2.5 三相交流异步电动机的制动

当异步电动机的电磁转矩T与转速n的方向相反时，电磁转矩将成为电动机旋转的阻力矩，电动机就处在制动状态。制动的目的主要是利用电磁转矩的制动作用使电动机迅速停车（刹车）或者稳定工作在某些有特殊要求的状态。三相异步电动机的电气制动方式包括反接制动、回馈制动和能耗制动三大类。

2.5.1 反接制动

当异步电动机的旋转磁场方向与转动方向相反时，电动机进入反接制动状态。这时，s=[n1-(-n)]/n1＞1。根据电机的功率平衡关系可知，电机仍从电源吸取电功率，同时电机又从转轴获得机械功率。这些功率全部以转子铜耗形式被消耗于转子绕组中，能量损耗大，如不采取措施将可能导致电机温升过高造成损害。反接制动包括倒拉反转制动和电源反接制动。

1.倒拉反转制动

起重设备工作中常需要绕线式异步电动机拖动位能性负载（负载转矩方向恒定，与电机转向无关。如起重机吊钩连同重物、电梯等）低速下放，此时可以采取倒拉反转制动，其制动过程及机械特性如图2.22所示。

图2.22 绕线式电机倒拉反转制动原理

假设制动前绕线式电机拖动负载处于正向电动状态（T＞0，n＞0），对应运行于机械特性上的A点。制动时，转子外接大阻值的制动电阻导致机械特性的临界点大幅度下移。由于新特性对应于A点转速的转矩很小，因此必然不能维持在A点存在的平衡。电机在惯性作用下以转速nA切换至新特性上运行并开始减速。直到转速降至nB后才能与负载平衡，电机运行于B点。这时，nB＜0，电机反转且转速值较低，但特性软，运行稳定性偏差。

2.电源反接制动

针对电动运行的电机，将三相电源的任意两相对调构成反相序电源，则旋转磁场也反向，电机进入电源反接制动状态，制动过程与机械特性如图2.23所示。

电源反接后，电机因惯性作用由反向机械特性上的A点同转速切换至B点。在反向电磁转矩作用下，电机沿反向机械特性迅速减速。如果制动的目的是使拖动反抗性负载（负载转矩方向始终与电机转向相反）的电机刹车，则需要在电机状态接近C点时及时切断电源，否则电机会很快进入反向电动状态并在D点平衡。如果电机拖动的是位能性负载，电机将迅速越过反向电动特性直至E点才能重新平衡，这时电机的转速超过其反向同步转速，电机进入反向回馈制动状态。电源反接制动时，冲击电流相当大，为了提高制动转矩并降低制动电流，对绕线式电机常采取转子外接（分段）电阻的电源反接制动，制动过程为A→B′→C′。

图2.23 异步电机电源反接制动原理

2.5.2 回馈制动

回馈制动常用于起重设备高速下放位能性负载场合，其特点是电机转向与旋转磁场方向相同但转速却大于同步转速。

异步电机回馈制动原理如图2.24（a）所示，在回馈制动方式下，电机自转轴输入机械功率，相当于被“负载”拖动，扣除少部分功率消耗于转子外，其余机械功率以电能形式回送给电网，电机处于发电状态。回馈制动机械特性如图2.24（b）所示，制动过程为 A→B。若负载拖动的转矩超过回馈制动最大转矩，则制动转矩反而下降，电机转速急剧升高并失控，产生“飞车”等严重事故。

图2.24 异步电机回馈制动原理

2.5.3 能耗制动

能耗制动可以克服电源反接制动难以准确停车的缺点，制动后电机能稳定停车。能耗制动的方法是将电动状态的电机交流电源切换为直流电源并采取适当的限流措施，如图2.25所示。

图2.25 异步电机能耗制动原理

直流励磁产生静止的磁场，转子在惯性作用下沿原方向切割该磁场，相当于磁场相对于转子反向旋转产生反向的电磁转矩，当电机转速为零时，转子与旋转磁场相对静止，相当于异步电机的同步状态。能耗制动的机械特性类似于固有机械特性，但同步转速为零，特性相当于倒过来的固有特性并过原点。与交流励磁类似，异步电动机在直流励磁电流固定的情况下其最大转矩固定，但对应于最大转矩的转速值却与转子电阻有关，如图2.25（b）所示的曲线1、3。如果直流励磁电流在允许的范围内增大则最大转矩也增大，如曲线2。为使绕线式电机在高速时获得较大的制动转矩，可在转子电路中外接分段电阻，按照要求逐级切除以加快制动过程。

从能量转换角度看，制动前电机的动能借助直流励磁产生的磁场转化为电能，全部消耗于转子上，因此，这种制动方式被称为能耗制动。