3.3.3 三相异步电动机的电气控制

若三相异步电动机的电磁转矩T与转速n方向相反，则电动机处于制动状态，这时，T为制动转矩，起反抗旋转的作用；同时，电动机从轴上吸收机械能、转换为电能，回馈给电网，或者消耗在转子回路。通过控制三相异步电动机可以使系统迅速减速及停车，或者限制位能性负载下放速度，使电动机处于某一稳定制动运行状态，电动机的转矩T与负载转矩相平衡，系统保持匀速运行。

三相异步电动机的制动方法有回馈制动、反接制动、能耗制动三种，相应的运行状态有回馈制动状态、反接制动状态、能耗制动状态。

1.回馈制动

电动机转速超过同步转速n₁ ，即n＞n₁ ，异步电动机处于回馈制动状态，如图3-24所示。此时，s＜0，等效电路中的变为负，具有以下特点。

1）电动机输出机械功率P_m =＜0。

2）定子转换到转子的电磁功率P_M =＜0。

3） P_m ＜0及P_M ＜0，电动机不输出机械功率，负载向电动机输入机械功率。

4）电动机有功功率P₁ =3U₁I₁ cosφ₁ ＜0，电动机向电网输出有功功率。

5）电动机无功功率Q₁ =3 U₁I₁ sinφ₁ ＞0，电动机需要从电网吸收无功，输入无功励磁电流，建立旋转磁通势。

如图3-24所示，出现回馈制动的情况有两种。

1）稳态回馈制动运行，这时，负载转矩是与旋转方向同向的拖动性转矩，电动机由负载拖动超过同步转速n₁旋转，电动机运行在Ⅱ象限，并稳定运行在图3-24a中的A点，如重物下放、电动汽车下坡等。

2）非稳态回馈制动运行，如

① 变频调速时，电动机原来运行于图3-24 b中的A点，若突然降低变频器输出频率，同步转速由n₁变为，由于转速不能突变，电动机的运行点由点A跳至点B，电动机转矩由正（拖动转矩）变为负（制动转矩），负载转矩仍为阻转矩（在Ⅰ象限），系统减速，从B点沿曲线2减速，经过点C，直到D点稳定运行，其中，BC段运行为回馈制动，CD段为电动。

② 变极调速时，图3-24 c中电动机由少极数运行稳定点A转为多极数运行时，工作点跳至B点，电动机在BC段运行为回馈制动状态、CD段为电动状态。变极回馈制动常用于双速电梯减速制动、多速离心机减速制动停车等场合。

2.反接制动

电动机稳定运行，突然改变其三相电源相序，则会产生制动，称为反接制动。反接制动时，同步转速为-n₁ ，转差率s=＞1，异步电动机等效电路中为负值，具有以下特点。

1）电动机输出机械功率P_m =＜0。

2）定子到转子的电磁功率P_M =＞0。

3） P_m ＜0及P_M ＞0，电动机不输出机械功率，而是输入机械功率，定子向转子传递电磁功率。

4）转子回路铜损耗P_Cu2 ==P_M-P_m =P_M +，转子回路消耗了定子传送来的电磁功率和负载输入的机械功率，能量消耗很大。

图3-25所示为异步电动机反接制动机械特性，制动过程从B点开始，到C点（n=0）结束；通过点C后，电动机将反向起动。若反接制动仅仅作为制动停车用，则在C点附近应及时切断电源。

可见，反接制动适用于快速制动停车场合，通常在转子回路串接制动电阻，用于限制过大的冲击电流。因电流冲击较大，该方法一般只能用于小容量异步电动机。

3.倒拉反转

绕线转子异步电动机拖动位能性恒转矩负载（如吊起的重物）下放时，当在转子回路串电阻时转速下降，该电阻值超过某数值后，电磁转矩T＜T_L（0＜s＜1），电动机反转（位能性负载拉着电动机反转）。

如图3-26所示，在转子回路中串接电阻r_j来控制下放速度。串接后人为机械特性变成曲线3，并稳定运行在点B。此时，电动机电磁转矩T＞0、转速n＜0，电动机在第Ⅳ象限倒拉反转制动区运行。

4.能耗制动

（1）能耗制动原理

如图3-27所示，交流接触器KM₁合上、KM₂断开时，电动机定子绕组接在交流电源上，电动机正向电动运行；在电动机做正向电动运转时，若交流接触器KM₁断开、KM₂合上，定子绕组不接交流电源，而是将两相绕组接到直流电源上，电动机处于制动状态，此时，在定子绕组中流过一恒定的直流电流，在电动机中建立一个相对于定子位置固定、大小不变的恒定磁场，该磁场相对于正向旋转的转子而言，是一个反向旋转磁场，该磁场在转子中感应出的电流所产生的转矩方向是反向的，即为制动性转矩。

（2）能耗制动机械特性

图3-27 b所示为机械特性。电动运行时，电动机稳定运行在点A；电动机定子通入直流，相当于通入频率f₁等于零的交流，这时，电动机的机械特性是过原点的曲线，其最大转矩的大小取决于直流电压的大小，机械特性为曲线2，电动机的工作点由点A跳到点B，系统将从B点开始沿曲线2减速，直到坐标轴原点电动机停转。制动时，电动机输入的机械能全部转换成转子的电能，最终全部消耗在转子回路的电阻上。

能耗制动机械特性的特点如下。

1） T-n曲线过坐标原点。

2）通入定子的直流电流大小不变，T_m不变，但当转子回路的电阻增大时，T_m对应的转速增加。

3）转子回路电阻不变，增大直流电流，T_m相应增大，n_m不变。

4）若拖动位能性负载，当转速减速到零时若要停车，必须用机械抱闸将电动机轴刹住；否则，电动机将在位能性负载转矩拖动下反转，直到新的稳定运行点（T=T_L），电动机处于稳定的能耗制动运行状态，使负载保持均匀下降。通过调节在转子回路中串接电阻的大小，可以控制位能性负载作用下重物的下放速度，电阻越大，下放速度越快；改变定子直流电流，可以改变制动转矩大小。应在获得较大的制动转矩的同时，避免定、转子回路电流过大而使绕组过热。通常，对于笼型异步电动机，取直流电流I=（3.5～4）I₀，其中，I₀为电动机空载电流；针对绕线转子异步电动机，取 I=（2～3） I₀，转子回路串接电阻 R_Ω =（0.2～0.4）。

5.阻容制动

异步电动机也可以通过将电能消耗在外接电阻上的方法来实现制动。异步电动机进入独立（无源）发电要有一定条件，即电动机要旋转，还要有外部并联的电容器，且开始时其铁心要有剩磁或有外部的初始励磁。图3-28所示为异步电动机阻容制动原理图，接触器KM₁合上、KM₂断开时，电动机由交流电源供电，电动机正常旋转；KM₁断开、KM₂合上时，在剩磁及电容作用下，异步电动机自励发电，把机械能转换成电能而消耗在外接电阻R上，电动机运行在阻容制动状态。

6.软停车与软制动

1）软停车，指电动机的工作电压由额定电压逐步减少到零的停车方法，如逐渐改变晶闸管的导通角α，使得电动机的工作电压逐步降低。

2）软制动，指采用能耗制动方式，即停止给定子提供交流电源，改为由直流电源供电，产生制动转矩使电动机快速停车。