直流電動機制動控制

1、直流電動機的制動控制直流電動機的制動狀態(tài)直流電動機的制動狀態(tài)是指電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速方向相反的一種運行狀態(tài)。制動的目的是為了限制電動機轉(zhuǎn)速的過度升高，將轉(zhuǎn)速限制在某一個允許的范圍內(nèi)，或者使電動機很快地減速停車，為下一步的工作做好準備。制動分為機械制動和電磁制動。在這里只關心電磁制動。電磁制動就是產(chǎn)生一個和電動機轉(zhuǎn)速方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩。電磁制動的優(yōu)點是制動轉(zhuǎn)矩大，制動強度控制比較容易。對電磁制動的要求：要有足夠大的制動轉(zhuǎn)矩，一般以電動機及其傳動機構不致受到過大的沖擊而損傷為宜。制動電流不要超過電動機換向所允許的數(shù)值，一般取1.52.5倍的額定電流。根據(jù)電動機電磁制動時的能量傳遞方向，制動狀

2、態(tài)又分為三種：如果制動時轉(zhuǎn)速減少，電動機的機械能（動能或勢能）轉(zhuǎn)換為電能被電樞回路的電阻消耗掉，這種制動狀態(tài)就是能耗制動。如果電動機吸收機械能量（動能或勢能），轉(zhuǎn)換為電能輸送給后面的其他負載，這種制動狀態(tài)就是發(fā)電回饋制動。如果電動機即從電網(wǎng)吸收電能又從機械裝置吸收機械能量（位能或動能）并轉(zhuǎn)換為電能，以上兩部分電能共同消耗在電樞回路所串聯(lián)的制動電阻上，這種制動狀態(tài)就是就是反接制動，反接制動又分為電源反接制動和倒拉反接制動。在后面會有更加詳細的分析。能耗制動假設直流電動機原來處于穩(wěn)定的電動運行狀態(tài)，電動機外接合適的直流電源，電動機從直流電源吸收電能轉(zhuǎn)換成機械能量傳送給后面的負載。這時電動機的轉(zhuǎn)速方

3、向和電磁轉(zhuǎn)矩方向相同，電樞電流和電動機的電動勢方向相反。在制動的瞬間，切斷電動機電樞的外接直流電源，電動機的勵磁電源不變，同時在電樞回路外界合適的制動電阻。這時電動機進入能耗制動狀態(tài)。由于慣性的作用電動機的轉(zhuǎn)速和反電動勢不會突然發(fā)生改變。由于外接電源被切除，電樞回路的電流在電動勢的作用下馬上改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩的方向也隨之改變，即電動勢和電樞電流的方向相同，電磁轉(zhuǎn)矩和電動機轉(zhuǎn)速的方向相反，電動機進入制動狀態(tài)，電動機變成發(fā)電機向電樞回路提供電能，電能完全被電樞回路的總電阻（包括電樞內(nèi)電阻和外接電阻）消耗，因此這種制動被稱為能耗制動。電動機的轉(zhuǎn)速會隨著制動過程的進行逐漸降低。電動機釋放動能，轉(zhuǎn)換成電

4、能消耗在電樞回路的電阻上。這時的制動過程是一個暫態(tài)過程。隨轉(zhuǎn)速的降低，電樞電動勢和電流都慢慢減小，如果電動機帶的是阻轉(zhuǎn)矩負載，電動機轉(zhuǎn)速降低到零時，電動機會停止運行。如果電動機帶的是位能性負載提升重物，進入能耗制動后，電動機先是轉(zhuǎn)速降低，進入正向能耗制動過程，這時電動機處在轉(zhuǎn)速降低的過程中。當轉(zhuǎn)速降到零以后，電動機會在負載作用下反向運行，在新的轉(zhuǎn)速下，電流會變成正向電流，因為轉(zhuǎn)速變負，電流為正，電動機還是反向能耗制動，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩平衡時，電動機勻速下放重物，這時的制動狀態(tài)是一個穩(wěn)定運行狀態(tài)。所以能耗制動既可以是一個暫態(tài)過程，也可以是一個穩(wěn)定運行狀態(tài)。能耗制動時，由于電源電壓為零，

5、電動機制動開始的電流為制動時電樞回路的總電阻為制動時需要外接的電阻值為式中，為制動開始時電動機的電動勢，為制動開始時的轉(zhuǎn)速，為制動開始時的電樞電流。制動時的最大電流可以參照起動時的最大電流的允許范圍來選擇。制動時電動機的電樞電流與原來相反。能耗制動的接線方法在圖中，能耗制動開始前，開關投向位置1，電動機接直流額定電壓穩(wěn)定運行。這時電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向相同，電樞電流和電動勢方向相反，電動機工作于正電動狀態(tài)。在制動瞬間，開關投向位置2，電動機脫離直流電源，接外接制動電阻。這時電流和電磁轉(zhuǎn)矩方向同時發(fā)生變化，電動機馬上轉(zhuǎn)換到能耗制動狀態(tài)。能耗制動的機械特性在能耗制動時，電動機的電樞電壓為零，理

6、想空載轉(zhuǎn)速為零，電動機的機械特性方程式為其中，為電樞電路的總電阻，從式中可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩（電流）的符號相反，說明轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的方向相反，所以電動機工作于制動狀態(tài)。能耗制動時的機械特性曲線見下圖，由圖中可以發(fā)現(xiàn)，能耗制動的特性曲線穿過坐標系的原點。在第二象限是正向能耗制動，在第四象限時是反向能耗制動。能耗制動的例題分析【能耗制動例題】一臺他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)如下：電動機的電樞內(nèi)電阻為。試求在額定情況下進行能耗制動，欲使制動電流等于，電動機電樞應外接多大的制動電阻？寫出機械特性方程；如果電樞沒有外接電阻，制動電流有多大？【問題解答】 電動機在額定狀態(tài)運行時，電動機的電動勢為按要求能耗制動

7、時電樞回路的總電阻為應該接入的制動電阻為 由于所以機械特性方程為如果不接制動電阻，制動電流為次電流約為額定電流的14倍。所以能耗制動時，不允許將電樞回路短接，必須接入一定數(shù)值的制動電阻。【能耗制動例題】型他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)如下：，電動機軸上帶額定負載，在固有特性上轉(zhuǎn)為能耗制動，要求制動瞬間最大電流為。求應串入電樞電路的外接電阻值，寫出機械特性方程?！締栴}解答】電動機的電動勢為串入電樞電路的外接電阻為：電樞回路的總電阻為機械特性為 倒拉反接制動倒拉反接制動可用起重裝置來說明。假設電動機提升重物以額定負載額定轉(zhuǎn)速運行在固有特性曲線上。如果以大電阻突然串聯(lián)到電樞電路中，由于慣性電動機的轉(zhuǎn)速和反

8、電動勢不能馬上變化，大電阻的串入使得電動機的電樞電流突然減小，電動機的轉(zhuǎn)速開始降低，電流緩慢增大，由于電動機的負載較重即使轉(zhuǎn)速減到零時電動機的電樞電流所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩仍然小于負載的轉(zhuǎn)矩，電動機就會在負載的作用下反向旋轉(zhuǎn)，電動機的轉(zhuǎn)速和反電動勢同時改變方向，電樞電流方向不變，電動機就從正向電動狀態(tài)切換到反向制動狀態(tài)，電動機變成了發(fā)電機開始釋放電能，到達穩(wěn)態(tài)時，電動機的電樞電路所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和負載的轉(zhuǎn)矩相平衡，這時的電磁轉(zhuǎn)矩為組轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向相反，電動機和直流電源共同提供電能給電樞電路的電阻來消耗。倒拉反接制動可用于低速下放重物。電動機所串聯(lián)的電阻越大，電動機下放重物的速度越快。倒拉反接制動接線

9、圖倒拉反接機械特性倒拉反接制動的能量傳遞關系倒拉反接制動時電動機的電樞電壓平衡關系為等式兩邊同時乘以電樞電流，得到式中的為電源向電動機提供電功率，而為電動機將下落重物的位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩a(chǎn)的電功率。以上兩部分的電功率都被電樞回路的電阻所消耗。由此可以發(fā)現(xiàn)反接制動的效率是很低的，在電能利用方面很不經(jīng)濟。電源反接制動反接制動還可以在電源反接（或稱電壓反接）的情況下實現(xiàn)。 正常運行時，電動機接額定電壓以電動狀態(tài)運行，（實現(xiàn)方法）若突然改變所接的電源電壓的極性（用接觸器或開關實現(xiàn)），這樣加到電樞繞組兩端的電源電壓極性便和電動運行時相反。因為這時磁場和電動機旋轉(zhuǎn)方向不變，電動勢方向不變。于是外加電壓與電

10、動勢方向相同，這樣，電樞電流 變?yōu)樨撝担姶呸D(zhuǎn)矩方向也隨之改變，起到制動作用，使轉(zhuǎn)速迅速下降。由于電源反接時作用在電樞電路的電壓是（U+Ea)2U，因此必須于反接的同時在電樞回路中串入制動電阻Rz，以限制過大的制動電流。這個電阻Rz一般約等于起動電阻的兩倍。隨著電動機轉(zhuǎn)速的降低，電樞電流的值也會減小，制動轉(zhuǎn)矩逐漸減小。當轉(zhuǎn)速降低到零時，如果不切斷電源，而且電動機的電磁轉(zhuǎn)矩小于電動機的負載阻轉(zhuǎn)矩，電動機會停止轉(zhuǎn)動；如果電磁轉(zhuǎn)矩大于負載阻轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩可能使電動機反向起動。如果不想使電動機反向起動要在電動機轉(zhuǎn)速到零時切斷電源。電源反接原理接線圖如圖所示，電動機正常運行時，開關投向位置1，電源反接制動時開關投向位置2，同時串入制動電阻。電源反接機械特性電源反接制動時的機械特性方程為電源反接制動時，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩都變?yōu)樨撝?，轉(zhuǎn)速為正值，這時電動機的工作于第二象限。轉(zhuǎn)速會隨著電磁轉(zhuǎn)矩的作用逐減減小到零。電源反接制動問題舉例發(fā)電回饋制動當電動機下放重物或電動車下坡時，電動機的轉(zhuǎn)速可能會在重力作用下超過理想空載轉(zhuǎn)速，電動機電磁轉(zhuǎn)矩與電動機的轉(zhuǎn)速方向相反，這時電動機變?yōu)榘l(fā)電機將電能回饋給電源，