電力拖動基礎(chǔ)第二講

電力拖動基礎(chǔ)第二講第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一機械制動，結(jié)構(gòu)簡單；電磁制動，操作控制方便，制動轉(zhuǎn)矩大。

當(dāng)與的方向相同時，電機運行于電動機狀態(tài)，當(dāng)與方向相反時，電機運行于制動狀態(tài)。正向電動（n>0,T>0)正向制動（n>0,T<0)反向電動（n<0,T<0)反向制動（n<0,T>0)第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一一、能耗制動電動制動

在電動狀態(tài)，電樞電流、電樞電動勢、轉(zhuǎn)速及驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩如圖所示。N>0,T>0需要制動時,將開關(guān)S投向制動電阻上即可。第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一電動

由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電動勢方向不變。由產(chǎn)生的電樞電流的方向與電動狀態(tài)時的方向相反,對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩與方向相反,為制動性質(zhì),電機處于制動狀態(tài)。N>0,Tb<0制動第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一能耗制動時的機械特性為：電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段電動機拖動反抗性負載，電機停轉(zhuǎn)。若電動機帶位能性負載,穩(wěn)定工作點第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一但制動電阻越小，制動電流越大。選擇制動電阻的原則是

改變制動電阻的大小可以改變能耗制動特性曲線的斜率,從而可以改變制動轉(zhuǎn)矩及下放負載的穩(wěn)定速度。越小,特性曲線的斜率越小,起始制動轉(zhuǎn)矩越大,而下放負載的速度越小。即：其中為制動瞬間的電樞電動勢。第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一能耗制動電阻的計算制動電阻R

愈小，則機械特性愈平，T絕對值愈大，制動愈快，但Ia將超過電動機最大允許電流。制動電阻Rc通?？捎芍苿映跏妓蟮淖畲笾苿愚D(zhuǎn)矩或者電流求出。第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一能耗制動操作簡單,但隨著轉(zhuǎn)速下降,電動勢減小,制動電流和制動轉(zhuǎn)矩也隨著減小,制動效果變差。若為了盡快停轉(zhuǎn)電機,可在轉(zhuǎn)速下降到一定程度時,切除一部分制動電阻,增大制動轉(zhuǎn)矩。第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一二、反接制動

電壓反接制動時接線如圖所示。（一）電壓反接制動

開關(guān)S投向“電動”側(cè)時，電樞接正極電壓，電機處于電動狀態(tài)。進行制動時，開關(guān)投向“制動”側(cè)，電樞回路串入制動電阻后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流：電動制動第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

反向的電樞電流產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生很強的制動作用——電壓反接制動。

所串電阻最小值為第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一反接制動電阻的計算制動電阻Rc也可由制動初始所要求的最大制動轉(zhuǎn)矩或者電流求出。第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一機械特性為：曲線如圖中所示。工作點變?yōu)椋旱谑?，共四十一頁，編輯?023年，星期一,

表明電機從電源吸收電功率,表明電機從軸上吸收機械功率;注意：電動機拖到反抗性負載時，若停車應(yīng)及時切斷電源，否則當(dāng)時會反向啟動功率平衡：軸上機械功率通過電機轉(zhuǎn)換為電磁功率后，連同電網(wǎng)輸入功率全部消耗于電阻第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一（1）反接制動轉(zhuǎn)矩大――制動作用較強；（2）由于在反接制動期間，電樞感應(yīng)電動勢和電源電壓是串聯(lián)相加的，因此，為了限制電樞電流，電動機的電樞電路中必須串接足夠大的限流電阻。（3）制動轉(zhuǎn)矩大說明電樞電流大，故制動過程中會使電機發(fā)熱，故不適合頻繁制動的場合。注意事項：第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一（二）倒拉反轉(zhuǎn)反接制動倒拉反轉(zhuǎn)反接制動只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負載。電樞回路串入較大電阻后特性曲線正向電動狀態(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點第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

倒拉反轉(zhuǎn)反接制動時的機械特性方程就是電動狀態(tài)時電樞串電阻時的人為特性方程。由于串入電阻很大，有

倒拉反轉(zhuǎn)反接制動時的機械特性曲線就是電動狀態(tài)時電樞串電阻時的人為特性在第四象限的部分。第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一三、再生制動

特點：

1）在外部條件的作用下，實際轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速；

2）電動機輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向與n的方向相反。

1．電車走下坡路時的反饋制動設(shè)電車與地面的摩擦轉(zhuǎn)矩為Tr

，阻轉(zhuǎn)矩；下坡時電車所產(chǎn)生的位能轉(zhuǎn)矩為Tp，拖動轉(zhuǎn)矩；且Tp>Tr

，前進時速度n為正。電車由直流電動機拖動，機械特性如圖所示：第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一勻速走平路時（a點）：輸出轉(zhuǎn)矩TM用來克服負載轉(zhuǎn)矩Tr

。在a—n0段：TM與n的方向相同，故為電動狀態(tài)。在n0—b段：TM與n的方向相反，且工作速度大于理想空載轉(zhuǎn)速，故電動機工作在反饋制動狀態(tài)。第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一2．電樞電壓突然下降時的反饋制動設(shè)當(dāng)電動機的電樞外加電壓為U1和U2，且U1>U2時的機械特性如圖所示：若電動機工作在A點時將電樞電壓突然降低為U2，電動機的機械特性變?yōu)榍€2，由于機械慣性，工作點由A轉(zhuǎn)換到B點。此時-TM-TL<0，電動機的轉(zhuǎn)速在TM、TL的共同的作用下沿著曲線2下降直到新的平衡點D。在B—C段，轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩TM的方向相反，運行速度大于空載轉(zhuǎn)速n02，故為反饋制動狀態(tài)。第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一直流他勵電動機各運轉(zhuǎn)狀態(tài)的機械特性幾種制動方法的應(yīng)用和比較P30圖2-26P31表第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)直流串勵電動機的電力拖動串勵直流電動機的電路圖如下圖所示。勵磁線圈電樞附加電阻特點：勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)，磁通隨電樞電流而變化。第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一串勵直流電動機的電力拖動1．固有機械特性圖2.30是串勵電動機的接線圖，勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，電樞電流Ia即為勵磁電流If，電樞電流Ia（即負載）變化將引起主磁通變化。在較小，磁路未飽和時，與成正比，即（2-23）式中，K為比例常數(shù)。此時，電磁轉(zhuǎn)矩（2-24）由此可得（2-25）固有機械特性表達式為（2-26）

圖2.30串勵電動機接線圖

第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一將式（2-23）和式（2-25）代入式（2-26）中，可以得到在輕載磁路不飽和時串勵直流動機的機械特性為

（2-27）

式中、,該式表明轉(zhuǎn)速n與成反比，其機械特性如圖2.31中AB段。

當(dāng)較大，磁路飽和時，

基本保持不變，此時機械特性與他勵直流電動機的機械特性相似，為較“硬”的直線特性，如圖2.31中BC段。

圖2.31串勵電動機的固有機械特性第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

由機械特性曲線可以看出：（1）特性曲線是一條非線性的軟特性，隨著負載轉(zhuǎn)矩的增大（減?。?，轉(zhuǎn)速自動減?。ㄔ龃螅?，保持功率基本不變，即有很好的牽引性能，廣泛用于機車類負載的牽引動力。（2）理想空載轉(zhuǎn)速為無窮大，實際上由于有剩磁磁通存在，n0一般可達（5～6）nN，空載運行會出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象。因此，串勵電動機是不允許空載或輕載運行或用皮帶傳動的。（3）由于Tem與Ia的平方成正比，因此串勵電動機的起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強。

(4）一般制造商在電機產(chǎn)品目錄中繪制有曲線，從兩根曲線上取任一電流可查出n和T的數(shù)值，從而繪制出固有特性n=f(T)曲線以以第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

2．人為特性串勵直流電動機同樣可以采用電樞串電阻、改變電源電壓和改變磁通的方法來獲得各種人為特性，其人為機械特性曲線的變化趨勢與他勵直流電動機的人為機械特性曲線的變化趨勢相似，如圖2.32所示。圖2.32串勵直流電動機的人為機械特性第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一2.7.3串勵直流電動機的電氣制動

對于串勵直流電動機，由于理想空載轉(zhuǎn)速為無窮大，所以它不可能有回饋制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)，只能進行能耗制動和反接制動。

1．能耗制動串勵直流電動機的能耗制動分為他勵式和自勵式能耗制動兩種。第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一（1）他勵能耗制動他勵能耗制動是把勵磁繞組由串勵形式改接成他勵形式，即把勵磁繞組單獨接到電源上，電樞繞組外接制動電阻RB后形成回路，如圖2.33（a）所示。由于串勵直流電動機的勵磁繞組電阻很小，如果采用原來的電源，因電壓較高，則必須在勵磁回路中串入一個較大的限流電阻。此外還必須保持勵磁電流的方向與電動狀態(tài)時相同，否則不能產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩（因已反向）。他勵能耗制動時的機械特性為一直線，如圖2.33（b）中直線BC段所示，其制動過程與他勵直流電動機的能耗制動完全相同。他勵能耗制動的效果好，應(yīng)用較廣泛。圖2.33串勵電動機的他勵能耗制動

第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一（2）自勵能耗制動自勵式能耗制動時，電樞回路脫離電源后，通過制動電阻形成回路，但為了實現(xiàn)制動，必須同時改接串勵繞組，以保證勵磁電流的方向不變，如圖2.34（a）所示。自勵能耗制動時的機械特性如圖2.34（b）中曲線BO段所示。由圖可見，自勵能耗制動開始時制動轉(zhuǎn)矩較大，隨著轉(zhuǎn)速下降，電樞電動勢和電流也下降，同時磁通也減小，從公式可見，制動轉(zhuǎn)矩下降很快，制動效果變?nèi)?，制動時間較長且制動不平穩(wěn)。由于這種制動方式不需要電源，因此主要用于事故停車。

圖2.34串勵電動機的自勵能耗制動

第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

2．反接制動

串勵直流電動機的反接制動也有電樞電壓反接和倒拉反接制動兩種，制動的原理、物理過程和他勵直流電動機相同，反接制動時，電樞中也必須串入足夠大的電阻以限制電流。應(yīng)該說明的是在進行反接制動時，電流與磁通只能有一個改變方向，通常是改變電樞電流的方向，即改變電樞電壓的極性，而勵磁電流的方向維持不變。第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一7、串勵直流電動機的電力拖動串勵直流電動機的機械特性磁路未飽和時串勵電動機人為機械特性串勵直流電動機降低電源電壓時的人為機械特性串勵直流電動機固有機械特性降低電源電壓時的人為機械特性5.晶閘管直流電動機系統(tǒng)6.過渡過程的能量損耗7.串勵直流電動機的電力拖動7.1串勵電動機的機械特性7.2串勵電動機的制動狀態(tài)7.3復(fù)勵電動機的機械特性第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一5.晶閘管直流電動機系統(tǒng)6.過渡過程的能量損耗7.串勵直流電動機的電力拖動7.1串勵電動機的機械特性7.2串勵電動機的制動狀態(tài)7.3復(fù)勵電動機的機械特性7、串勵直流電動機的電力拖動串勵直流電動機的機械特性磁路未飽和時串勵電動機人為機械特性勵磁回路并分路電阻時的人為機械特性串勵直流電動機固有機械特性勵磁回路并分路電阻時的人為機械特性第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一7、串勵直流電動機的電力拖動串勵直流電動機的機械特性磁路未飽和時串勵電動機人為機械特性電樞回路并分路電阻時的人為機械特性串勵直流電動機固有機械特性電樞并分路電阻時的人為機械特性5.晶閘管直流電動機系統(tǒng)6.過渡過程的能量損耗7.串勵直流電動機的電力拖動7.1串勵電動機的機械特性7.2串勵電動機的制動狀態(tài)7.3復(fù)勵電動機的機械特性第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一7、串勵直流電動機的電力拖動串勵直流電動機的制動狀態(tài)串勵電動機只有兩種制動狀態(tài)，即反接制動與能耗制動。串勵電動機不能實現(xiàn)回饋制動，因為電動機反電勢Ea無法超過U。5.晶閘管直流電動機系統(tǒng)6.過渡過程的能量損耗7.串勵直流電動機的電力拖動7.1串勵電動機的機械特性7.2串勵電動機的制動狀態(tài)7.3復(fù)勵電動機的機械特性第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一7、串勵直流電動機的電力拖動串勵直流電動機的制動狀態(tài)反接制動串勵直流電動機的反接制動分為位能負載時的轉(zhuǎn)速反向反接制動和電樞直接反接的反接制動。5.晶閘管直流電動機系統(tǒng)6.過渡過程的能量損耗7.串勵直流電動機的電力拖動7.1串勵電動機的機械特性7.2串勵電動機的制動狀態(tài)7.3復(fù)勵電動機的機械特性第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一7、串勵直流電動機的電力拖動串勵直流電動機的制動狀態(tài)反接制動串勵直流電動機的反接制動分為位能負載時的轉(zhuǎn)速反向反接制動和電樞直接反接的反接制動。5.晶閘管直流電動機系統(tǒng)6.過渡過程的能量損耗7.串勵直流電動機的電力拖動7.1串勵電動機的機械特性7.2串勵電動機的制動狀態(tài)7.3復(fù)勵電動機的機械特性第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一7、串勵直流電動機的電力拖動串勵直流電動機的制動狀態(tài)能耗制動能耗制動的方法，是在串勵電動機在一定轉(zhuǎn)速時，把電樞由電源斷開，接到制動電阻上。此時勵磁改接為自勵或他勵（通常為他勵）但必須使勵磁電流方向與能耗制動前相同，否則不能產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。由于串勵繞組電阻很小，當(dāng)接成他勵時，必須在勵磁電路內(nèi)串入較大的電阻，以限制制動電流。串勵電動機能耗制動時的接法與特性和他勵電動機能耗制動時基本相同。5.晶閘管直流電動機系統(tǒng)6.過渡過程的能量損耗7.串勵直流電動機的電力拖動7.1串勵電動機的機械特性7.2串勵電動機的制動狀態(tài)7.3復(fù)勵電動機的機械特性第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一7、串勵直流電動機的電力拖動復(fù)勵電動機的機械特性復(fù)勵直流電動機有兩個勵磁繞組，一個是串勵繞組，另一個是他勵（并勵）繞組，兩繞組的勵磁磁動勢方向一般是相同的，即是所謂積復(fù)勵接法，如下圖所示。5.晶閘管直流電動機系統(tǒng)6.過渡過程的能量損耗7.串勵直流電動機的電力拖動7.1串勵電動機的機械特性7.2串勵電動機的制動狀態(tài)7.3復(fù)勵電動機的機械特性第三十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一7、串勵直流電動機的電力拖動復(fù)勵電動機的機械特性復(fù)勵電動機的機械特性介于他勵（并勵）和串勵之間。當(dāng)他勵（并勵）繞組磁動勢起作用時，機械特性接