电力拖动基础(第二讲)

实现制动有两种方法 机械制动和电磁制动 机械制动就是给一个人为地机械阻力 例如 自行车下坡时使用手动抱闸 电磁制动是使电机本身在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁转矩 其特点是 制动转矩大 操作控制方便 直流电机的电磁制动类型有能耗制动 反接制动和回馈 再生 制动 第五节他励直流电动机的制动 电磁制动是使电机本身在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁转矩 其特点是 制动转矩大 操作控制方便 直流电机的电磁制动类型有能耗制动 反接制动和回馈 再生 制动 实现制动有两种方法 机械制动和电磁制动 机械制动就是给一个人为地机械阻力 例如 自行车下坡时使用手动抱闸 电磁制动是使电机本身在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁转矩 其特点是 制动转矩大 操作控制方便 直流电机的电磁制动类型有能耗制动 反接制动和回馈 再生 制动 机械制动 结构简单 电磁制动 操作控制方便 制动转矩大 当与的方向相同时 电机运行于电动机状态 当与方向相反时 电机运行于制动状态 正向电动 n 0 T 0 正向制动 n 0 T 0 反向电动 n 0 T 0 反向制动 n0 一 能耗制动 在电动状态 电枢电流 电枢电动势 转速及驱动性质的电磁转矩如图所示 N 0 T 0 需要制动时 将开关S投向制动电阻上即可 由于惯性 电枢保持原来方向继续旋转 电动势方向不变 由产生的电枢电流的方向与电动状态时的方向相反 对应的电磁转矩与方向相反 为制动性质 电机处于制动状态 N 0 Tb 0 能耗制动时的机械特性为 电动机状态工作点 制动瞬间工作点 制动过程工作段 电动机拖动反抗性负载 电机停转 若电动机带位能性负载 稳定工作点 但制动电阻越小 制动电流越大 选择制动电阻的原则是 能耗制动电阻的计算 制动电阻R愈小 则机械特性愈平 T绝对值愈大 制动愈快 但Ia将超过电动机最大允许电流 制动电阻Rc通常可由制动初始所要求的最大制动转矩或者电流求出 能耗制动操作简单 但随着转速下降 电动势减小 制动电流和制动转矩也随着减小 制动效果变差 若为了尽快停转电机 可在转速下降到一定程度时 切除一部分制动电阻 增大制动转矩 二 反接制动 电压反接制动时接线如图所示 一 电压反接制动 开关S投向 电动 侧时 电枢接正极电压 电机处于电动状态 进行制动时 开关投向 制动 侧 电枢回路串入制动电阻后 接上极性相反的电源电压 电枢回路内产生反向电流 反向的电枢电流产生反向的电磁转矩 从而产生很强的制动作用 电压反接制动 所串电阻最小值为 反接制动电阻的计算 制动电阻Rc也可由制动初始所要求的最大制动转矩或者电流求出 机械特性为 曲线如图中所示 工作点变为 表明电机从电源吸收电功率 表明电机从轴上吸收机械功率 注意 电动机拖到反抗性负载时 若停车应及时切断电源 否则当时会反向启动 功率平衡 轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后 连同电网输入功率全部消耗于电阻 1 反接制动转矩大 制动作用较强 2 由于在反接制动期间 电枢感应电动势和电源电压是串联相加的 因此 为了限制电枢电流 电动机的电枢电路中必须串接足够大的限流电阻 3 制动转矩大说明电枢电流大 故制动过程中会使电机发热 故不适合频繁制动的场合 注意事项 二 倒拉反转反接制动 倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载 电枢回路串入较大电阻后特性曲线 正向电动状态提升重物 A点 负载作用下电机反向旋转 下放重物 电机以稳定的转速下放重物D点 倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程 由于串入电阻很大 有 倒拉反转反接制动时的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在第四象限的部分 三 再生制动 特点 1 在外部条件的作用下 实际转速大于理想空载转速 2 电动机输出转矩的作用方向与n的方向相反 1 电车走下坡路时的反馈制动 设电车与地面的摩擦转矩为Tr 阻转矩 下坡时电车所产生的位能转矩为Tp 拖动转矩 且Tp Tr 前进时速度n为正 电车由直流电动机拖动 机械特性如图所示 匀速走平路时 a点 输出转矩TM用来克服负载转矩Tr 在a n0段 TM与n的方向相同 故为电动状态 在n0 b段 TM与n的方向相反 且工作速度大于理想空载转速 故电动机工作在反馈制动状态 2 电枢电压突然下降时的反馈制动 设当电动机的电枢外加电压为U1和U2 且U1 U2时的机械特性如图所示 若电动机工作在A点时将电枢电压突然降低为U2 电动机的机械特性变为曲线2 由于机械惯性 工作点由A转换到B点 此时 TM TL 0 电动机的转速在TM TL的共同的作用下沿着曲线2下降直到新的平衡点D 在B C段 转速n与转矩TM的方向相反 运行速度大于空载转速n02 故为反馈制动状态 直流他励电动机各运转状态的机械特性 几种制动方法的应用和比较 P30图2 26 P31表 第六节直流串励电动机的电力拖动 串励直流电动机的电路图如下图所示 励磁线圈 电枢 附加电阻 特点 励磁绕组和电枢绕组串联 磁通随电枢电流而变化 串励直流电动机的电力拖动 1 固有机械特性图2 30是串励电动机的接线图 励磁绕组与电枢绕组串联 电枢电流Ia即为励磁电流If 电枢电流Ia 即负载 变化将引起主磁通变化 在较小 磁路未饱和时 与成正比 即 2 23 式中 K为比例常数 此时 电磁转矩 2 24 由此可得 2 25 固有机械特性表达式为 2 26 图2 30串励电动机接线图 将式 2 23 和式 2 25 代入式 2 26 中 可以得到在轻载磁路不饱和时串励直流动机的机械特性为 2 27 式中 该式表明转速n与成反比 其机械特性如图2 31中AB段 当较大 磁路饱和时 基本保持不变 此时机械特性与他励直流电动机的机械特性相似 为较 硬 的直线特性 如图2 31中BC段 图2 31串励电动机的固有机械特性 由机械特性曲线可以看出 1 特性曲线是一条非线性的软特性 随着负载转矩的增大 减小 转速自动减小 增大 保持功率基本不变 即有很好的牵引性能 广泛用于机车类负载的牵引动力 2 理想空载转速为无穷大 实际上由于有剩磁磁通存在 n0一般可达 5 6 nN 空载运行会出现 飞车 现象 因此 串励电动机是不允许空载或轻载运行或用皮带传动的 3 由于Tem与Ia的平方成正比 因此串励电动机的起动转矩大 过载能力强 4 一般制造商在电机产品目录中绘制有曲线 从两根曲线上取任一电流可查出n和T的数值 从而绘制出固有特性n f T 曲线 以 以 2 人为特性串励直流电动机同样可以采用电枢串电阻 改变电源电压和改变磁通的方法来获得各种人为特性 其人为机械特性曲线的变化趋势与他励直流电动机的人为机械特性曲线的变化趋势相似 如图2 32所示 图2 32串励直流电动机的人为机械特性 2 7 3串励直流电动机的电气制动 对于串励直流电动机 由于理想空载转速为无穷大 所以它不可能有回馈制动运转状态 只能进行能耗制动和反接制动 1 能耗制动串励直流电动机的能耗制动分为他励式和自励式能耗制动两种 1 他励能耗制动他励能耗制动是把励磁绕组由串励形式改接成他励形式 即把励磁绕组单独接到电源上 电枢绕组外接制动电阻RB后形成回路 如图2 33 a 所示 由于串励直流电动机的励磁绕组电阻很小 如果采用原来的电源 因电压较高 则必须在励磁回路中串入一个较大的限流电阻 此外还必须保持励磁电流的方向与电动状态时相同 否则不能产生制动转矩 因已反向 他励能耗制动时的机械特性为一直线 如图2 33 b 中直线BC段所示 其制动过程与他励直流电动机的能耗制动完全相同 他励能耗制动的效果好 应用较广泛 图2 33串励电动机的他励能耗制动 2 自励能耗制动自励式能耗制动时 电枢回路脱离电源后 通过制动电阻形成回路 但为了实现制动 必须同时改接串励绕组 以保证励磁电流的方向不变 如图2 34 a 所示 自励能耗制动时的机械特性如图2 34 b 中曲线BO段所示 由图可见 自励能耗制动开始时制动转矩较大 随着转速下降 电枢电动势和电流也下降 同时磁通也减小 从公式可见 制动转矩下降很快 制动效果变弱 制动时间较长且制动不平稳 由于这种制动方式不需要电源 因此主要用于事故停车 图2 34串励电动机的自励能耗制动 2 反接制动 串励直流电动机的反接制动也有电枢电压反接和倒拉反接制动两种 制动的原理 物理过程和他励直流电动机相同 反接制动时 电枢中也必须串入足够大的电阻以限制电流 应该说明的是在进行反接制动时 电流与磁通 只能有一个改变方向 通常是改变电枢电流的方向 即改变电枢电压的极性 而励磁电流的方向维持不变 7 串励直流电动机的电力拖动 串励直流电动机的机械特性 磁路未饱和时串励电动机人为机械特性 串励直流电动机降低电源电压时的人为机械特性 串励直流电动机固有机械特性 降低电源电压时的人为机械特性 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 串励直流电动机的机械特性 磁路未饱和时串励电动机人为机械特性 励磁回路并分路电阻时的人为机械特性 串励直流电动机固有机械特性 励磁回路并分路电阻时的人为机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 串励直流电动机的机械特性 磁路未饱和时串励电动机人为机械特性 电枢回路并分路电阻时的人为机械特性 串励直流电动机固有机械特性 电枢并分路电阻时的人为机械特性 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 串励直流电动机的制动状态 串励电动机只有两种制动状态 即反接制动与能耗制动 串励电动机不能实现回馈制动 因为电动机反电势Ea无法超过U 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 串励直流电动机的制动状态 反接制动 串励直流电动机的反接制动分为位能负载时的转速反向反接制动和电枢直接反接的反接制动 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 串励直流电动机的制动状态 反接制动 串励直流电动机的反接制动分为位能负载时的转速反向反接制动和电枢直接反接的反接制动 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 串励直流电动机的制动状态 能耗制动能耗制动的方法 是在串励电动机在一定转速时 把电枢由电源断开 接到制动电阻上 此时励磁改接为自励或他励 通常为他励 但必须使励磁电流方向与能耗制动前相同 否则不能产生制动转矩 由于串励绕组电阻很小 当接成他励时 必须在励磁电路内串入较大的电阻 以限制制动电流 串励电动机能耗制动时的接法与特性和他励电动机能耗制动时基本相同 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 复励电动机的机械特性 复励直流电动机有两个励磁绕组 一个是串励绕组 另一个是他励 并励 绕组 两绕组的励磁磁动势方向一般是相同的 即是所谓积复励接法 如下图所示 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 复励电动机的机械特性 复励电动机的机械特性介于他励 并励 和串励之间 当他励 并励 绕组磁动势起作用时 机械特性接近他励电动机 当串励绕组磁动势起作用时 机械特性接近串励电动机 理想空载转速为 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 复励电动机的机械特性 复励电动机的机械特性如下图所示 5 晶闸管直流电动机系统6 过渡过程的能量损耗7 串励直流电动机的电力拖动7 1串励电动机的机械特性7 2串励电动机的制动状态7 3复励电动机的机械特性 7 串励直流电动机的电力拖动 复励电动机的机械特性 复励电动机有三种制动状态 即反接制动 能耗制动与回馈制动 反接制动的获得与串励串励电动机相同 但要保证制动前后的励磁电流方向