3.3.3 三相異步電動機的電氣控制

若三相異步電動機的電磁轉矩T與轉速n方向相反，則電動機處于制動狀態，這時，T為制動轉矩，起反抗旋轉的作用；同時，電動機從軸上吸收機械能、轉換為電能，回饋給電網，或者消耗在轉子回路。通過控制三相異步電動機可以使系統迅速減速及停車，或者限制位能性負載下放速度，使電動機處于某一穩定制動運行狀態，電動機的轉矩T與負載轉矩相平衡，系統保持勻速運行。

三相異步電動機的制動方法有回饋制動、反接制動、能耗制動三種，相應的運行狀態有回饋制動狀態、反接制動狀態、能耗制動狀態。

1.回饋制動

電動機轉速超過同步轉速n₁ ，即n＞n₁ ，異步電動機處于回饋制動狀態，如圖3-24所示。此時，s＜0，等效電路中的變為負，具有以下特點。

1）電動機輸出機械功率P_m =＜0。

2）定子轉換到轉子的電磁功率P_M =＜0。

3） P_m ＜0及P_M ＜0，電動機不輸出機械功率，負載向電動機輸入機械功率。

4）電動機有功功率P₁ =3U₁I₁ cosφ₁ ＜0，電動機向電網輸出有功功率。

5）電動機無功功率Q₁ =3 U₁I₁ sinφ₁ ＞0，電動機需要從電網吸收無功，輸入無功勵磁電流，建立旋轉磁通勢。

如圖3-24所示，出現回饋制動的情況有兩種。

1）穩態回饋制動運行，這時，負載轉矩是與旋轉方向同向的拖動性轉矩，電動機由負載拖動超過同步轉速n₁旋轉，電動機運行在Ⅱ象限，并穩定運行在圖3-24a中的A點，如重物下放、電動汽車下坡等。

2）非穩態回饋制動運行，如

① 變頻調速時，電動機原來運行于圖3-24 b中的A點，若突然降低變頻器輸出頻率，同步轉速由n₁變為，由于轉速不能突變，電動機的運行點由點A跳至點B，電動機轉矩由正（拖動轉矩）變為負（制動轉矩），負載轉矩仍為阻轉矩（在Ⅰ象限），系統減速，從B點沿曲線2減速，經過點C，直到D點穩定運行，其中，BC段運行為回饋制動，CD段為電動。

② 變極調速時，圖3-24 c中電動機由少極數運行穩定點A轉為多極數運行時，工作點跳至B點，電動機在BC段運行為回饋制動狀態、CD段為電動狀態。變極回饋制動常用于雙速電梯減速制動、多速離心機減速制動停車等場合。

2.反接制動

電動機穩定運行，突然改變其三相電源相序，則會產生制動，稱為反接制動。反接制動時，同步轉速為-n₁ ，轉差率s=＞1，異步電動機等效電路中為負值，具有以下特點。

1）電動機輸出機械功率P_m =＜0。

2）定子到轉子的電磁功率P_M =＞0。

3） P_m ＜0及P_M ＞0，電動機不輸出機械功率，而是輸入機械功率，定子向轉子傳遞電磁功率。

4）轉子回路銅損耗P_Cu2 ==P_M-P_m =P_M +，轉子回路消耗了定子傳送來的電磁功率和負載輸入的機械功率，能量消耗很大。

圖3-25所示為異步電動機反接制動機械特性，制動過程從B點開始，到C點（n=0）結束；通過點C后，電動機將反向起動。若反接制動僅僅作為制動停車用，則在C點附近應及時切斷電源。

可見，反接制動適用于快速制動停車場合，通常在轉子回路串接制動電阻，用于限制過大的沖擊電流。因電流沖擊較大，該方法一般只能用于小容量異步電動機。

3.倒拉反轉

繞線轉子異步電動機拖動位能性恒轉矩負載（如吊起的重物）下放時，當在轉子回路串電阻時轉速下降，該電阻值超過某數值后，電磁轉矩T＜T_L（0＜s＜1），電動機反轉（位能性負載拉著電動機反轉）。

如圖3-26所示，在轉子回路中串接電阻r_j來控制下放速度。串接后人為機械特性變成曲線3，并穩定運行在點B。此時，電動機電磁轉矩T＞0、轉速n＜0，電動機在第Ⅳ象限倒拉反轉制動區運行。

4.能耗制動

（1）能耗制動原理

如圖3-27所示，交流接觸器KM₁合上、KM₂斷開時，電動機定子繞組接在交流電源上，電動機正向電動運行；在電動機做正向電動運轉時，若交流接觸器KM₁斷開、KM₂合上，定子繞組不接交流電源，而是將兩相繞組接到直流電源上，電動機處于制動狀態，此時，在定子繞組中流過一恒定的直流電流，在電動機中建立一個相對于定子位置固定、大小不變的恒定磁場，該磁場相對于正向旋轉的轉子而言，是一個反向旋轉磁場，該磁場在轉子中感應出的電流所產生的轉矩方向是反向的，即為制動性轉矩。

（2）能耗制動機械特性

圖3-27 b所示為機械特性。電動運行時，電動機穩定運行在點A；電動機定子通入直流，相當于通入頻率f₁等于零的交流，這時，電動機的機械特性是過原點的曲線，其最大轉矩的大小取決于直流電壓的大小，機械特性為曲線2，電動機的工作點由點A跳到點B，系統將從B點開始沿曲線2減速，直到坐標軸原點電動機停轉。制動時，電動機輸入的機械能全部轉換成轉子的電能，最終全部消耗在轉子回路的電阻上。

能耗制動機械特性的特點如下。

1） T-n曲線過坐標原點。

2）通入定子的直流電流大小不變，T_m不變，但當轉子回路的電阻增大時，T_m對應的轉速增加。

3）轉子回路電阻不變，增大直流電流，T_m相應增大，n_m不變。

4）若拖動位能性負載，當轉速減速到零時若要停車，必須用機械抱閘將電動機軸剎??；否則，電動機將在位能性負載轉矩拖動下反轉，直到新的穩定運行點（T=T_L），電動機處于穩定的能耗制動運行狀態，使負載保持均勻下降。通過調節在轉子回路中串接電阻的大小，可以控制位能性負載作用下重物的下放速度，電阻越大，下放速度越快；改變定子直流電流，可以改變制動轉矩大小。應在獲得較大的制動轉矩的同時，避免定、轉子回路電流過大而使繞組過熱。通常，對于籠型異步電動機，取直流電流I=（3.5～4）I₀，其中，I₀為電動機空載電流；針對繞線轉子異步電動機，取 I=（2～3） I₀，轉子回路串接電阻 R_Ω =（0.2～0.4）。

5.阻容制動

異步電動機也可以通過將電能消耗在外接電阻上的方法來實現制動。異步電動機進入獨立（無源）發電要有一定條件，即電動機要旋轉，還要有外部并聯的電容器，且開始時其鐵心要有剩磁或有外部的初始勵磁。圖3-28所示為異步電動機阻容制動原理圖，接觸器KM₁合上、KM₂斷開時，電動機由交流電源供電，電動機正常旋轉；KM₁斷開、KM₂合上時，在剩磁及電容作用下，異步電動機自勵發電，把機械能轉換成電能而消耗在外接電阻R上，電動機運行在阻容制動狀態。

6.軟停車與軟制動

1）軟停車，指電動機的工作電壓由額定電壓逐步減少到零的停車方法，如逐漸改變晶閘管的導通角α，使得電動機的工作電壓逐步降低。

2）軟制動，指采用能耗制動方式，即停止給定子提供交流電源，改為由直流電源供電，產生制動轉矩使電動機快速停車。