任务4 三相异步电动机制动控制线路的安装与检修
一、工作任务
（一）任务要求
根据三相异步电动机反接制动控制线路的电气原理图进行实际控制电路的安装和调试。
（二）任务目标
1.能力目标
（1）能够熟练地看懂电气控制原理图。
（2）掌握速度继电器的使用方法。
（3）掌握常用低压电器的正确安装和使用方法。
（4）掌握三相异步电动机制动控制电路的安装、接线和调试方法。
2.知识目标
（1）了解三相异步电动机制动控制的基本原理和常用方法、使用场合。
（2）掌握三相异步电动机制动动控制电路的工作原理、控制特点。
（3）了解速度继电器的结构、原理。
二、相关知识
三相异步电动机切断电源后，由于惯性作用，总要经过一段时间才能完全停转，这种情况称为自由停车。在生产过程中，许多设备，如万能铣床、卧式镗床等都要求迅速停车和准确定位。这就要求采用一些措施使电动机在切断电源后迅速停车，这种措施称为电动机的制动。三相异步电动机的制动方式分两大类：机械制动和电气制动。机械制动是由机械装置使电动机在切断电源后迅速停车，如机械抱闸、电磁抱闸等；电气制动是在电动机停车时，产生一个与原来转动方向相反的制动转矩，迫使电动机迅速停车。本任务介绍两种常用的电气制动控制电路：反接制动控制电路和能耗制动控制电路。无论哪种控制方式，在制动停车过程中，电流、转速、时间三个量都在变化，因此，可以用时间继电器来控制制动时间，发出制动结束控制信号，保证电动机准确停车，这就是所谓的按时间原则控制；也可以用速度继电器检测转速，发出制动结束信号，保证电动机准确停车，这就是所谓的按速度原则控制。
（一）速度继电器
1.速度继电器的用途
速度继电器是当转速达到规定值时动作的继电器，主要用于电动机反接制动的控制电路中，当反接制动时转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。由于这种继电器的触头动作与电动机的转速有关，所以叫做速度继电器，又因速度继电器主要用于电动机的反接制动，所以也称其为反接制动继电器。
2.速度继电器的结构
图1-4-1为速度继电器的外形结构及工作原理示意图。其主要由转子、定子及触头三部分组成。转子是一块永久磁铁。定子的结构与鼠笼式异步电动机转子相似，是一个空心圆环，由硅钢片叠压而成，并装有笼型绕组。
1—转子；2—电动机轴；3—定子；4—笼型绕组；5—定子柄；6—动触头；7—反力弹簧
图1-4-1 速度继电器的外形结构及工作原理示意图
3.速度继电器的工作原理及图形符号和文字符号
速度继电器在使用时，其轴与电动机轴相连，外壳固定在电动机的端盖上。当电动机转动时，速度继电器的转子1（磁极）随之一起转动，在气隙中形成一个旋转磁场。定子绕组4切割该磁场而产生感应电动势及感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使定子3随着转子转动的方向偏转，定子柄也随之偏转，转子转速越高，定子绕组中的感应电流越大，电磁转矩也就越大。当电动机转速达到某一值时，定子偏转到一定角度，定子柄5推动相应触头，使继电器的触头动作，同时也压缩反力弹簧，其反作用阻止定子继续转动。当电动机转速低于某一值时，电磁转矩小于反力弹簧的反作用力矩，定子柄恢复原状态，继电器触头也回到正常位置（称为复位）。电动机旋转方向改变时，继电器的转子与定子的转向也改变，这时定子柄就可以触动另外一组触头，使之动作。
速度继电器的动作转速一般不低于100～300r/min，复位转速约在100r/min以下。可以通过调节螺钉来改变，以适应控制电路的要求。
机床常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种，它们具有两个动合触头、两个动断触头。JY1型和JFZ0型速度继电器的主要技术数据见表1-4-1。
表1-4-1 JY1型和JFZ0型速度继电器的主要技术数据
图1-4-2为速度继电器的图形与文字符号。
图1-4-2 速度继电器的图形与文字符号
4.速度继电器的选择与使用
（1）速度继电器的选择
速度继电器主要根据电动机的额定转速来选择。
（2）速度继电器的使用
速度继电器的转轴应与电动机同轴连接；速度继电器安装接线时，正反向的触头不能接错，否则不能起到反接制动时接通和断开反向电源的作用。
（二）三相异步电动机电源反接制动控制电路
1.反接制动的基本原理
反接制动原理图如图1-4-3所示。当电动机电动运行时，电动机定子绕组的三相电源相序是L1—L2—L3，电动机转子沿着旋转磁场的转动方向旋转，如图1-4-3（a）所示。当电动机需要停车时，将电动机的三根电源线中的任意两根对调（这种做法称为反接），如图1-4-3（b）所示，改变了电动机电源的相序（L1—L3—L2），使定子旋转磁场的方向与转子的旋转方向相反，电磁转矩亦随之改变方向，这时由于惯性电动机的转向并未改变，于是电磁转矩成为制动性转矩，在制动转矩作用下使电动机迅速减速停车。
图1-4-3 反接制动原理
反接制动时必须注意：当电动机转速接近于零时，必须及时切断电源，否则电动机将反转。为了实现准确停车，在控制电路中常用速度继电器来实现这个要求。
图1-4-4为速度继电器控制的鼠笼式三相异步电动机反接制动控制电路。图中KM1为正转运行接触器，KM2为反接制动接触器，速度继电器KS与电动机M用虚线相连表示同轴，R为反接制动电阻，用以限制反接制动电流。
图1-4-4 按速度原则的单向反接制动控制电路
2.电路工作过程
（1）启动 合上电源开关QS
（2）停车
异步电动机反接制动时，系统存储的机械能以及电网提供的电能全部转变为热能消耗在制动电阻上和电动机绕组上，所以能量损耗很大。
反接制动的优点是制动力强，制动迅速。缺点是能量损耗大，制动准确性差，过大的制动力矩对设备产生过大的机械冲击，易损坏传动机构，再有制动电流大对电网的冲击也大。因此，反接制动一般用于要求制动迅速、不经常起制动的场合。
电动机反接制动的效果与速度继电器触头反力弹簧调整的松紧程度有关。当反力弹簧调得过紧时，电动机转速仍较高时触头就断开，切断控制电路，使制动效果明显变差。若反力弹簧调得过松，则触头返回过于迟缓，造成电动机制动停车后出现短时反转。因此，速度继电器的动作值一般调整到120r/min左右，释放值则调整到100r/min左右。
3.限流电阻R的计算
电动机反接制动时，旋转磁场和转子两者的旋转方向相反，两者的相对转速很高，因此定子绕组中的电流很大，约为电动机直接启动电流的2倍，制动转矩也大。为防止绕组过热损坏和机械冲击，在进行反接制动时，必须在电动机定子电路中串入一定的电阻R，以限制反接制动电流，这个电阻称为反接制动电阻。反接制动电阻的接入方法有两种，即串入对称电阻和串入不对称电阻，前者既限制了制动电流又限制了制动转矩，后者只限制了制动转矩，而未串入制动电阻的一相仍具有较大的电流。
反接制动电阻的阻值可按以下经验公式计算：
式中R——反接制动时定子回路串接的电阻（Ω）；
K——根据允许反接制动电流来决定的系数。当允许反接制动电流等于IST时，k取0.13；当允许反接制动电流等于0.5IST时，k取1.5；
IST——电动机直接起动电流（A）；
IN、UN——电动机额定电流（A）、额定相电压（V）。
若反接制动时，仅在两相定子绕组中串接电阻，电阻值应为上述计算值的1.5倍。
（三）三相异步电动机能耗制动控制电路
1.能耗制动的基本原理
所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源后，给定子绕组加一直流电压，即通入直流电流，产生静止磁场，由于惯性转子按原方向继续转动，转子导体与静止磁场相互作用产生制动转矩，使电动机制动停车。能耗制动原理如图1-4-5所示。
图1-4-5 能耗制动原理
2.能耗制动控制电路
（1）按时间原则控制的单向运行能耗制动控制电路
按时间原则控制是指用时间继电器来控制制动时间，制动结束时间继电器发出制动结束信号，通过控制电路切断直流电源的控制方法。
图1-4-6为按时间原则控制的单向能耗制动控制电路。图中KM1为单向运行接触器，KM2为能耗制动接触器，KT为通电延时时间继电器。
图1-4-6 按时间原则控制的单向能耗制动控制电路
电路工作过程先合上电源开关QS
启动、运行：
制动停车：
时间继电器的整定时间由制动所需时间确定，为使整个停车过程都具有制动力，整定时间可稍长些。
（2）按速度原则控制的可逆运行能耗制动控制电路
按速度原则控制是指用速度继电器来控制制动过程，由速度继电器发出制动结束信号，通过控制电路切断直流电源的控制方法。
图1-4-7为按速度原则控制可逆运行能耗制动控制电路。图中KM1、KM2分别为正转接触器、反转接触器，KM3为制动接触器，KS为速度继电器，KS1、KS2分别为正转和反转时对应的动合触头。
图1-4-7 按速度原则控制可逆运行能耗制动控制电路
电路工作过程
①电动机正向启动运行停车过程
启动运行：合上QS，按下SB2，KM1得电自保、互锁、主触头闭合，电动机正向启动运行，当转速大于120r/min时，KS1闭合。
制动停车：按下SB1，其动断触头先断开，KM1失电，主触头断开，电动机断电，但因惯性电动机转速还很高，KS1仍闭合，按下SB1后，其动合触头在动断触头动作后闭合，于是KM3得电自保、互锁、主触头闭合，电动机接通直流电进入能耗制动状态，转速迅速下降，当转速小于100r/min时，KS1复位断开，KM3失电，切除直流电，能耗制动结束，以后电动机自然停车。
②电动机反向起动运行停车过程
启动运行：合上QS，按下SB3，KM2得电自保、互锁、主触头闭合，电动机反向启动运行，当转速大于120r/min时，KS2闭合。
制动停车：按下SB1，其动断触头先断开，KM2失电，主触头断开，电动机断电，但因惯性电动机转速还很高，KS2仍闭合，按下SB1后，其动合触头在动断触头动作后闭合，于是KM3得电自保、互锁、主触头闭合，电动机接通直流电进入能耗制动状态，转速迅速下降，当转速小于100r/min时，KS2复位断开，KM3失电，切除直流电，能耗制动结束，以后电动机自然停车。
能耗制动的制动转矩大小与通入直流电流的大小及电动机转速有关。同样转速下，电流大，制动作用强。一般接入的直流电流为电动机空载电流的3～5倍，过大会烧坏电动机的定子绕组。图1-4-6和图1-4-7所示电路中的可调电阻RP就是用来调节直流电流大小的。
能耗制动的优点是制动电流较小，能量损耗小，制动准确平稳。缺点是需附加直流电源，设备费用较高，而且制动速度较慢，特别是在低速时这一缺点尤为突出，所以能耗制动一般用于要求制动准确、平稳的场合。
三、任务实施
（一）工作准备
按照任务所需设备、工具、材料器件清单（见表1-4-2）准备材料和元器件。
表1-4-2 任务所需设备、工具及材料清单
（二）训练内容
1.在电路原理图上编写线号。
2.根据电路原理图画出接线图和平面布置图。
3.检查各电器元件质量及规格是否符合要求。
4.根据平面布置图安装元器件。
5.根据电路原理图或接线图的线号进行布线接线。
6.安装电动机和速度继电器并接线。
7.用万用表检查电路接线是否正确，排除故障和隐患。
8.申请通电试车。
9.设置故障和提问。
10.进行评分。
11.清理场地。
12.按规定完成实训报告。
（三）实训报告要求
整理实训操作结果后按规定写出实训报告。实训报告应包含的内容如下：
1.技能训练任务名称。
2.技能训练的任务目标。
3.技能训练所用的工具、仪器和设备。
4.技能训练中所用的原理图、接线图和程序等工程资料。
5.技能训练的过程、结果和现象。
6.技能训练的小结、体会和建议。
（四）技能训练考核评分标准（见表1-4-3）
表1-4-3 考核评分标准
四、小结
通过本任务的实施，使学生进一步掌握三相异步电动机制动方法及控制电路的分析方法，控制电路的安装、接线和调试技能。