直流電動機(jī)的反接制動課程設(shè)計(jì)

1、1 綜述直流電動機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動機(jī)。因其優(yōu)良的起動、調(diào)速和制動性能而在電力拖動中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機(jī)按勵磁方式分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種。直流電動機(jī)有三種制動狀態(tài)：能耗制動、反接制動(電壓反向反接和電動勢反向反接)和回饋制動。本文在直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理的基礎(chǔ)上，給出了電機(jī)制動的定義，對電機(jī)制動的方法進(jìn)行了簡單介紹，并著重介紹了他勵直流電動機(jī)反接制動的工作原理、特點(diǎn)及使用條件。2 直流電動機(jī)的制動2.1 制動的定義制動，就是讓電動機(jī)產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，以使電力拖動系統(tǒng)迅速停機(jī)或穩(wěn)定放下重物。這時電機(jī)所處的狀態(tài)稱為制動狀態(tài)，這時的電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩。2.

2、2 制動的目的在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要采取一些措施使電動機(jī)盡快停轉(zhuǎn)，或者從某高速降到某低速運(yùn)轉(zhuǎn)，或者限制位能性負(fù)載在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是電動機(jī)的制動問題。2.3 制動的分類實(shí)現(xiàn)制動有兩種方法，機(jī)械制動和電磁制動。 電磁制動是使電機(jī)在制動時使電機(jī)產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩,其特點(diǎn)是制動轉(zhuǎn)矩大,操作控制方便。 現(xiàn)代通用電機(jī)的電磁制動類型有能耗制動、反接制動和回饋制動。 2.4 各種制動的特點(diǎn)1）反接制動：設(shè)備簡單，制動迅速，準(zhǔn)確性差，制動沖擊力強(qiáng)。2）能耗制動：制動準(zhǔn)確度高，需直流電源，設(shè)備投入費(fèi)用高。3）回饋制動：經(jīng)濟(jì)性好，將負(fù)載的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能反送電網(wǎng)，但應(yīng)用范圍不廣。電容制動對高速

3、、低速運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)均能迅速制動，能量損耗小設(shè)備簡單，一般用語10KW以下的小容量電動機(jī)，可適用于制動頻繁的場合。3 直流電動機(jī)反接制動的工作原理以他勵直流電動機(jī)為例。他勵電動機(jī)反接制動的特點(diǎn)是使U與E的作用方向變?yōu)橐恢拢餐a(chǎn)生電樞電流I，于是由動能轉(zhuǎn)換而來的電功率EI和由電源輸入的電功率UI一起消耗在電樞電路中。具體實(shí)現(xiàn)的方法有兩種，分別用于不同的場合。3.1 電壓反向反接制動迅速停機(jī) 制動原理制動前后的電路如圖3-1所示。與電動狀態(tài)相比，電壓反向反接制動時，將電樞電壓反向，并在電樞電路內(nèi)串聯(lián)一制動電阻R。當(dāng)系統(tǒng)因慣性繼續(xù)沿原來方向旋轉(zhuǎn)時，因磁場方向不變，E的方向不變，但因U反向，U與E的作

4、用方向變成一致，一起使U反向，使得T也反向成為制動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降至零。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零時，E=0，應(yīng)立即將電樞與電源斷開，否則電機(jī)將反向起動。(a)電動狀態(tài)(b)制動狀態(tài)圖3-1 反接制動迅速停機(jī)時的電路圖 機(jī)械特性上述制動過程也可以通過機(jī)械特性來說明。電動狀態(tài)時的機(jī)械特性如圖3-2的特性1，n與T的關(guān)系為n=-T電壓反向反接制動時，n與T的關(guān)系為n=-(-T)機(jī)械特性如圖3-2中特性2。設(shè)電動機(jī)拖動的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，負(fù)載特性如圖3.2中的特性3制動前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載轉(zhuǎn)矩3的交點(diǎn)a上面。制動瞬間，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速來不及變化，工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移到能耗制動特性的b點(diǎn)。這時T反向，成為

5、制動轉(zhuǎn)矩，制動過程開始。在T和T的共同作用下，轉(zhuǎn)速n迅速下降，工作點(diǎn)沿特性2由b點(diǎn)移至O點(diǎn)。這時n=0，應(yīng)立即斷開電源，使制動過程結(jié)束。否則電動機(jī)將反向起動，到d點(diǎn)去反向穩(wěn)定運(yùn)行。圖3-2 反接制動迅速停機(jī)過程 特性分析電壓反向反接制動的過程效果與制動電阻R大小有關(guān)。R小，則制動瞬間I大，T大，制動過程短暫，停機(jī)快。但制動過程中的最大電樞電流，即工作于b點(diǎn)時的電樞電流I不得超過I=（1.52.0）I。由圖3-1(b)可知，只考慮絕對值時式中，E=E。由此求得電壓反向反接制動的制動電阻為R-R 適用場合設(shè)備簡單，操作方便，制動轉(zhuǎn)矩平均值較大，制動強(qiáng)烈，但能量損耗大，適用于要求快速停車的拖動系統(tǒng)，

6、對于要求快速并立即反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)更為理想。 3.2 電動勢反向反接制動下放重物3.2.1 制動原理制動前后的電路如圖4-1所示。制動時，電樞電壓不反向，只在電樞電路中串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)闹苿与娮鑂。(a)電動狀態(tài)(b)制動狀態(tài)圖4-1 反接制動下放重物的電路圖3.2.2 機(jī)械特性上述制動過程也可以通過機(jī)械特性來說明。反接制動時，U=U，R=R+R，機(jī)械特性方程變?yōu)閚=-T若電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如圖4-2所示。制動前，系統(tǒng)工作在固有特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動瞬間，工作點(diǎn)由a平移到人為特性上的b點(diǎn)。由于T T,n下降，工作點(diǎn)沿人為特性2由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)時，T= T，系統(tǒng)重新

7、穩(wěn)定運(yùn)行。這時n反向，電動機(jī)處在制動運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定下放重物。在這種情況下制動運(yùn)行時，由于n反向，E也隨之反向，由圖4-1(b)可以看出，這時E與U的作用方向也變成一致，但I(xiàn)和T的方向不變，T與n方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持平衡，穩(wěn)定下放重物。所以這種反接制動稱為電動勢反向的反接制動運(yùn)行。圖4-2 反接制動下放重物過程3.2.3 特性分析電動勢反向反接制動的效果與制動電阻R的大小有關(guān)。R大，特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物慢。由圖4.1(b)可知，在d點(diǎn)運(yùn)行時，只取各量的絕對值，而不考慮其正、負(fù)，則R+ R=可見，若要以轉(zhuǎn)速n下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T的重物時，制動電阻應(yīng)為R= -R忽略,則R=

8、-R3.2.4 適用場合設(shè)備簡單，操作方便，電樞回路串聯(lián)電阻較大，機(jī)械特性較軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，能量損耗大，適用于低速勻速下放重物。4 反接制動制動電阻的計(jì)算一臺Z系列的他勵電動機(jī)，P=11KW，U=440V，I=31A，n=1480r/min，I=62A，T=120NM，T忽略不計(jì)。4.1 電樞電阻的計(jì)算R=2.74；4.2 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算E=354V； C=0.239；C=C=2.28T=71NM4.3 迅速停機(jī)T=120NmI=52.63AE=U-RI=295.79VR=-R=9.134.4 下放重物（以800r/min下放重物）R= -R=12.34 該電阻值大于0.89，滿足要求。5

9、結(jié)論電動機(jī)被停止后還有一定的旋轉(zhuǎn)慣性，在要求停止準(zhǔn)確的設(shè)備就要采用制動方式使電機(jī)停止后迅速靜止。較常用的有：1）能耗制動。2）反接制動。3）回饋制動。每種制動之間都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。利用每種方法之間的差別選擇一種最優(yōu)方法進(jìn)行那個制動，對工作效率，工廠經(jīng)濟(jì)效益都有著相當(dāng)了影響。本文僅對他勵直流電動機(jī)的反接制動進(jìn)行分析解釋。反接制動設(shè)備簡單，制動迅速，準(zhǔn)確性差，制動沖擊力強(qiáng)。利用其工作原理可以延伸到現(xiàn)實(shí)生活中的工作、工程當(dāng)中去。了解直流電動機(jī)的反接制動原理，會在一些方面使工作具有更有利的一面，在工程經(jīng)濟(jì)效益上有更有利的位置。 6 心得體會本設(shè)計(jì)不僅是會前面所學(xué)的指示的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一

10、種提高。下面是對課程設(shè)計(jì)的過程做一個簡單的總結(jié)。第一，題目確定之后，資料是最重要的，查資料是做課程設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，好的開端相當(dāng)成功了一半。到圖書館，資料室，上網(wǎng)尋找自己所需要的資料。要一一記錄下來以備后用。 第二，通過上面的過程，積累了不少的有用資源，對題目有了大概的了解，然后對題目進(jìn)行更透徹的分析。 第三，有了明確的研究方向，就該動手實(shí)現(xiàn)了。 通過本次設(shè)計(jì)，對原先學(xué)的知識又有了一定的新認(rèn)識，溫習(xí)了所學(xué)過的知識，溫故而知新。但在設(shè)計(jì)過程中，遇到了很多的問題，但最后通過和同學(xué)的交流一一得到解決。在這次設(shè)計(jì)中使我們的同學(xué)關(guān)系很進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有上面不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們對知識的了解有進(jìn)一步的提高。在這個課程設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我鼓勵工作的能力，樹立了自己對工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作有非常重要的影響。而且大大提高了自己的動手能力，是我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個課題還不是很完善，但在設(shè)過程中所學(xué)到的東西是這次設(shè)計(jì)的最大收益和財(cái)富，使我終身受益。參考文