《電機技術(shù)應(yīng)用》課件 3.3.3 直流電機的制動

直流電動機的制動直流電機電動機運行狀態(tài)1、電動狀態(tài)特點：轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相同，為拖動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。輸入電能，輸出機械能，機械特性在直角坐標的一、三象限。2、制動狀態(tài)特點：轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反，為制動性阻轉(zhuǎn)矩。輸入機械能，輸出電能，機械特性在直角坐標的二、四象限。

正向電動運行和反向電動運行是電動機最基本的運行狀態(tài)。電動機除了運行于T與n同方向的正向電動運行狀態(tài)之外，還經(jīng)常運行與T與n反方向的反向電動運行狀態(tài)。電機的兩種運行狀態(tài)特點如下。電動機的制動運行

1、制動目的它可以維持恒速運動（位能性恒轉(zhuǎn)矩負載）如起重類機械等速下放重物、列車等速下坡等。2、制動方法自由停車法、機械制動法（即剎車）、電氣制動法電氣制動法：使電動機變發(fā)電機將系統(tǒng)的機械能或位能負載的位能轉(zhuǎn)換為電能，消耗在電樞電路的總電阻或回饋電網(wǎng)。電氣制動法包括：能耗制動、反接制動、回饋制動

一、能耗制動

能耗制動定義：將機械軸上的動能或勢能轉(zhuǎn)換而來的電能通過電樞回路的外串電阻發(fā)熱消耗的一種制動方式。

制動運行時，電機靠生產(chǎn)機械的慣性力的拖動而發(fā)電，將生產(chǎn)機械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機停止轉(zhuǎn)動。

電動狀態(tài)能耗制動一、能耗制動制動操作：切除電源，同時在電樞回路串入電阻Rz過程分析：開始制動時，由于慣性，n的方向不變Ea方向不變Ia反向（由Ea產(chǎn)生），而磁通方向不變T反向，使T與n方向相反制動U=0制動特點：U=0，R=Ra+RZ思考：電阻Rz的作用？電阻阻值對系統(tǒng)的影響？電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點反抗性負載，電機停轉(zhuǎn)。位能性負載,穩(wěn)定工作點一、能耗制動能耗制動時的機械特性是一條經(jīng)過原點、位于第二、四象限的直線。1）電機拖動反抗性負載，制動瞬間電機的工作點由A點跳變到B點，電磁轉(zhuǎn)矩TM反向，與負載轉(zhuǎn)矩同方向，在他們的共同作用下電機沿BO曲線減速，直至到達O點停車。2）電機拖動位能性負載，到達O點停車時n=0，TM=0，但在位能性負載的作用下電動機將反轉(zhuǎn)并加速，工作點沿OC移動。此時n和TM的方向均與電動狀態(tài)相反，所以電磁轉(zhuǎn)矩TM仍為制動轉(zhuǎn)矩。隨著n的增大TM不斷增大，直至與負載轉(zhuǎn)矩TL大小相等，方向相反，電機獲得穩(wěn)定運行。

一、能耗制動

參數(shù)計算：（電阻Rz）能耗制動過程中，起始制動轉(zhuǎn)矩的大小與外接制動電阻Rz的大小有關(guān)。外接制動電阻越大，制動轉(zhuǎn)矩越小，制動過程越緩慢，但電機不易過熱；反之外接電阻越小，則制動轉(zhuǎn)矩越大，制動過程越快。但制動電阻的最小值受到電動機過載能力的限制，因此在能耗制動過程中，應(yīng)將制動瞬間的電流（即最大制動電流Imax）限制在允許的范圍內(nèi)。如果按最大制動電流不超2IN倍來選擇則≥≥

一、能耗制動

能量關(guān)系：

制動運行時，電機靠生產(chǎn)機械的慣性力的拖動而發(fā)電，將生產(chǎn)機械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機停止轉(zhuǎn)動。

優(yōu)缺點：

線路簡單、經(jīng)濟、安全；用于反抗性負載可實現(xiàn)準確停車；用于位能性負載，可下放重物；

但在制動過程中，隨著轉(zhuǎn)速的下降，制動轉(zhuǎn)矩隨之減小，制動效果變差，為使電機更快停車，可在轉(zhuǎn)速降到一定程度時，切除一部分電阻，使制動轉(zhuǎn)矩增大，從而加強制動作用。

二、倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動方法：他勵直流電動機拖動位能性負載，如起重機下放重物時，若在電樞回路串入大電阻，可得到一條斜率較大的人為特性曲線，致使電磁轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩。這樣電機將被制動減速，并被負載反拖進入第Ⅳ象限運行。

倒拉反接的反接制動下放重物的速度隨串聯(lián)電阻RΩ的大小而異，制動電阻RΩ越大，機械特性越軟，下放重物速度越快。正向電動狀態(tài)提升重物(A點)負載作用下電機反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)電機以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下放重物D點1）串聯(lián)電阻瞬間，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由A點跳變到B點，此時電磁轉(zhuǎn)矩TM小于負載轉(zhuǎn)矩TL，電動機開始B點減速到C點。3）因為勵磁電流不變，Ea隨著n的反向而改變方向，但電樞電流方向不變，即電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，電磁轉(zhuǎn)矩TM變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩，電機處于制動狀態(tài)，如CD段所示。2）到C點時n=0，電磁轉(zhuǎn)矩為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tst，因Tst仍小于負載轉(zhuǎn)矩TL，在重物的重力作用下電動機將反轉(zhuǎn)，即下放重物。電樞回路串入較大電阻后特性曲線二、倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動正向電動狀態(tài)提升重物點A負載作用下電機反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)4）隨著電動機反向速度的增加，Ea增大，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩TM也增大，達到D點時電磁轉(zhuǎn)矩TM和負載轉(zhuǎn)矩TL平衡，電動機以穩(wěn)定的速度下放重物。電動機串聯(lián)的電阻越大，最后穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速越高，下放重物的速度越快。電樞回路串入較大電阻后特性曲線電機以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下放重物點D5）機械特性方程：因串聯(lián)電阻較大，使得n為負值，特性曲線位于第四象限。二、倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動方法：將正在運行的電機電樞繞組兩端反接到電源上，同時串入制動電阻RΩ,斷開K1和K2，接通K3和K4。三、電壓反接的反接制動U<0TMB反向機械特性方程：機械特性曲線：電壓反接的反接制動機械特性是一條過-n0

的直線，在第二象限部分(BC段)。（n為正，T為負）1）電壓反接瞬間，電動機的工作點從A點跳變到B點，此時電磁轉(zhuǎn)矩TM與轉(zhuǎn)速反向，對電動機起制動作用，使電動機轉(zhuǎn)速降低，從B點沿制動特性下降到C點。2）對于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，在C點n=0時，若∣TM∣<∣TZ∣則電動機堵轉(zhuǎn)，若∣TM∣>∣TZ∣則電動機反向起動，沿特性曲線由C點到達D點（-TM>-TZ），電動機穩(wěn)定運行在反向電動狀態(tài)。3）對于位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，電動機反向轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，將沿特性曲線經(jīng)過-n0點，在反向發(fā)電回饋制動狀態(tài)下穩(wěn)定運行于E點。三、電壓反接的反接制動電阻RΩ的計算：一般要求最大制動電流也不超過2IN≥

電樞反接制動曲線比能耗制動曲線陡得多，制動轉(zhuǎn)矩比較大，比能耗制動更強烈、更快。在頻繁正、反轉(zhuǎn)的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，常采用這種先反接制動停車，接著自動反向起動的運行方式，以達到迅速制動并反轉(zhuǎn)的目的。三、電壓反接的反接制動3、兩種反接制動的特點共同點：能量關(guān)系相同。不同點：電壓反接的反接制動特性位于第二象限，制動轉(zhuǎn)矩大，制動效果好；

倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動特性位于第四象限，機械能來自負載的位能，不能用于停車。兩種反接制動的比較應(yīng)用：倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動，只應(yīng)用于位能性負載，一般可在的條件下穩(wěn)速下降。電壓反接的反接制動，宜用于要求迅速停車和反轉(zhuǎn)，要求較強烈制動的場合，如反抗性負載，但采用電樞反接制動停車時，當(dāng)制動到n=0時，應(yīng)迅速切斷電源，否則有反向起動的可能性。

電動狀態(tài)下的電動機有時會出現(xiàn)n>n0的情況，此時Ea>U，，Ia的方向與電動狀態(tài)相反，TM變?yōu)橹苿?。此時電機處于發(fā)電狀態(tài)—回饋制動狀態(tài)。四、回饋制動

當(dāng)電動機拖動機車下坡出現(xiàn)回饋制動（正向回饋制動）時，其機械特性位于第二象限，如圖中noA段，A點是電動機的正向回饋制動穩(wěn)定運行點，表示機車以恒定的速度下坡。

當(dāng)電動機下放重物出現(xiàn)回饋制動（反向回饋制動）時，其機械特性曲線位于第四象限，如圖中-n0B段。B點是電動機的反向回饋制動穩(wěn)定運行點，表示重物勻速下放。

除以上兩種回饋制動外，還有一種發(fā)生在電動狀態(tài)中的回饋制動過程，如降壓調(diào)速過程和增磁調(diào)速過程中都會出現(xiàn)回饋制動。四、回饋制動1、降壓調(diào)速時的回饋制動制動過程為Bn02線段

A點是電動狀態(tài)運行的工作點，對應(yīng)電壓U1，轉(zhuǎn)速為nA。當(dāng)進行降壓（U1降為U2）調(diào)速時，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由A點平移到B點，此后工作點在降壓人為特性曲線上的Bn02段上的變化過程即為回饋制動過程，它起到加快電動機減速的作用，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到n02時，制動過程結(jié)束。轉(zhuǎn)速從n02降低到nc的過程稱為電動狀態(tài)減速過程。四、回饋制動2、增磁調(diào)速時的回饋制動制動過程為Bn02線段

A點是電動狀態(tài)運行的工作點，對應(yīng)磁通Φ1，轉(zhuǎn)速為nA。當(dāng)進行增磁（Φ1增加到Φ2）調(diào)速時，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由A點平移到B點，此后工作點在增磁人為特性曲線上的Bn02段上的變化過程即為回饋制動過程，它起到加快電動機減速的作用，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到n02時，制動過程結(jié)束。

回饋制動的特性方程式與電動狀態(tài)相同，只是運行在機械特性曲線上的不同區(qū)段而已?；仞佒苿右话阌糜谖荒苄载撦d高速拖動電動機場合和降低電樞電壓調(diào)速場合，由于有功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動相比是比較經(jīng)濟的。2、能耗制動過程和能耗制動運行有何異同點？答：相同點：兩種狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩都與電機轉(zhuǎn)向相反。不同點：能耗制動中負載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩同向；而能耗運行中負載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩反向。1、什么是電氣制動？電氣制動有什么特點？有哪幾種方法？答：所謂的電氣制動就是使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩成為制動轉(zhuǎn)矩的一種制動。特點是電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，為制動性質(zhì)根據(jù)實現(xiàn)制動的方法和制動時電機內(nèi)部能量傳遞關(guān)系的不同，電氣制動的方法有能耗制動、反接制動和回饋制動三種制動方法。思考與練習(xí)

思考與練習(xí)3、反接制動有哪幾種形式？各有什么特點？有兩種形式，一種是電源反接（電樞電壓）制動，另一種是轉(zhuǎn)速反向的反接制動（倒拉反接制動）。

電源反接制動：是正在運行的電機，利用電氣控制將其電樞回路的電源反接，電機一方面從電源吸收能量，另一方面將電樞儲存的慣性動能，二者一并轉(zhuǎn)換為電能，消耗在電樞回路電阻上的一種電氣制動。這種制動方法，制動時間很短、可調(diào)，對設(shè)備的沖擊較大，一般用在容量較小電機正反轉(zhuǎn)的機床設(shè)備，目的并不是停車，而是反向電動運行。

轉(zhuǎn)速反向的反接制動（倒拉反接制動）：是利用電氣控制方法，在電機起動時，使電機的起動電磁轉(zhuǎn)矩小于負載下降的機械轉(zhuǎn)矩，從而使電機拖動的位能性負載，在下降運行時不超過一定速度的電氣制動。這種制動方法目的并不是停車，而是限制位能型負載下降運行速度的限制。一般經(jīng)常用在一般以位能型負載為主的負載上，如起重設(shè)備、電力機車等。

思考與練習(xí)4、他勵直流電動機，PN＝12kW，UN＝220V，IN＝64A，nN＝700r/min，Ra＝0.25

。求：（1）額定工況下采用電壓反接制動，制動時電樞中串入RZ＝6的制動電阻，最大制動電流及電磁轉(zhuǎn)矩為多少？（2）停機時電流及電磁轉(zhuǎn)矩為多少？如果負載為反抗性且停機時不切斷電源，系統(tǒng)是否會反向起動？為什么？答：(1)根據(jù)電壓方程電壓反接制動時：（2）停機時，n＝0反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，負載轉(zhuǎn)矩大小與速度無關(guān)，方向與轉(zhuǎn)向相反。結(jié)論：不能反向起動！

5、他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)：PN＝29kW，UN＝440V，IN＝76A，nN＝1000r/min,電樞回路總電阻Ra＝0.377