理圖構造Simulink模型進行仿真。本文采用Matlab/Simulink仿真軟件,仿真異步電動機制動的動態(tài)過程,進一步研究異步電動機的各種制動情況。

1異步電動機制動原理

1.1能耗制動工作原理

能耗制動時,儲存在轉子中的動能轉變?yōu)檗D子銅耗,以達到迅速停車的目的,所以這種方式稱為能耗制動,能耗制動接線圖如圖1所示。能耗制動具體操作為電動機在運行的情況下,將開關S1打開,電動機的定子與三相交流電源斷開,立即將開關S2閉合使定子繞組內(nèi)接入直流電流,產(chǎn)生一個在空間上不動的靜止磁場,此時轉子由于慣性作用仍然按原方向進行轉動,電機轉子繞組轉動切割恒定磁場將會產(chǎn)生感應電流,感應電流與恒定磁場之間相互作用,產(chǎn)生電磁轉矩,此轉矩與轉子由于慣性作用而與轉動的方向相反,因此電磁轉矩起制動作用,使轉子停下來。當轉子不再轉動時,就不再切割磁場,不產(chǎn)生感應電動勢和感應電流,制動狀態(tài)運行完成,電機停止。

連接定子繞組的直流電流的大小、電機轉子轉速的快慢,決定了能耗制動速度的快慢。當轉子轉動速度一定時,接入電機定子繞組的直流電流越大,制動速度越快。

能耗制動適用于大型電機,適用于轉速降低平穩(wěn)、制動較為頻繁的場合。

1.2反接制動工作原理

三相異步電機運行時,如果改變外加三相交流電源的相序,使電機氣隙磁場旋轉方向反向,感應在轉子中的感應電動勢和電流反向,由于轉子慣性作用,轉子轉向不變,所以由轉子電流產(chǎn)生的電磁轉矩方向與轉子轉向相反,電機處于反接制動狀態(tài),使轉速迅速降低。由于定子相序發(fā)生改變,相應的同步轉速由n1變?yōu)?n1。此時

由于s大于1,所以電機處于制動狀態(tài)。這種制動方法的優(yōu)點是制動迅速,設備簡單,適用于5kw以下容量的電機,不適合頻繁制動:缺點是制動電流很大,需要采取限流措施,并且制動時能耗大,振動和沖擊力也較大。

1.3回饋制動工作原理

回饋制動是指三相異步電機轉子實際轉速超過同步轉速的一種制動狀態(tài),當在電機轉子上作用的轉速超過磁場轉速n1時,電磁轉矩與轉子轉動方向相反,從而限制轉子轉速,起制動作用。當轉子轉速上升后,電能從電機的定子返給電網(wǎng),該制動稱為發(fā)電制動。此時轉子軸上輸出的總機械功率Pmec<0,電機向電網(wǎng)饋電?；仞佒苿映Ｓ糜诟咚偾乙髣蛩傧路胖匚锏膱龊?比如電梯等。

2異步電動機制動建模與仿真

2.1能耗制動建模與仿真

圖2為能耗制動仿真模型,選擇鼠籠式異步電機,極對數(shù)為2,相電壓220<,頻率50Vz,電機負載為3N·m,測量模塊監(jiān)測電機定子三相電流、轉子三相電流、轉子角轉速、轉矩,并通過示波器顯示出來。電阻R為100,直流電為100<,電動機運行到1s時,三相開關將電動機定子繞組從三相電源上斷開,同時電動機定子繞組A相和B相,加入直流電100<,電機進入能耗制動狀態(tài)。圖3為能耗制動仿真波形圖,從圖中可以看出,電機經(jīng)過0.4s,電動機就迅速停機。

2.2反接制動建模與仿真

圖4為反接制動仿真模型,電動機運行到1s時,三相開關將電動機定子繞組相序進行交換,A相電源接定子B相繞組,B相電源接定子A相繞組。電機轉子由于慣性繼續(xù)保持原方向轉動,電磁轉矩與轉子方向相反,電機處于制動狀態(tài)。圖5為反接制動仿真波形圖,從圖中可以看出,經(jīng)過0.25s,電機制動過程結束,電機的轉速下降非?？?與理論是一致的。

2.3回饋制動建模與仿真

圖6為回饋制動仿真模型,回饋制動的電路模型是將電機負載轉矩改為負值,當電機轉速超過同步轉速時,電動機將進入發(fā)電狀態(tài),產(chǎn)生反向轉矩,限制轉速。異步電動機運行到1s時,進行回饋制動仿真。圖7為回饋制動的仿真波形圖,從圖中可以看出,在1s時電動機進入回饋制動,轉速升高,電能從電機的定子返給電網(wǎng),與理論相一致。

3結語

本文利用Mat1ab/Simu1ink仿真軟件,構造了異步電機制動的各種仿真模型,仿真異步電機制動的動態(tài)曲線,這對加深異步電機制動過程的理解以及設計異步電機準確停機具有一定的意義。

20220423_6263fee4699b4__異步電動機制動及其仿真分析