探析电气制动在交流电力拖动系统的应用

探析电气制动在交流电力拖动系统的应用

刘庆春

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摘要：随着现代工业技术的快速发展，交流电力拖动系统在各类工业设备中的应用日益广泛。电气制动作为交流电力拖动系统中的重要组成部分，其性能与稳定性直接关系到整个系统的运行效率与安全性。因此，深入探析电气制动在交流电力拖动系统中的应用，对于提升工业设备的运行效率、保障生产安全具有重要意义。

关键词：电气制动；交流电力；拖动系统；有效应用

1 电气制动在交流电力拖动系统的应用解析概述

以交流电动机为原动机的电力拖动系统称为交流电力拖动系统，在实际运用中经常采用的主要是三相异步电动机。如上文所述，电动机的制动方式主要分为机械制动和电气制动，而电气制动为稳定性和安全性上的优越性使交流电力拖动系统的应用如虎添翼，因此下文以电气制动原理为主体，展开其实现方法。一般而言，电气制动主要有以下四种制动实现方法。一是再生制动，亦称之为反馈制动；其二是能耗制动，亦称之为动力制动；其三是反接制动，主要分为电源反接制动、倒拉反接制动；最后一种制动方法是电容制动，电容制动的实现方法是将异步电动机的电源切断，并迅速地在其端线上接入电容器。而这四种制动方法都能够作用于交流电力拖动系统。

2 交流电动机发展及特点分析

交流调速系统是以交流电动机作为电能与机械能的转换装置，通过对电动机电压、电流、频率的控制产生所需要的转矩和转速。与直流电动机最直观的不同在于交流电动机不需要机械换向器-整流子。

直到20世纪70年代，随着当代控制理论、电力电子技术、大规模集成电路、矢量控制技术在实际应用中的不断发展，基于电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，而直流电动机因一些弊端在某些特定场合逐渐变得不适用，如电刷和换向器必须经常检修、换向火花使直流电动机不适用易燃易爆场景。交流拖动系统逐渐成为当前电力拖动的主要应用前沿产品，目前绝大多数交流拖动系统的性能指标均可满足实际现场要求。此时，变频器性能随之也在不断提高，变频驱动技术也取得重要进展。基于各类变频器的交流变频调速系统应用范围逐渐高于直流调速系统。

3 电气制动在交流电力拖动系统的应用分析

3.1 反接制动

当电动机断开电源后，为了使电动机能够迅速停转，在切断三相电源的同时再给电动机加上与正常运行电源反相的电源。此时，电动机转子的旋转方向与电动机旋转磁场的旋转方向相反，电动机轴上产生的电磁力矩与转轴的惯性力矩方向相反，成为制动力矩，从而加快了电动机的减速。为了保证反接制动安全可靠，采用这种方式时通常在电动机的转轴上安装一个速度继电器，将速度继电器的转子与电动机的转子同轴连接，电动机转动时，速度继电器的动合触点闭合，电动机停转时，动合触点断开，借助电动机转轴牵引速度继电器的触点变化来控制电动机的主电路，从而实现整个停车过程。这样能防止当电机转速为零时，如果不及时切断所加的反相电源，电机就会持续反转的情况发生。车床，砂轮机、空气压缩机﹑液压泵、自动化生产单元等不允许电动机反转的机械设备或生产机械，就不能采用这种反接制动的方式来停止电动机的运行。很显然，反接制动方式只能使用在允许电机反转的设备上，如普通车床。搅拌机等生产设备。而且，一般适用于绕线型异步电动机或小于10kW的笼型异步电动机，尤其非常适用于这些电动机快速制动的工况条件。从工作原理上讲，反接制动的本质就是在电动机内部产生一个与转子运动方向相反的电磁力矩，使其作为制动力矩阻碍转子的惯性力矩，从而使电动机的转速迅速降低直至为零，达到制动的目的。

3.2 电力制动

当三相交流异步电动机从三相交流电源断开时，直流电施加到电动机的定子绕组。电机在惯性运动下切断定子绕组的恒定磁场，使轴绕组产生感应电流并与静磁场相互作用，从而达到制动三相交流电机的目的。整个工作过程：定子绕组通过直流产生恒定磁场，转子在惯性转矩的作用下旋转，使转子绕组接收感应电流。在电磁感应下，转子产生与转速相反的电磁制动转矩，导致转子速度变为零。通常，当三相异步电动机驱动电阻式恒定转矩负载时，可以使用能耗制动来精确制动和停止。从能量的角度来看，能耗制动是将电机的动能转换为电能并在制动电阻器上消耗的过程。能耗制动的特点是制动平稳、冲击小、制动时间长。类似的应用也可以应用于其他情况。

3.3 能耗制动

三相交流异步电动机脱离三相交流电源的同时，给电动机的定子绕组通上直流电流，电动机在惯性运动下切割定子绕组的恒定磁场，使得转轴绕组产生感应电流与静止磁场相互作用，进而达到三相交流电动机制动的目的。整个工作过程：定子绕组通过直流电流产生恒定的磁场，转子在惯性力矩下转动，使转子绕组获得感应电流，在电磁感应作用下，转子产生与转速相反的电磁制动力矩Tem，使转子转速变为零。通常三相异步电机拖动反抗性恒转矩负载时，采用能耗制动可以准确制动停车。从能量角度讲，能耗制动是将电机的动能转化为电能消耗在制动电阻上。改变直流励磁电流If的大小或改变转子回路串接电阻的RC值，就可调整能耗制动状态下的电动机的转速，达到准确制动的目的。能耗制动的特点是制动平稳、冲击小，制动时间较长。其它场合也可以类比应用。

4 电气制动在交流电力拖动系统中的应用发展趋势

电气制动在交流电力拖动系统中的应用发展趋势呈现出以下几个关键方向：

首先，随着电力电子技术和控制理论的不断进步，电气制动系统的性能将得到显著提升。新型的电力电子器件和更高效的控制算法将使得电气制动具有更高的制动力矩可调范围、更高的制动精度和更好的稳定性。这将使得电气制动在更多领域和场景下得到广泛应用，特别是在需要高精度、高可靠性制动的领域，如轨道交通、矿山运输、精密机械等。

其次，随着智能化和自动化技术的快速发展，电气制动系统将与先进的传感器、控制器和执行器相结合，实现更高级别的自动化和智能化。例如，通过集成先进的传感器和算法，电气制动系统可以实时监测电动机的运行状态，自动调整制动参数，以实现最优的制动效果。同时，通过与其他控制系统的协同工作，电气制动系统可以更好地融入整个电力拖动系统中，实现更高效的能量利用和更可靠的系统运行。

此外，随着可持续发展理念的深入人心，电气制动系统也将朝着更环保、更节能的方向发展。通过优化制动过程中的能量回收和再利用机制，电气制动系统可以减少能源的浪费，降低系统的运行成本。同时，新型的环保材料和工艺也将被应用于电气制动系统的制造过程中，以减少对环境的污染和破坏。

最后，电气制动技术还将与其他先进技术进行融合创新，如物联网技术、云计算技术等。通过将这些技术与电气制动系统相结合，可以实现远程监控、故障诊断、预测性维护等功能，进一步提高系统的可靠性和可维护性。

5 结束语

综上所述，通过对电气制动在交流电力拖动系统中的应用进行深入探析，我们可以清晰地看到其在提升工业设备运行效率、保障生产安全方面的重要作用。随着科技的不断进步，电气制动技术也将不断创新和完善，为现代工业的发展注入新的活力。

参考文献：

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