電機(jī)原理及拖動(dòng)（第4版）課件：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

《電機(jī)原理及拖動(dòng)》

第4版2024/12/272

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)一、制動(dòng)的一般概念制動(dòng)：使電力拖動(dòng)系統(tǒng)從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速至轉(zhuǎn)速為零，或者限制位能負(fù)載的下行速度，使其在某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。2024/12/273直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)斷開電源抱閘能耗制動(dòng)反接制動(dòng)回饋制動(dòng)機(jī)械制動(dòng)電氣制動(dòng)自由停車電壓反接電勢(shì)反接正向回饋反向回饋2024/12/274直流電動(dòng)機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)要求電動(dòng)機(jī)迅速停車，或者由高速運(yùn)行很快進(jìn)入低速運(yùn)行，需要電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。（1）電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同，此時(shí)電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)輸入電能，并轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能帶動(dòng)負(fù)載。（2）制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，此時(shí)電動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?024/12/275M二、能耗制動(dòng)（一）能耗制動(dòng)過程+-IaEanTTL負(fù)載UNKKMRcRfUf

在電動(dòng)狀態(tài)，電樞電流、電樞電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩如圖所示。2024/12/276+-IaEanTTL負(fù)載UNKMKMRcRfUfM

由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)勢(shì)方向不變。由此產(chǎn)生的電樞電流的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)方向相反,對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩與原來方向相反,為制動(dòng)性質(zhì),電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。二、能耗制動(dòng)（一）能耗制動(dòng)過程2024/12/277能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性為一條過原點(diǎn)的直線電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作點(diǎn)制動(dòng)瞬間工作點(diǎn)制動(dòng)過程工作段電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載，電機(jī)停轉(zhuǎn)。若電動(dòng)機(jī)帶位能性負(fù)載,穩(wěn)定工作點(diǎn)2024/12/278能耗制動(dòng)的方法和原理電氣參數(shù)：＝N，U＝0，電樞回路總電阻R＝Ra＋Rc實(shí)際上是一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，全部消耗于電樞回路的電阻上，所以稱為能耗制動(dòng)。|P2||PM|＝|TΩ|＝|EaIa|Ia2(Ra+Rc)2024/12/279

改變制動(dòng)電阻的大小可以改變能耗制動(dòng)特性曲線的斜率,從而可以改變制動(dòng)轉(zhuǎn)矩及下放負(fù)載的穩(wěn)定速度。越小,特性曲線的斜率越小,起始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大。選擇能耗制動(dòng)的電阻2024/12/2710

制動(dòng)電阻越小，制動(dòng)電流越大。選擇制動(dòng)電阻的原則是其中為制動(dòng)瞬間的電樞電動(dòng)勢(shì)。選擇能耗制動(dòng)的電阻

能耗制動(dòng)操作簡(jiǎn)單,但隨著轉(zhuǎn)速下降,電動(dòng)勢(shì)減小,制動(dòng)電流和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨著減小,制動(dòng)效果變差。若為了盡快停轉(zhuǎn)電機(jī),可在轉(zhuǎn)速下降到一定程度時(shí),切除一部分制動(dòng)電阻,增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2024/12/2711二級(jí)能耗制動(dòng)線路及機(jī)械特性M+-IaEaKMKMRc1Rc2RfUfDEF帶位能負(fù)載2024/12/2712能耗制動(dòng)以前在第1象限（二）能耗制動(dòng)的運(yùn)行2024/12/2713（二）能耗制動(dòng)的運(yùn)行能耗制動(dòng)過程在第2象限2024/12/2714（二）能耗制動(dòng)的運(yùn)行能耗制動(dòng)運(yùn)行在第4象限動(dòng)畫2024/12/2715能耗制動(dòng)的特點(diǎn)能耗制動(dòng)的特點(diǎn)：（1）操作簡(jiǎn)單，停車準(zhǔn)確（2）能耗制動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電流不會(huì)影響電網(wǎng)；（3）低速時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，制動(dòng)慢；（4）動(dòng)能大部分都消耗在制動(dòng)電阻上。制動(dòng)初始的最大電流：最小制動(dòng)電阻：題3-36（1）2024/12/2716反接制動(dòng)電勢(shì)反接（用于位能負(fù)載）電樞反接（用于反抗性負(fù)載）（轉(zhuǎn)速反向）（電壓反向）三、反接制動(dòng)2024/12/2717（一）電壓反接制動(dòng)＋－＋－M若T>TLM2024/12/2718（一）電壓反接制動(dòng)BTn0ATL-TL-n0oTBC如果電樞回路電阻不夠大，電壓反接開始時(shí)的電流會(huì)超過電機(jī)允許值。2024/12/2719（一）電壓反接制動(dòng)BTn0ATL-TL-n0oTBC為限制制動(dòng)初始時(shí)刻的電流應(yīng)在電樞回路串制動(dòng)電阻Rc2024/12/2720（一）電壓反接制動(dòng)BTn0ATL-TL-n0oTBC工作點(diǎn)變化為：允許串入的最小電阻與電機(jī)允許最大電流有關(guān)。2024/12/2721制動(dòng)過程中均為負(fù);而為正。表明電機(jī)從電源吸收電功率；表明電機(jī)從軸上吸收機(jī)械功率;表明軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌谢芈冯姽β省?/p>

可見,反接制動(dòng)時(shí),從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。（一）電壓反接制動(dòng)2024/12/2722電壓反接制動(dòng)過程的功率流程圖P2特點(diǎn)：(1)可以很快使機(jī)組停機(jī)。（2）需要加入足夠的電阻，限制電樞電流；（3）轉(zhuǎn)速至零時(shí)，需切斷電源。由于慣性而釋放動(dòng)能流入電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)吸收的電功率2024/12/2723電壓反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)比較BTn0ATL-TL-n0oTBCD123電壓反接制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩始終大于能耗制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。能耗制動(dòng)能夠準(zhǔn)確停車。電壓反接制動(dòng)在轉(zhuǎn)速為零是需切斷電源。2024/12/27241（二）電動(dòng)勢(shì)反接制動(dòng)（倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)）2.電樞回路串入較大電阻Rc后特性曲線1.正向電動(dòng)狀態(tài)提升重物(A點(diǎn))3.負(fù)載作用下電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)4.電機(jī)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下放重物D點(diǎn)電動(dòng)勢(shì)反接制動(dòng)只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。2342024/12/2725（二）電動(dòng)勢(shì)反接制動(dòng)2024/12/2726（二）電動(dòng)勢(shì)反接制動(dòng)動(dòng)畫2024/12/2727電動(dòng)勢(shì)反接制動(dòng)的特點(diǎn)電動(dòng)勢(shì)反接制動(dòng)只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程就是電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞串電阻時(shí)的人為特性方程。由于串入電阻足夠大，可以在第四象限與位能負(fù)載特性曲線相交，穩(wěn)定運(yùn)行（制動(dòng)運(yùn)行工作狀態(tài)）。電勢(shì)反接制動(dòng)時(shí)的能量關(guān)系和電壓反接制動(dòng)時(shí)時(shí)的能量關(guān)系區(qū)別僅在于：機(jī)械功率的提供一個(gè)是由系統(tǒng)釋放動(dòng)能提供；另一個(gè)是由系統(tǒng)位能的減少來提供。2024/12/2728電勢(shì)反接制動(dòng)過程的功率流程圖P2由系統(tǒng)位能釋放流入電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)吸收的電功率2024/12/2729

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速時(shí)，電樞電動(dòng)勢(shì)大于電樞端電壓，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用，限制轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能回饋到電網(wǎng)。四、回饋制動(dòng)

回饋制動(dòng)時(shí)由于有功功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動(dòng)相比，回饋制動(dòng)是比較經(jīng)濟(jì)的。

回饋制動(dòng)運(yùn)行可以發(fā)生在以下兩種情況下：

回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同。2024/12/2730穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)兩種情況當(dāng)電車下坡時(shí)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速,進(jìn)入第二象限電壓反接制動(dòng)帶位能性負(fù)載進(jìn)入第四象限2024/12/2731

上坡時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=Tm+TwnTLTn02024/12/2732TLTn0

下坡時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=Tm－Tw2024/12/2733TLTn0

電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速上升超過n02024/12/2734TLTn0轉(zhuǎn)速超過n0，Ea>U，進(jìn)入回饋制動(dòng)2024/12/2735四、回饋制動(dòng)1、降壓調(diào)速時(shí)產(chǎn)生的回饋制動(dòng)制動(dòng)過程為段。2024/12/27362、增磁調(diào)速時(shí)產(chǎn)生的回饋制動(dòng)四、回饋制動(dòng)制動(dòng)過程為段。2024/12/2737反向起動(dòng)動(dòng)畫

為了高速下放位能負(fù)載，反向起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，T和TL方向一致，拖動(dòng)轉(zhuǎn)速迅速升高，由反向電動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入第四象限。2024/12/2738反向回饋制動(dòng)2024/12/2739反向回饋制動(dòng)雖然T>0，但對(duì)于一個(gè)反轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)來說，T是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩回饋制動(dòng)的下放速度：能量關(guān)系：系統(tǒng)儲(chǔ)存的位能轉(zhuǎn)換成電能送回電網(wǎng)。PM＝EaIa<0P1＝UIa<0Ia2(Ra+Rc)P2＝TΩ<0p0電動(dòng)機(jī)在反向回饋制動(dòng)時(shí)：2024/12/2740回饋制動(dòng)的特點(diǎn)

回饋制動(dòng)過程中，因?yàn)橛须姽β蔝Ia回饋電網(wǎng)。從電能消耗角度分析，相比其他制動(dòng)方法，回饋制動(dòng)是最經(jīng)濟(jì)的一種制動(dòng)方式。

轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速是回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的重要特點(diǎn)。例題3-5解題圖2024/12/27411.能耗制動(dòng)時(shí)應(yīng)串最小電阻T（Ia）n0.9TN－2TNRaRa＋RcnAA2024/12/27422.能耗制動(dòng)帶位能負(fù)載T（Ia）n0.9TN－200RaRa＋RcnAA2024/12/27433.電壓反接制動(dòng)停車時(shí)應(yīng)串最小電阻T（Ia）n0.9TN－2TNRaRa＋RcnAA-n0n02024/12/27444.電勢(shì)反接制動(dòng)帶位能負(fù)載T（Ia）n0.9TN－1000RaRa＋RcnAA2024/12/27455.反向回饋制動(dòng)停車時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速T（Ia）n0.9TN－2TNRaRa＋RcnAA-n0n0n＝？2024/12/2746五、電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行分析方法2024/12/2747五、電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行分析方法1.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特