直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)課程設(shè)計(jì)

電機(jī)拖動(dòng)課程實(shí)踐設(shè)計(jì)題目：直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)設(shè)計(jì)班級(jí)：11級(jí)自動(dòng)化一班姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：時(shí)間：2012年6月25日

綜述能耗制動(dòng)是一種制動(dòng)形式。又分為直流電機(jī)的能耗制動(dòng)和交流電機(jī)的能耗制動(dòng)。他勵(lì)直流電機(jī)的能耗制動(dòng)：電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)若把外施電樞電壓U突然降為零，而將電樞串接一個(gè)附加電阻R，即將電樞兩端從電網(wǎng)斷開(kāi)，并迅速接到一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮枭?。電?dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，將轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電阻上。隨著動(dòng)能的消耗，轉(zhuǎn)速下降，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也越來(lái)越小，因此這種制動(dòng)方法在轉(zhuǎn)速還比較高時(shí)制動(dòng)作用比較大，隨著轉(zhuǎn)速的下降，制動(dòng)作用也隨著減小。能耗制動(dòng)又分兩種，分別用于不同場(chǎng)合：迅速停機(jī)和下放重物。若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則通過(guò)迅速停機(jī)的方法進(jìn)行能耗制動(dòng)，若拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則通過(guò)下放重物進(jìn)行能耗制動(dòng)。能耗制動(dòng)是一種常見(jiàn)的制動(dòng)方法，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，有優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也存在著缺點(diǎn)，在這份課程設(shè)計(jì)中，我們將會(huì)仔細(xì)分析能耗制動(dòng)是怎么實(shí)現(xiàn)的，使得我們更好的了解和利用它，同時(shí)盡最大努力提出改進(jìn)。1、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動(dòng)機(jī)可分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。其中定子包括：主磁極，機(jī)座，換向極，直流電動(dòng)機(jī)可分為兩部分：電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風(fēng)扇等。如下圖所示：圖2-1（1）定子定子就是發(fā)動(dòng)機(jī)中固定不動(dòng)的部分，它主要由主磁極、機(jī)座和電刷裝置組成。主磁極是由主磁極鐵芯（極心和極掌）和勵(lì)磁繞組組成，其作用是用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。極心上放置勵(lì)磁繞組，極掌的作用是使電動(dòng)機(jī)空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度分配最為合理，并用來(lái)阻擋勵(lì)磁繞組。主磁極用硅鋼片疊成，固定在機(jī)座上。機(jī)座也是磁路的一部分，常用鑄鋼制成。電刷是引入電流的裝置，其位置固定不變。它與轉(zhuǎn)動(dòng)的交換器作滑動(dòng)連接，將外加的直流電流引入電樞繞組中，使其轉(zhuǎn)化為交流電流。直流電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)是一個(gè)恒定不變的磁場(chǎng)，是由勵(lì)志繞組中的直流電流形成的磁場(chǎng)方向和勵(lì)磁電流的關(guān)系確定。在微型直流電動(dòng)機(jī)中，也有用永久磁鐵作磁極的。（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，主要由電樞和換向器組成。電樞是電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分，主要包括電樞鐵芯和電樞饒組。電樞鐵芯成圓柱形，由硅鋼片疊成，表面沖有槽，槽中放電樞繞組。通有電流的電樞繞組在磁場(chǎng)中受到電磁力矩的作用，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，起了能量轉(zhuǎn)換的樞紐作用，故稱(chēng) “電樞”。換向器又稱(chēng)整流子，是直流電動(dòng)機(jī)的一種特殊裝置。它是由楔形銅片疊成，片間用云母墊片絕緣。換向片嵌放在套筒上，用壓圈固定后成為換向器再壓裝，在轉(zhuǎn)軸上電樞繞組的導(dǎo)線按一定的規(guī)則焊接在換向片突出的叉口中。在換向器表面用彈簧壓著固定的電刷，使轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組得以同外電路連接起來(lái)，并實(shí)現(xiàn)將外部直流電流轉(zhuǎn)化為電樞繞組內(nèi)的交流電流。2、制動(dòng)方法制動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有多種：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。在此我們選擇的研究方向是能耗制動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)始制動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)姆€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速到零或反向一個(gè)轉(zhuǎn)速值（下放重物的情況）的過(guò)程稱(chēng)為制動(dòng)過(guò)程。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)講，我們有時(shí)候希望它能迅速制動(dòng)，停止下來(lái)，如在精密儀器的制動(dòng)過(guò)程中，液晶顯示屏幕的切割等等，但有的時(shí)候我們卻希望電機(jī)能夠慢慢地停下來(lái)，利用慣性來(lái)工作。于是，直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)又分為迅速停機(jī)和下放重物兩種方式。2.1能耗制動(dòng)之迅速停機(jī)2.1.1迅速停機(jī)之機(jī)械特性如圖2-1-1所示，制動(dòng)之前，轉(zhuǎn)速n不為零，甚至相對(duì)較大，電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)的運(yùn)行。此時(shí)直

流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)（E=Ce*①*n）存在甚至在某些場(chǎng)合很大，由于電樞電阻Ra較小，Ia=

（U-E）/Ra。當(dāng)我們開(kāi)始制動(dòng)瞬間，電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)因?yàn)閼T性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，n的方向不變，由于

磁場(chǎng)方向不變，故E的方向也不變。由于電源被瞬間切除，此時(shí)相對(duì)于之前正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),

電流方向la改變，而磁場(chǎng)方向不變，使得T反向成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)電動(dòng)的轉(zhuǎn)速就迅速下降

至零（在T和TL的共同作用下）。當(dāng)n=0時(shí)，E=O;Ia=O;制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩都消失，電動(dòng)n個(gè)機(jī)自動(dòng)停機(jī)。 圖2-1-12.1.2迅速停機(jī)之狀態(tài)分析上述過(guò)程我們也可以用公式來(lái)說(shuō)明，電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，如圖a2-1-2:圖2-1-1n與T關(guān)系如下：能耗制動(dòng)時(shí)，如圖2-1-2：圖2-1-2Ua=O,電樞回路中又增加制動(dòng)電阻Rb.n與T關(guān)系如下：n=-(Ra+Rb)*T/(CE*CT*3①)那么為什么要串入電阻Rb呢？如果沒(méi)有Rb,在制動(dòng)的瞬間，E的大小不變(E=Ce*3n),一般情況E的值較大，那么此時(shí)的電流將會(huì)很大，很可能超出電樞回路電流的最大允許值Iamax，所以我們一般在迅速停機(jī)制動(dòng)的同時(shí)，也串入一個(gè)電阻，并且這個(gè)電阻值有要求：Iab=E/(Ra+Rb)v=Iamax式中，Ea=Eb，是工作于b點(diǎn)和a點(diǎn)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)。由此求得:Rb>=Eb/Iamax-Ra2.2能耗制動(dòng)之下放重物2.2.1下放重物之機(jī)械特性如圖2-2-1，如果電動(dòng)機(jī)位能性很轉(zhuǎn)矩負(fù)載。制動(dòng)前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上，電動(dòng)機(jī)以一定的速度提升重物。在需要穩(wěn)定下放重物時(shí)，速度不會(huì)突變，則由a點(diǎn)移動(dòng)b點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于能耗制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)由b點(diǎn)移動(dòng)到0點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程與能耗制動(dòng)的迅速停機(jī)過(guò)程情況一樣。但此時(shí)電動(dòng)機(jī)不會(huì)停止不動(dòng)而是，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，即反向啟動(dòng)，工作點(diǎn)開(kāi)始在第四象限繼續(xù)下移，此時(shí)n反向，la又回到正向，那么T依舊提供向上拉力,TL不變，則當(dāng)下降速度越來(lái)越大,E(正向)也越來(lái)越大(E=Ce*3n)，la也越來(lái)越大，T也越來(lái)越大(T=CT*①*Ia)，最終在c點(diǎn)處達(dá)到平衡。這是能耗制動(dòng)下放重物的過(guò)程。能耗制動(dòng)運(yùn)行與能耗制動(dòng)過(guò)程相比，由于n反向，引起E反向，使得la與最初的上升時(shí)方向相同，T也同樣。下圖是能耗制動(dòng)過(guò)程中，n>0，TvO;在能耗制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，n<0,T>0的情況。

2.2.2下放重物之狀態(tài)分析能耗制動(dòng)的運(yùn)行過(guò)程也可以用公式來(lái)說(shuō)明。如圖2-2-2圖2-2-2n與T關(guān)系如下：n=-(Ra+Rb)*T/(CE*CT*3①)當(dāng)平衡的時(shí)候，如圖2-2-3：圖2-2-3T=TL，則可以得出：n=(Ra+Rb)*TL/(CE*CT*O*O)同樣，能耗制動(dòng)運(yùn)行的效果與制動(dòng)電阻Rb的大小有關(guān)，Rb小，特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速小，下放重物慢(Rb在滿(mǎn)足要求內(nèi))。那么在c點(diǎn)時(shí):Ra+Rb=Ec/Iac=CE*CT*①*3n/(TL-To)下放重物時(shí)，To和TL方向相反，與T方向相同，故T=TL-To?可見(jiàn)，若要以轉(zhuǎn)速下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T(mén)L的重物時(shí)，制動(dòng)電阻應(yīng)為:Rb=Ce*CT*O*O*n/(TL-To)-Ra如果我們忽略了To，則：Rb=CE*CT*O*O*n/TL-Ra.3、參數(shù)設(shè)定和設(shè)計(jì)我們選定一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，其中Pn=22kW，Uan=440V，Ian=65.3A，Nn=600r/min.Iamax=2Ian,To忽略不計(jì)。在拖動(dòng)TL=0.8Tn的反抗性橫轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)迅速停機(jī)，電樞電路中應(yīng)串入的制動(dòng)電阻為Rbl；在拖動(dòng)TL=0.8Tn的位能性橫轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用能耗制動(dòng)以n=300r/min恒速下放重物，電樞電路中應(yīng)串入的制動(dòng)電阻為Rb2。則他們應(yīng)滿(mǎn)足下面表格。迅速停機(jī):電機(jī)給定參數(shù)中間參數(shù)迅速停機(jī)PN(kW)UaN(V)IaN(A)nN(r/min)Iamax(A)Tl(N?m)Ra(Q)玖V)Ce①C①TI")Eb(v)Rb(Q)2222011515002301200.25191.30.12751.218298.51195.37三0.6表3-1下放重物:電機(jī)給定參數(shù)中間參數(shù)下放重物PN(kW)UaN(V)IaN(A)nN(r/min)Iamax(A)n(r/min)R(Qa)E(V)Ce①C①TTl(N?m)Rb(Q)2222011515002303000.25191.30.12751.21821200.138表3-2結(jié)論直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有多種，本課程設(shè)計(jì)的研究方向是能耗制動(dòng)，根據(jù)制動(dòng)要求和條件的不同能耗制動(dòng)又分為迅速停機(jī)和下放重物，并以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行分析。首先，本設(shè)計(jì)先介紹了直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，文字說(shuō)明的同時(shí)也附加了圖像，使描述更具體容易理解。其次，是制動(dòng)的詳細(xì)過(guò)程，包括迅速停機(jī)和下放重物，迅速停機(jī)和下放重物又同時(shí)用機(jī)械特性和狀態(tài)分析兩種角度進(jìn)行描述和分析，并附有圖像說(shuō)明和公式分析。最后，參考相關(guān)資料本設(shè)計(jì)給出了一組合理的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)以上公式計(jì)算出兩種情況下的制動(dòng)時(shí)所需電阻Rb的大小要求，并以表格的形式給出。心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我了解到了這不是一件容易的事情。我們要僅僅學(xué)習(xí)的是理論知識(shí)，要想真的做出點(diǎn)成績(jī)，一定要通過(guò)實(shí)踐才可以。從無(wú)知道人是，到深入了解，漸漸的喜歡了這個(gè)全新的專(zhuān)業(yè)，原來(lái)過(guò)程才是最美的。經(jīng)過(guò)一周的奮戰(zhàn)，課程設(shè)計(jì)完成了，在沒(méi)有做設(shè)計(jì)之前，還簡(jiǎn)單的以為是對(duì)這門(mén)課程的總結(jié)，但通過(guò)這次設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法是片面的。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一種經(jīng)驗(yàn)，而且是是對(duì)自己能力的提高。通過(guò)設(shè)計(jì)讓我明白這是一個(gè)長(zhǎng)期的積累過(guò)程，今后的工作、學(xué)習(xí)、生活中應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己。設(shè)計(jì)過(guò)程中，查閱大量的有關(guān)資料，并與同學(xué)交流，學(xué)到了不少知識(shí)，收獲頗多。在設(shè)計(jì)中，培養(yǎng)了獨(dú)立自主的工作能力，是自己獨(dú)立思考的能力也有所提高，在設(shè)計(jì)中不僅學(xué)到了知識(shí)，也讓我感