第2章直流電機(jī)(8)

1、4.7 4.7 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 制動(dòng)問(wèn)題：制動(dòng)問(wèn)題：在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常需要采取在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常需要采取 一些措施使電動(dòng)機(jī)盡快停轉(zhuǎn)，或者從某高一些措施使電動(dòng)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(dòng)機(jī)的在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是電動(dòng)機(jī)的 制動(dòng)問(wèn)題。制動(dòng)問(wèn)題。 實(shí)現(xiàn)制動(dòng)有兩種方法，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)有兩種方法，機(jī)械制動(dòng)機(jī)械制動(dòng)和和電磁制動(dòng)電磁制動(dòng)。 電磁制動(dòng)是使電機(jī)在制動(dòng)時(shí)使電機(jī)產(chǎn)生與其旋電磁制動(dòng)是使電機(jī)在制動(dòng)時(shí)使電機(jī)產(chǎn)生與其旋 轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩, ,其特點(diǎn)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大其特點(diǎn)

2、是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大, , 操作控制方便。操作控制方便。直流電機(jī)的電磁制動(dòng)類型有直流電機(jī)的電磁制動(dòng)類型有能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)、反接反接 制動(dòng)制動(dòng)和和回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)。一、能耗制動(dòng)一、能耗制動(dòng)1.1.接線圖接線圖圖圖4.7.1 4.7.1 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)接線圖并勵(lì)電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)接線圖2.2.能耗制動(dòng)過(guò)程能耗制動(dòng)過(guò)程B-OB-O0RRnCRRERREUIaeaaanRRCCICTa2TeaTememem2TeaTKTCCRRn 可見(jiàn)，是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，如圖可見(jiàn)，是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，如圖4.7.24.7.2所示。所示。圖圖4.7.2 4.7.2 能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性0ICTaBTe

3、mB0IaBzemBTTnEemaT，I（絕對(duì)值逐漸減小）（絕對(duì)值逐漸減?。?n ，即電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。，即電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。3.3.特點(diǎn)：特點(diǎn)： Tem0，兩者相反方向（發(fā)電機(jī)狀態(tài)），兩者相反方向（發(fā)電機(jī)狀態(tài)） P1=0，Pem0，P20 與一般發(fā)電機(jī)的區(qū)別：與一般發(fā)電機(jī)的區(qū)別：沒(méi)有原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)沒(méi)有原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率，其機(jī)械能靠的是系統(tǒng)轉(zhuǎn)速?gòu)母叩降?，械功率，其機(jī)械能靠的是系統(tǒng)轉(zhuǎn)速?gòu)母叩降?，制?dòng)時(shí)所釋放出來(lái)的動(dòng)能；電功率沒(méi)有輸出，制動(dòng)時(shí)所釋放出來(lái)的動(dòng)能；電功率沒(méi)有輸出，而消耗在而消耗在Ra+RRa+R上。上。 制動(dòng)電阻越小，制動(dòng)開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)制動(dòng)電阻越小，制動(dòng)開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng) 轉(zhuǎn)矩就越大。轉(zhuǎn)矩就越大。

4、高速時(shí)能耗制動(dòng)作用較大，低速時(shí)應(yīng)配高速時(shí)能耗制動(dòng)作用較大，低速時(shí)應(yīng)配 合機(jī)械制動(dòng)裝置使系統(tǒng)停掉。合機(jī)械制動(dòng)裝置使系統(tǒng)停掉。注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：4.4.能耗制動(dòng)運(yùn)行能耗制動(dòng)運(yùn)行O-CO-C 采用能耗制動(dòng)時(shí)，工作點(diǎn)從采用能耗制動(dòng)時(shí)，工作點(diǎn)從ABO,BOABO,BO是是能耗制動(dòng)過(guò)程，到了能耗制動(dòng)過(guò)程，到了O O點(diǎn)后，如不采取其他制動(dòng)點(diǎn)后，如不采取其他制動(dòng)措施，則系統(tǒng)會(huì)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下反轉(zhuǎn)，工作措施，則系統(tǒng)會(huì)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下反轉(zhuǎn)，工作點(diǎn)沿著能耗制動(dòng)曲線到達(dá)點(diǎn)沿著能耗制動(dòng)曲線到達(dá)C C后才穩(wěn)定運(yùn)行。在后才穩(wěn)定運(yùn)行。在C C點(diǎn)，點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，與轉(zhuǎn)速方向相反是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，與轉(zhuǎn)速方向相反

5、是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在C C點(diǎn)的運(yùn)行方式稱為點(diǎn)的運(yùn)行方式稱為能耗制動(dòng)運(yùn)行能耗制動(dòng)運(yùn)行。如圖。如圖4.7.34.7.3所所示。示。圖圖4.7.3 4.7.3 能耗制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)能耗制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)1.1.正轉(zhuǎn)反接正轉(zhuǎn)反接 接線圖接線圖圖圖4.7.4 4.7.4 正轉(zhuǎn)反接制動(dòng)接線圖正轉(zhuǎn)反接制動(dòng)接線圖二、反接制動(dòng)二、反接制動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)可分為正轉(zhuǎn)反接和直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)可分為正轉(zhuǎn)反接和正接反轉(zhuǎn)兩種。正接反轉(zhuǎn)兩種。 制動(dòng)分析制動(dòng)分析LaaRREUIaTemICTnCEeem2TeLaeTCCRRCUn 可見(jiàn)，它為一條處于可見(jiàn)，它為一條處于、象限的直線，象限的直線，如圖如圖4.7.54.7.5所示。所示。

6、圖圖4.7.5 4.7.5 正轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性正轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性當(dāng)當(dāng)n=0n=0時(shí)，時(shí)， , ,0Tem則此時(shí)應(yīng)及時(shí)把電則此時(shí)應(yīng)及時(shí)把電源關(guān)斷，否則電動(dòng)源關(guān)斷，否則電動(dòng)機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)起來(lái)。機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)起來(lái)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1） Tem02） P1 0，Pem0，P200，軸上輸出軸上輸出P P2 20n0，此時(shí)，此時(shí)nn0的情的情況，這時(shí)況，這時(shí)EU，電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行。，電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行。Ia=(U-E)/Ra為負(fù)值，為負(fù)值，Tem（0變?yōu)樽優(yōu)閚n0101) )2.2.機(jī)械特性機(jī)械特性 回饋制動(dòng)實(shí)際上是將接在電網(wǎng)上的電機(jī)從回饋制動(dòng)實(shí)際上是將接在電網(wǎng)上的電機(jī)從電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)變成發(fā)電機(jī)工作

7、狀態(tài)，其機(jī)械電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)變成發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，其機(jī)械特性方程為：特性方程為：em0KTnn 制動(dòng)期間，制動(dòng)期間，Temn0，電機(jī)在，電機(jī)在高于理想空載轉(zhuǎn)速下作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，由于電高于理想空載轉(zhuǎn)速下作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，由于電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用，使電機(jī)轉(zhuǎn)速不致過(guò)高或磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用，使電機(jī)轉(zhuǎn)速不致過(guò)高或作減速運(yùn)行。作減速運(yùn)行。3.3.特點(diǎn)特點(diǎn) Tem0； P10，Pem0，P2UEaU，電流流向，電流流向 電源，屬于反向回饋制動(dòng)。電源，屬于反向回饋制動(dòng)。 反向回饋制動(dòng)常用于高速下放重物時(shí)限制電反向回饋制動(dòng)常用于高速下放重物時(shí)限制電 機(jī)轉(zhuǎn)速。機(jī)轉(zhuǎn)速。圖圖4.7.9 4.7.9 反向回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性反向回饋

8、制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性4.8 4.8 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 就一個(gè)具體的電樞元件就一個(gè)具體的電樞元件( (線圈線圈) )來(lái)說(shuō)，其來(lái)說(shuō)，其電流總是不斷變化的?；蛘哒f(shuō)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電流總是不斷變化的?；蛘哒f(shuō)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)具體的電樞元件總是不斷地從一個(gè)支路每個(gè)具體的電樞元件總是不斷地從一個(gè)支路轉(zhuǎn)進(jìn)另外一個(gè)支路。元件中電流方向改變的轉(zhuǎn)進(jìn)另外一個(gè)支路。元件中電流方向改變的過(guò)渡過(guò)程稱為過(guò)渡過(guò)程稱為換向過(guò)程換向過(guò)程。 換向是所有直流電機(jī)的共同問(wèn)題，它對(duì)換向是所有直流電機(jī)的共同問(wèn)題，它對(duì)電機(jī)的正常運(yùn)行有重要影響。電機(jī)的正常運(yùn)行有重要影響。一、換向過(guò)程分析一、換向過(guò)程分析 (a) 換向開(kāi)始換向開(kāi)始(b) 正在

9、換向正在換向(c) 換向結(jié)束換向結(jié)束圖圖4.8.1 4.8.1 換向元件的換向過(guò)程換向元件的換向過(guò)程 電刷是支路的分界線；我們研究跨接在換向片電刷是支路的分界線；我們研究跨接在換向片 1/21/2上的電樞元件。上的電樞元件。 換向剛開(kāi)始時(shí)，元件仍屬于右邊支路，其電換向剛開(kāi)始時(shí)，元件仍屬于右邊支路，其電 流為流為+i+ia a（右（右左）；左）； 處于換向中時(shí)，元件被電刷短路，電流大小處于換向中時(shí)，元件被電刷短路，電流大小 和方向處于變化的過(guò)程中；和方向處于變化的過(guò)程中； 換向結(jié)束時(shí)，元件進(jìn)入左邊支路，其電流已換向結(jié)束時(shí)，元件進(jìn)入左邊支路，其電流已 經(jīng)由變?yōu)榻?jīng)由變?yōu)?i-ia a（左（左右）。右

10、）。 一個(gè)元件換向過(guò)程所需的時(shí)間稱為換向周期一個(gè)元件換向過(guò)程所需的時(shí)間稱為換向周期T Th h， 即一個(gè)換向片通過(guò)電刷所用的時(shí)間。換向元即一個(gè)換向片通過(guò)電刷所用的時(shí)間。換向元 件的電流從件的電流從+i+ia a變到變到-i-ia a所用的時(shí)間即為一個(gè)換所用的時(shí)間即為一個(gè)換 向周期（向周期（T Th h=0.0005=0.0005 0.020.02秒）。秒）。圖圖4.8.2 4.8.2 換向周期換向周期 換向問(wèn)題十分復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換換向問(wèn)題十分復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換 向片之間產(chǎn)生火化。當(dāng)火花大到一定程度時(shí)向片之間產(chǎn)生火化。當(dāng)火花大到一定程度時(shí) 可能損壞換向器表面，從而使電機(jī)不能正常

11、可能損壞換向器表面，從而使電機(jī)不能正常 工作。工作。 產(chǎn)生火花的原因十分復(fù)雜，除電磁原因外，產(chǎn)生火花的原因十分復(fù)雜，除電磁原因外， 還有電化學(xué)、電熱等因素，至今尚無(wú)完整的還有電化學(xué)、電熱等因素，至今尚無(wú)完整的 理論。理論。 為了分析方便假定換向片的寬為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。度等于電刷的寬度。 直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷，從一條支路換到另一直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷，從一條支路換到另一條支路時(shí)條支路時(shí), ,元件里的電流方向改變，即換向。元件里的電流方向改變，即換向。 電樞移到電刷與換向片電樞移到電刷與換向片2接觸時(shí)，接觸時(shí)，元件元件1被短路，電流被分流。如圖所示。被短路，

12、電流被分流。如圖所示。 電刷與換向片電刷與換向片1接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 中的中的電流方向如圖所示，大小為電流方向如圖所示，大小為 。aii 電刷僅與換向片電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 中中的電流方向如圖所示，大小為的電流方向如圖所示，大小為 。aii元件1av1 2iiai 2aiai2i1iaiiaii ai 2aiai2i1iaiiaiiai 2aiai2i1i二、換向的電磁理論二、換向的電磁理論1. 換向元件中的電動(dòng)勢(shì)換向元件中的電動(dòng)勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì) 和互感電動(dòng)勢(shì)和互感電動(dòng)勢(shì) ：換向元件（線圈）在換向過(guò)程中：換向元件（線圈）在換向過(guò)程中電流改變而產(chǎn)生的。電流改變

13、而產(chǎn)生的。LeMe切割電動(dòng)勢(shì)切割電動(dòng)勢(shì) ：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電樞反：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電樞反應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動(dòng)勢(shì)。應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動(dòng)勢(shì)。ae換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：kaMLeeeee 根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)總是阻根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)總是阻礙換向的。礙換向的。換向電動(dòng)勢(shì)換向電動(dòng)勢(shì) ：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場(chǎng)中感應(yīng)的：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場(chǎng)中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。換向電動(dòng)勢(shì)是幫助換向的。電動(dòng)勢(shì)。換向電動(dòng)勢(shì)是幫助換向的。ke2.

14、換向元件中的電流換向元件中的電流eiRRiRRRibkbk)()(11 設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是 和和 ，元件自，元件自身的電阻為身的電阻為 ，流過(guò)的電流為，流過(guò)的電流為 ，元件與換向片間的連線電阻為，元件與換向片間的連線電阻為 ，元件在換向時(shí)的回路方程：元件在換向時(shí)的回路方程：1bR2bRRikR 忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與換向忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與換向片的接觸總電阻為片的接觸總電阻為 ，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律為，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律為bRklkkkbkkaiit

15、TTtTReTtTii)(2 直線換向直線換向0e當(dāng)當(dāng) 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。線性變化。0e當(dāng)當(dāng) 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。 延遲換向延遲換向0e當(dāng)當(dāng) 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。 超越換向超越換向ai直線換向aikTt0延遲換向超越換向圖圖4.8.3 4.8.3 換向電流變化規(guī)律換向電流變化規(guī)律三、影響換向的因素三、影響換向的因素 1.1.電磁因素：電磁因素：2.2.機(jī)械、化學(xué)、材料等原因。機(jī)械、化學(xué)、材

16、料等原因。 電抗電勢(shì)和切割電勢(shì)電抗電勢(shì)和切割電勢(shì)( (電樞反應(yīng)使得換向元件電樞反應(yīng)使得換向元件所在處的磁場(chǎng)不為所在處的磁場(chǎng)不為0 0，從而產(chǎn)生切割電勢(shì)。也是阻，從而產(chǎn)生切割電勢(shì)。也是阻礙元件電流變化的礙元件電流變化的 ) )阻礙換向阻礙換向. .(1) (1) 機(jī)械方面的原因機(jī)械方面的原因: : 換向器偏心換向器偏心/ /片間絕緣凸出片間絕緣凸出/ /某個(gè)換向片凸出某個(gè)換向片凸出/ /電刷與換向器表面接觸不好等等；電刷與換向器表面接觸不好等等； 四、改善換向的方法四、改善換向的方法 1.1.裝換向極裝換向極(2) (2) 化學(xué)方面：化學(xué)方面： 高空缺氧高空缺氧/ /缺水缺水/ /某些化工廠的電

17、機(jī)，都可能某些化工廠的電機(jī)，都可能破壞換向器表面的氧化亞銅薄膜而產(chǎn)生火花。破壞換向器表面的氧化亞銅薄膜而產(chǎn)生火花。 在換向元件處產(chǎn)生一個(gè)磁勢(shì)以抵消該處的在換向元件處產(chǎn)生一個(gè)磁勢(shì)以抵消該處的電樞反應(yīng)磁勢(shì)。產(chǎn)生一個(gè)磁密，換向元件切割電樞反應(yīng)磁勢(shì)。產(chǎn)生一個(gè)磁密，換向元件切割該磁密時(shí)產(chǎn)生一個(gè)能抵消電抗電勢(shì)的電勢(shì)。該磁密時(shí)產(chǎn)生一個(gè)能抵消電抗電勢(shì)的電勢(shì)。（換向極繞組一般與電樞繞組串聯(lián)）（換向極繞組一般與電樞繞組串聯(lián)） 圖圖4.8.4 4.8.4 裝置換向極改善換向裝置換向極改善換向 2.2.裝補(bǔ)償繞組裝補(bǔ)償繞組 裝補(bǔ)償繞組將產(chǎn)生抵消電樞反應(yīng)的磁勢(shì)，裝補(bǔ)償繞組將產(chǎn)生抵消電樞反應(yīng)的磁勢(shì)，與與電樞繞組串聯(lián)。電樞繞組串聯(lián)。 圖圖4.8.5 4.8.5 安裝補(bǔ)償繞組改善換向安裝補(bǔ)償繞組改善換向 圖圖4.8.6 4.8.6 安裝補(bǔ)償繞組示意圖安裝補(bǔ)償繞組示意圖 圖圖4.8.7 4.8.7 換向器上環(huán)火示意圖換向器上環(huán)火示意圖 3.3.移動(dòng)電刷位置移動(dòng)電刷位置 對(duì)于未裝換向極的小型串勵(lì)直流電機(jī)，把對(duì)于未裝換向極的小型串勵(lì)直流電機(jī)，把電刷從幾何中性線（與處于幾何中性線處的導(dǎo)電刷從幾何中性線（與處于幾何中性線處的導(dǎo)體接觸）移開(kāi)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌?，使得換向元件體接觸）移開(kāi)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌龋沟脫Q向元件產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)與自感電勢(shì)的方向相反，相互產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)與自感電勢(shì)的方向相反，相互抵銷。抵銷。 與設(shè)置換向極