《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 3.3.3 直流電機(jī)的制動(dòng)

直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)直流電機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)1、電動(dòng)狀態(tài)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相同，為拖動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。輸入電能，輸出機(jī)械能，機(jī)械特性在直角坐標(biāo)的一、三象限。2、制動(dòng)狀態(tài)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反，為制動(dòng)性阻轉(zhuǎn)矩。輸入機(jī)械能，輸出電能，機(jī)械特性在直角坐標(biāo)的二、四象限。

正向電動(dòng)運(yùn)行和反向電動(dòng)運(yùn)行是電動(dòng)機(jī)最基本的運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)除了運(yùn)行于T與n同方向的正向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)之外，還經(jīng)常運(yùn)行與T與n反方向的反向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。電機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)特點(diǎn)如下。電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)運(yùn)行

1、制動(dòng)目的它可以維持恒速運(yùn)動(dòng)（位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）如起重類機(jī)械等速下放重物、列車等速下坡等。2、制動(dòng)方法自由停車法、機(jī)械制動(dòng)法（即剎車）、電氣制動(dòng)法電氣制動(dòng)法：使電動(dòng)機(jī)變發(fā)電機(jī)將系統(tǒng)的機(jī)械能或位能負(fù)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(dòng)法包括：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)

一、能耗制動(dòng)

能耗制動(dòng)定義：將機(jī)械軸上的動(dòng)能或勢(shì)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(dòng)方式。

制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)靠生產(chǎn)機(jī)械的慣性力的拖動(dòng)而發(fā)電，將生產(chǎn)機(jī)械儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

電動(dòng)狀態(tài)能耗制動(dòng)一、能耗制動(dòng)制動(dòng)操作：切除電源，同時(shí)在電樞回路串入電阻Rz過程分析：開始制動(dòng)時(shí)，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(dòng)U=0制動(dòng)特點(diǎn)：U=0，R=Ra+RZ思考：電阻Rz的作用？電阻阻值對(duì)系統(tǒng)的影響？電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作點(diǎn)制動(dòng)瞬間工作點(diǎn)反抗性負(fù)載，電機(jī)停轉(zhuǎn)。位能性負(fù)載,穩(wěn)定工作點(diǎn)一、能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性是一條經(jīng)過原點(diǎn)、位于第二、四象限的直線。1）電機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載，制動(dòng)瞬間電機(jī)的工作點(diǎn)由A點(diǎn)跳變到B點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩TM反向，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩同方向，在他們的共同作用下電機(jī)沿BO曲線減速，直至到達(dá)O點(diǎn)停車。2）電機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載，到達(dá)O點(diǎn)停車時(shí)n=0，TM=0，但在位能性負(fù)載的作用下電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)并加速，工作點(diǎn)沿OC移動(dòng)。此時(shí)n和TM的方向均與電動(dòng)狀態(tài)相反，所以電磁轉(zhuǎn)矩TM仍為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。隨著n的增大TM不斷增大，直至與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小相等，方向相反，電機(jī)獲得穩(wěn)定運(yùn)行。

一、能耗制動(dòng)

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

一、能耗制動(dòng)

能量關(guān)系：

制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)靠生產(chǎn)機(jī)械的慣性力的拖動(dòng)而發(fā)電，將生產(chǎn)機(jī)械儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)缺點(diǎn)：

線路簡單、經(jīng)濟(jì)、安全；用于反抗性負(fù)載可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車；用于位能性負(fù)載，可下放重物；

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

二、倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng)方法：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載，如起重機(jī)下放重物時(shí)，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(fù)載轉(zhuǎn)矩。這樣電機(jī)將被制動(dòng)減速，并被負(fù)載反拖進(jìn)入第Ⅳ象限運(yùn)行。

倒拉反接的反接制動(dòng)下放重物的速度隨串聯(lián)電阻RΩ的大小而異，制動(dòng)電阻RΩ越大，機(jī)械特性越軟，下放重物速度越快。正向電動(dòng)狀態(tài)提升重物(A點(diǎn))負(fù)載作用下電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)電機(jī)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下放重物D點(diǎn)1）串聯(lián)電阻瞬間，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)由A點(diǎn)跳變到B點(diǎn)，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩TM小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)開始B點(diǎn)減速到C點(diǎn)。3）因?yàn)閯?lì)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?dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，如CD段所示。2）到C點(diǎn)時(shí)n=0，電磁轉(zhuǎn)矩為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tst，因Tst仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，在重物的重力作用下電動(dòng)機(jī)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(dòng)正向電動(dòng)狀態(tài)提升重物點(diǎn)A負(fù)載作用下電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)4）隨著電動(dòng)機(jī)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(dá)到D點(diǎn)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩TM和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL平衡，電動(dòng)機(jī)以穩(wěn)定的速度下放重物。電動(dòng)機(jī)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(jī)以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下放重物點(diǎn)D5）機(jī)械特性方程：因串聯(lián)電阻較大，使得n為負(fù)值，特性曲線位于第四象限。二、倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng)方法：將正在運(yùn)行的電機(jī)電樞繞組兩端反接到電源上，同時(shí)串入制動(dòng)電阻RΩ,斷開K1和K2，接通K3和K4。三、電壓反接的反接制動(dòng)U<0TMB反向機(jī)械特性方程：機(jī)械特性曲線：電壓反接的反接制動(dòng)機(jī)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(fù)）1）電壓反接瞬間，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)從A點(diǎn)跳變到B點(diǎn)，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩TM與轉(zhuǎn)速反向，對(duì)電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，從B點(diǎn)沿制動(dòng)特性下降到C點(diǎn)。2）對(duì)于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在C點(diǎn)n=0時(shí)，若∣TM∣<∣TZ∣則電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，若∣TM∣>∣TZ∣則電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)，沿特性曲線由C點(diǎn)到達(dá)D點(diǎn)（-TM>-TZ），電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在反向電動(dòng)狀態(tài)。3）對(duì)于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，將沿特性曲線經(jīng)過-n0點(diǎn)，在反向發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行于E點(diǎn)。三、電壓反接的反接制動(dòng)電阻RΩ的計(jì)算：一般要求最大制動(dòng)電流也不超過2IN≥

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

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

電動(dòng)狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)n>n0的情況，此時(shí)Ea>U，，Ia的方向與電動(dòng)狀態(tài)相反，TM變?yōu)橹苿?dòng)。此時(shí)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)—回饋制動(dòng)狀態(tài)。四、回饋制動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)車下坡出現(xiàn)回饋制動(dòng)（正向回饋制動(dòng)）時(shí)，其機(jī)械特性位于第二象限，如圖中noA段，A點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的正向回饋制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，表示機(jī)車以恒定的速度下坡。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)下放重物出現(xiàn)回饋制動(dòng)（反向回饋制動(dòng)）時(shí)，其機(jī)械特性曲線位于第四象限，如圖中-n0B段。B點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的反向回饋制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，表示重物勻速下放。

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

A點(diǎn)是電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的工作點(diǎn)，對(duì)應(yīng)電壓U1，轉(zhuǎn)速為nA。當(dāng)進(jìn)行降壓（U1降為U2）調(diào)速時(shí)，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)由A點(diǎn)平移到B點(diǎn)，此后工作點(diǎn)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(dòng)過程，它起到加快電動(dòng)機(jī)減速的作用，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到n02時(shí)，制動(dòng)過程結(jié)束。轉(zhuǎn)速從n02降低到nc的過程稱為電動(dòng)狀態(tài)減速過程。四、回饋制動(dòng)2、增磁調(diào)速時(shí)的回饋制動(dòng)制動(dòng)過程為Bn02線段

A點(diǎn)是電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的工作點(diǎn)，對(duì)應(yīng)磁通Φ1，轉(zhuǎn)速為nA。當(dāng)進(jìn)行增磁（Φ1增加到Φ2）調(diào)速時(shí)，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)由A點(diǎn)平移到B點(diǎn)，此后工作點(diǎn)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(dòng)過程，它起到加快電動(dòng)機(jī)減速的作用，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到n02時(shí)，制動(dòng)過程結(jié)束。

回饋制動(dòng)的特性方程式與電動(dòng)狀態(tài)相同，只是運(yùn)行在機(jī)械特性曲線上的不同區(qū)段而已?；仞佒苿?dòng)一般用于位能性負(fù)載高速拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)場(chǎng)合和降低電樞電壓調(diào)速場(chǎng)合，由于有功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動(dòng)相比是比較經(jīng)濟(jì)的。2、能耗制動(dòng)過程和能耗制動(dòng)運(yùn)行有何異同點(diǎn)？答：相同點(diǎn)：兩種狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩都與電機(jī)轉(zhuǎn)向相反。不同點(diǎn)：能耗制動(dòng)中負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩同向；而能耗運(yùn)行中負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩反向。1、什么是電氣制動(dòng)？電氣制動(dòng)有什么特點(diǎn)？有哪幾種方法？答：所謂的電氣制動(dòng)就是使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的一種制動(dòng)。特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，為制動(dòng)性質(zhì)根據(jù)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的方法和制動(dòng)時(shí)電機(jī)內(nèi)部能量傳遞關(guān)系的不同，電氣制動(dòng)的方法有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)三種制動(dòng)方法。思考與練習(xí)

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

電源反接制動(dòng)：是正在運(yùn)行的電機(jī)，利用電氣控制將其電樞回路的電源反接，電機(jī)一方面從電源吸收能量，另一方面將電樞儲(chǔ)存的慣性動(dòng)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(dòng)。這種制動(dòng)方法，制動(dòng)時(shí)間很短、可調(diào)，對(duì)設(shè)備的沖擊較大，一般用在容量較小電機(jī)正反轉(zhuǎn)的機(jī)床設(shè)備，目的并不是停車，而是反向電動(dòng)運(yùn)行。

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

思考與練習(xí)4、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，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(dòng)，制動(dòng)時(shí)電樞中串入RZ＝6的制動(dòng)電阻，最大制動(dòng)電流及電磁轉(zhuǎn)矩為多少？（2）停機(jī)時(shí)電流及電磁轉(zhuǎn)矩為多少？如果負(fù)載為反抗性且停機(jī)時(shí)不切斷電源，系統(tǒng)是否會(huì)反向起動(dòng)？為什么？答：(1)根據(jù)電壓方程電壓反接制動(dòng)時(shí)：（2）停機(jī)時(shí)，n＝0反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，負(fù)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(dòng)！

5、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)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