任务4 三相异步电动机的反接制动控制
知识目标
（1）掌握反接制动的工作原理；
（2）掌握速度继电器的原理及应用；
（3）掌握反接制动控制电路。
能力目标
（1）能够完成速度继电器的接线；
（2）能够画出反接制动电路原理图；
（3）能够完成电路接线并调试。
三相异步电动机从电源切除到电动机全停，由于电动机惯性和负载惯性的作用，停机需要经过一段时间，而生产工艺和工作效率往往要求能迅速停机。因此，就要求对电动机进行制动，使其迅速停止。
常用的制动包括：机械制动和电气制动两大类。机械制动是采用机械装置产生的机械力强迫制动；电气制动是用电磁转矩来进行制动。常用的电气制动有反接制动、能耗制动和再生制动。
任务要求
车床主轴的旋转运动由三相异步电动机来带动，加工时按下正反转启动按钮，主轴可以正反向旋转运行，按下停止按钮时主轴通过反接制动迅速停车。要求完成车床主轴电动机的反接制动电路的设计、接线和调试。图1-57是车床实物外形图。
图1-57 车床实物外形图
任务分析
反接制动：把正向旋转电动机的正向电源切除，给定子加上一个反相序电源，产生反向的旋转磁场，在转子中产生反向制动转矩，让正向旋转的转子迅速停止。在反接制动开始时，转子与定子旋转磁场的相对转速接近2倍的同步转速。所以电动机定子绕组中产生的制动电流是全压启动电流的2倍，制动迅速，电流冲击大。因此反接制动基本要素如下：
（1）10kW以下电动机；
（2）在电动机回路中必须串联反接制动电阻器；
（3）为了防止反向再启动，必须加装速度继电器，及时切除反向电源。
知识准备
速度继电器属非电学量的继电器，是将电动机的速度信号经输入比较机构变为触点输出信号。
速度继电器的实物外形及结构示意图如图1-58所示。工作时，速度继电器的转轴10与电动机转子机械连接，随电动机旋转而旋转，形成旋转磁场，切割定子导杠8，产生的磁场力使定子随转子方向转动，电动机旋转方向不同，定子9的转动方向也不同，定子带动杠杆7动作，再通过返回杠杆6的作用带动触点动作，随着电动机速度的提高，定子偏转角度到一定值时，在杠杆的作用下，一方面使继电器触点动作，另一方面压缩反力弹簧2，所以当磁场力大于弹簧力时，速度继电器动作；当速度低于一定值，磁场力小于弹簧力时，速度继电器释放。调节螺钉1的松紧来调整动作速度值，一般动作速度为140r/min，复位速度为100r/min。速度继电器的图形与文字符号如图1-59所示。
图1-58 速度继电器的实物外形及结构示意图
1—螺钉；2—反力弹簧；3—常闭触点；4—动触点；5—常开触点；6—返回杠杆；7—杠杆；8—定子导杆；9—定子；10—转轴；11—转子
图1-59 速度继电器的图形与文字符号
电路分析
1.单向运行反接制动电路
图1-60为电动机单向运行反接制动电路。图中KM1为单向运行接触器，KM2为反接制动接触器，KS为速度继电器，R为制动电阻器。
启动过程：按下启动按钮SB2，KM1得电并自锁，电动机启动运行，当转速大于一定值时（n>140r/min），速度继电器KS动作，触点（11—13）闭合，为反接制动做好准备。
制动过程：按下停止按钮SB1，SB1的常闭触点（3—5）断开，使KM1失电自锁释放，KM1主触点释放，使电动机正向运行，电源断开；同时SB1的常开触点（3—11）闭合，KS触点（11—13）因电动机具有一定的转速而闭合，KM1常闭触点（13—15）因KM1的失电而闭合，KM2得电并自锁，KM2主触点使电动机绕组串电阻器加上反相序电源，电动机定子产生反向旋转磁场，正向旋转的转子在反向旋转磁场中受到较大的反向转矩，使转子转速迅速下降，当速度降至接近零速（n<100r/min）时，KS释放，KS触点（11—13）断开，KM2失电并释放自锁，制动过程结束，电动机停止。
图1-60 电动机单向运行反接制动电路
电动机单向运行反接制动动作流程图如图1-61所示。
图1-61 电动机单向运行反接制动动作流程图
2.双向运行反接制动电路
本任务车床主轴要求有正反转控制，无论是正转还是反转，在按下停止按钮时，都可以实现反接制动。要想完成此任务，首先考虑速度继电器能否实现对电动机正反向的旋转速度做出判断，当旋转速度大于一定值时触点能否动作。
由图1-58可知，速度继电器可以实现正向和反向速度的判断，用KS-1常开触点判断正向旋转速度，KS-2常开触点判断反向旋转速度。SB2和SB3分别作为正转和反转启动按钮，SB1作为停止按钮。请读者根据电动机单向运行反接制动的电路原理设计并补充图1-62所示的电动机双向运行反接制动电路。
图1-62 电动机双向运行反接制动电路
任务实施
1.元器件的选型
根据任务要求，填写所要领取的材料清单，如表1-7所示。
表1-7 材料清单
2.电路的仿真接线
请读者绘制传送带运输机控制电路的元器件布局图和接线图。并完成图1-63所示电路的仿真接线。速度继电器的8个接线端子中上面两对为电动机正向旋转的辅助触点，下面两对为电动机反向旋转的辅助触点。辅助触点中上面一对是常开触点，下面一对是常闭触点。
图1-63 车床主轴电机的反接制动电路的接线
3.电路的安装接线
在选择好元器件，设计好原理图的基础上按照接线规则完成控制板的接线。
4.电路的调试
接线完成后自查电路，确保接线无误，并在有指导教师现场监督的情况下通电试车。
知识拓展
能耗制动是将电动机运行的三相电源切除，向定子绕组内通入直流电流，建立起静止的磁场，用静止的磁场将旋转的电动机转子拉停下来，达到制动的目的。何时将制动直流电源切除呢？可根据电流、转速、时间3个参数作为控制信号，时间原则控制电路会比较简单，实际应用也较多。图1-64为电动机单向运行时间原则能耗制动电路图。
图1-64中KM1是运行用接触器，KM2为能耗制动用接触器，控制变压器T用来降压，因为电动机定子绕组的直流电阻远小于其交流阻抗，所以给定子绕组施加的直流电压要远小于原交流电压。UR为桥式整流，RP为限流可调电阻器。
工作过程分析：
闭合电源开关QF，控制电路有电源，按下启动按钮SB2，KM1线圈得电，其主触点接通电动机电源，电动机启动运行。
在运行中，按下停止按钮SB1，其常闭触点（5—7）断开，KM1线圈失电，使电动机切断运行电源；同时SB1的常开触点（5—13）闭合，使KM2线圈经1—5—13—15—17得电，KT线圈同时得电，并经KM2、KT的常开触点自锁，KM2的主触点闭合，电源经T降压、UR整流送电动机定子绕组V1、W1，在定子绕组中建立静止的磁场，旋转的电动机转子受到磁场力的作用，减速并停止。此时时间继电器KT延时时间到，KT的常闭触点（13—15）断开，KM2线圈失电，触点复位，自锁释放，KT线圈失电，制动过程结束。图1-65为其制动动作流程图。
图1-64 电动机单向运行时间原则能耗制动电路图
图1-65 电动机单向运行时间原则能耗制动动作流程图
图中KT触点（5—19）的作用是防止KT因故障不能吸合，KT（13—15）不能断开，KM2不能释放，直流电流长期接入定子。若KT故障不能吸合，KM2不能自锁，称为点动能耗制动。