激光設(shè)備控制技術(shù)教材——第一章第八節(jié)講解

1、4第八節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)欲使電力拖動(dòng)系統(tǒng)停車， 對(duì)反抗性負(fù)載來說最簡單的方法是斷開電樞電源，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為零，在空載損耗阻轉(zhuǎn)矩的作用下， 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速就會(huì)逐漸減小至零， 這叫做自由停 車法。停車過程中阻轉(zhuǎn)矩通常都很小，這種停車方法一般較慢，特別是空載自由停車，更需要較長的時(shí)間。許多生產(chǎn)機(jī)械希望能快速減速或停車， 或使位能負(fù)載能穩(wěn)定勻速下放， 這就 需要拖動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，這個(gè)起著反抗運(yùn)動(dòng)作用的轉(zhuǎn)矩稱制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法有兩種：一是利用機(jī)械摩擦獲得，稱為機(jī)械制動(dòng)，例如常見的抱閘 裝置；二是在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上施加一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，稱為電磁制動(dòng)。判斷電動(dòng)

2、機(jī)是否處于電磁制動(dòng)狀態(tài)的條件是：電磁轉(zhuǎn)矩T的方向和轉(zhuǎn)速n的方向是否相反。是，則為制動(dòng)狀態(tài)；否則為電動(dòng)狀態(tài)。與機(jī)械制動(dòng)相比，電磁制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、操作方便、沒有機(jī)械磨損，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以在電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。本節(jié)主要介紹他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。一、能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)原理圖如圖 1-32所示。原來 KM接通，電動(dòng)機(jī)工作于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；制動(dòng)時(shí) KM斷開，保持勵(lì)磁電流不變，將電樞兩端從電網(wǎng)斷開，并立即接到一個(gè)制動(dòng)電阻Rz上。能耗制動(dòng)對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性如圖1-33所示。這時(shí)從機(jī)械特性上看，電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)從A點(diǎn)切換到B點(diǎn)，在B點(diǎn)因?yàn)閁=0，所以Ia= -Ea/(Ra+Rz),

3、電樞電流為負(fù)值，由此產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T也隨之反向，由原來與 n同方向變?yōu)榕cn反方向，進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，起到制動(dòng)作用，使電動(dòng)機(jī) 減速，工作點(diǎn)沿特性曲線下降，由B點(diǎn)移至0點(diǎn)。當(dāng)n=0，T=0時(shí)，若是反抗性負(fù)載，則電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。在這過程中，電動(dòng)機(jī)由生產(chǎn)機(jī)械的慣性作用拖動(dòng)，輸入機(jī)械能而發(fā)電，發(fā)出的能量消耗在電阻Ra+Rz上，直到電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱為能耗制動(dòng)。為了避免過大的制動(dòng)電流對(duì)系統(tǒng)帶來不利影響，應(yīng)合理選擇Rz,通常限制最大制動(dòng)電流不超過額定電流的 22.5倍。RaRz -Ea(2-2.5)InUn(2-2.5)In如果能耗制動(dòng)時(shí)拖動(dòng)的是位能性負(fù)載，電動(dòng)機(jī)可能被拖向反轉(zhuǎn)，工作點(diǎn)從(1-18)0點(diǎn)移至C點(diǎn)才

4、能穩(wěn)定運(yùn)行。能耗制動(dòng)操作簡單，制動(dòng)平穩(wěn)，但在低速時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩變小。若為了使電動(dòng)機(jī)更快地停轉(zhuǎn)，可以在轉(zhuǎn)速降到較低時(shí)，再加上機(jī)械制動(dòng)相配合。負(fù)報(bào)圖1-33能耗制動(dòng)機(jī)械特性二、反接制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓U和電樞電動(dòng)勢(shì)Ea中的任何一個(gè)量在外部條件作用下改變方向，即兩者由原來方向相反變?yōu)橐恢聲r(shí)，電動(dòng)機(jī)即進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài)。因此反接制動(dòng)可用兩種方法實(shí)現(xiàn)，即電壓反接（一般用于反抗性負(fù)載）與電動(dòng)勢(shì)反接（用于位能性負(fù)載）。1.電壓反接制動(dòng)電壓反接制動(dòng)原理圖如圖1-34所示，電動(dòng)機(jī)原來工作于電動(dòng)狀態(tài)下，為使電動(dòng)機(jī)迅速停車，現(xiàn)維持勵(lì)磁電流不變，突然改變電樞兩端外加電壓U的極性，此時(shí)n、Ea的方向還沒有變化，電樞電

5、流la為負(fù)值，由其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向也隨之改變，進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)。由于加在電樞回路的電壓為 -（U+Ea）-2U，因此，在電源反接的同時(shí)，必須串接較大的制動(dòng) 電阻Rz, Rz的大小應(yīng)使反接制動(dòng)時(shí)電樞電流la 2.5In。Rz負(fù)載圖1-35 反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性 機(jī)械特性曲線見圖 1-35中的直線be。 從圖中可以看出，反接制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)由原來的工作點(diǎn)。沿水平方向移到b點(diǎn)，并隨著轉(zhuǎn)速的下降，沿直線be下降。通常在e點(diǎn)處若不切除電源，電動(dòng)機(jī)很可能反向啟動(dòng)，加速到 d點(diǎn)。所以電壓反接制動(dòng)停車時(shí)，一般情況下，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n接近于零時(shí)，必須立即切斷電源，否則電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電壓反接制動(dòng)效果強(qiáng)烈，電網(wǎng)供給的能量和

6、生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)能都消耗在電阻Ra+Rz上。2.電動(dòng)勢(shì)反接制動(dòng)如圖1-36所示，電動(dòng)機(jī)原先提升重物，工作于 a點(diǎn)，若在電樞回路中串接足夠大的電 阻，特性變得很軟，轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)n=0時(shí)（c點(diǎn)），電動(dòng)機(jī)的T仍然小于Tl，在位能性負(fù)載倒拉作用下，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)減速進(jìn)入反轉(zhuǎn)，最終穩(wěn)定地運(yùn)行在d點(diǎn)。此時(shí)nn。是回饋制動(dòng)的一個(gè)重要標(biāo)志。因?yàn)楫?dāng)nn。時(shí)，電樞電流la與原來nn0時(shí)的方向相反，因磁通不變，所以電磁轉(zhuǎn)矩隨la反向而反向， 對(duì)電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)作用。電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞電流由電網(wǎng)的正端流向電動(dòng)機(jī)，而在回饋制動(dòng)時(shí)， 電流由電樞流向電網(wǎng)的正端，這時(shí)電動(dòng)機(jī)將機(jī)車下坡時(shí)的位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑厮徒o電網(wǎng)，因而稱為回饋制動(dòng)。如圖1-37所示。電樞電路若串入電阻，可使特性曲線的斜率增加。例1.7 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī),=1000r/min , R=0.4 Q ,負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=49N.m，電樞電流不得超過 2倍額定電流（忽略空載轉(zhuǎn)矩 To）,試計(jì)算:電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載，采用能耗制動(dòng)停車，電樞回路應(yīng)串入的制動(dòng)電阻最小值是多 少？若采用電樞反接制動(dòng)停車，電阻最小值是多少? 解：計(jì)算能耗制動(dòng)電阻Ce“N 二220 -31 0.4= 0.208nN1000電動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速UnRa2200.4249 = 1010r/