电机及电气控制技术教案：第22讲

****学院单元教学设计****学年第**学期课程名称：电机与电气控制技术授课班级：****任课教师：所在系部及教研室：研室

第22讲标题：直流他励电动机的制动及其控制电路（2学时）授课班级上课时间上课地点多媒体教室教学目的掌握直流他励电动机的制动方法及其控制电路工作原理。教学目标能力（技能）目标知识目标能正确分析直流电动机制动控制电路的工作原理；能正确对直流电动机制动控制电路的电气故障进行分析和判断，并排除其故障。了解直流电动机制动时的机械特性；掌握直流电动机的制动控制电路的工作原理。重点难点及解决方法重点：直流他励电动机的制动方法及其控制电路工作原理。难点：同上。解决方法：逐步分析工作原理。参考资料【步骤一】说明主要教学内容、目的（时间：3分钟）直流他励电动机的制动方法及其控制电路工作原理。【步骤二】新知识讲解（时间：82分钟）一、能耗制动时的机械特性及其控制电路直流他励电动机能耗制动时，其电枢绕组要短接，并在电枢绕组中串入电阻，以限制制动电流和制动转矩，从而将制动强度限制在合理范围内。直流他励电动机能耗制动时，其励磁绕组保持不变，使电动机每极下的主磁通不变。当把电动机电枢绕组短接后，可以认为电枢电源电压为0，故其理想空载转速为0，电动机的机械特性过0点；又由于电枢绕组串入一定的电阻，其机械特性变软，故能耗制动时电动机机械特性如图4-14所示。制动开始时，电动机稳定运行在A点，制动开始后，工作点平移至B点，此时电动机的转速为正，由于电枢电压为0，在电动机电枢电动势的作用下，电枢电流方向与电动状态时相反，而此时每极下的主磁通方向不变，故电磁转矩方向和正向电动时相反，变为制动转矩。电动机转速将从B点沿特性曲线下降。在制动过程中，将系统的机械能转换为热能消耗掉。图4-15是直流电动机单向旋转、串二级电阻起动、能耗制动的控制电路。电路的动作过程如下：电动机起动时，先合上电源开关QS1和QS2，按下起动按钮SB2时，接触器KM1得电吸合，主触头闭合，使电动机M串电阻R1和R2起动，同时KT1断电释放开始延时，由于起动电阻R1上有压降，使KT2通电吸合，使其常闭点断开。KT1延时到，其延时闭合的常闭触头闭合，接通KM2的线圈回路，KM2的常开触头闭合，切除起动电阻R1，电动机进一步加速，同时KT2线圈被短接，经过一定延时，其延时闭合的常闭触头闭合，接通接触器KM3的线圈回路，KM3的常开主触头闭合，切除最后一段电阻R2，电动机再一次加速，进入全电压运转，起动过程结束。停车时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电释放，其主触头断开电动机电枢电源，但电动机因惯性仍按原方向旋转，在保持励磁不变的情况下，电枢导体切割磁场而产生感应电动势，使并联在电动机电枢两端的电压继电器KA3经自锁触头仍保持通电。KA3常开触头闭合，使KM4线圈通电吸合，其常开主触头将电阻R4并接在电枢两端，电动机实现能耗制动，电动机转速迅速下降，电枢电动势也随之下降，当降至一定值时，KA3释放，KM4线圈断电，电动机能耗制动结束。二、电源时的机械特性及其控制电路当直流电动机的电枢电压反向时（即正、负极调换时），电动机的电枢电流将反向，在励磁电流不变的情况下，电动机的电磁转矩将反向，从而产生制动效果。如图4-16所示，电动机在正向电动时工作在A点，制动开始后工作点平移至B点，转速从B点沿制动特性下降，待转速较低时应切断电源，否则会出现反向电动的情况。反接制动时电枢回路要串入电阻，使电动机的机械特性变软，从而限制制动强度。图4-17为他励直流电动机可逆旋转、反接制动控制电路。其动作原理如下：合上电源开关QS，励磁绕组得电并开始励磁，同时时间继电器KT1和KT2线圈得电吸合，它们的延时闭合的常闭触头瞬时断开，接触器KM4和KM5线圈处于断电状态，时间继电器KT2的延时时间大于KT1的延时时间，此时电路处于准备工作状态。按下正向起动按钮SB2，接触器KML线圈得电吸合，其主触头闭合，直流电动机电枢回路串入电阻R1和R2而减压起动，KML它的常闭触头（1-16）断开，时间继电器KT1和KT2断电，经一定的延时时间后，KT1延时闭合的常闭触头先闭合，然后KT2延时闭合的常闭触头闭合，接触器KM4和KM5先后得电吸合，先后切除电阻R1和R2，直流电动机进入正常运行。由于起动开始时电动机的反电动势为零，电压继电器KV不会动作，所以接触器KM1、KM2（或KM3）都不会动作，当电动机建立起反电动势后，电压继电器KV吸合，其常开触头闭合，接触器KM2得电吸合并自锁，其常开触头（7-9）的闭合，为反接制动作好准备。图中R3为反接制动限流电阻，R为电动机停车时励磁绕组的放电电阻。假设电动机原来正转，按下停止按钮SB1，则正向接触器KML线圈断电释放，此时，电动机由于惯性仍按原方向高速旋转，反电动势仍较高，电压继电器KV不会释放，因而KML释放后，KM1线圈得电吸合并自锁，同时KM1触头（6-7）闭合，使接触器KMR瞬时得电吸合，电枢通以反向电流，产生制动转矩。同时，在R3上的常闭触头断开，使电动机在串入R3（R1、R2）的情况下进行反接制动。待转速降低到KV释放电压时，KV释放，断开接触器KM1的线圈通电回路，使KM1的常闭触头又恢复闭合而短接R3，同时，反接制动接触器KM2和反向接触器KMR线圈也断电释放，为下次起动作好准备。图中KM2、KM3触电上的电流较小，使用中间继电器替代也可以。三、倒拉反接制动直流他励电动机电枢绕组加正向电压时，如果在电枢绕组中串入较大的电阻，则其机械特性变得较软，在提升位能性负责时，其提升力矩不足，电动机会被迫反转，如图4-18所示，即出现倒拉反接制动状态。所串电枢电阻较小时，电动机可能工作在正向电动状态。其控制电路与他励直流电动机串电阻起动一样，只是所串电阻阻值更大。四、回馈制动与感应电动机驱动的电力机车一样，在下坡时由于重力产生的力矩促使电动机加速可能出现电动机转速高于理性空载转速的情况，如图4-19所示。电动机工作点由A点上升至B点，在B点时电动机产生的制动力矩和阻力矩一起与重力产生的力矩平衡，电动机转速达到稳定，同时电枢电动势高于电枢电源电压，绕组内的电流与正向电动时相反，电动机把系统的势能转化为电能回馈给电网。下坡结束后，电动机的工作点自动回到A点。此时的控制电路与正向电动的控制电路完全一致，其制动过程是电动机自动完成的。如果突然降低直流他励电动机电枢绕组的电压，则电动机的机械特性向下平移，由于电动机的转速不能突变，电动机的工作点由A点平移至C点，在C点时电动机电枢电流反向，电动机的电磁转矩也由A点时的拖动力矩转变为制动力矩，电动机的转速将下降，当负载转矩不变时，最后工作在D点，电动机的减速过程结束，同时把系统的动能转化为电能回馈给电网。降低电压常常通过电源控制电路实现，这里不再讲述。【步骤三】知识和能力的归纳