直流电动机能耗制动设计——电机与拖动课程设计

1、直流电动机能耗制动设计电机与拖动课程设计 陕西国际商贸学院 电子与信息工程系 名 称 电机与拖动课程设计 题 目直流电动机能耗制动设计 专 业电子科学与技术 班 级电 子B1001 学生姓名陈 松 指导教师石 彩 玲 提交日期 2013年 6 月 17日 摘要 本次课程设计的主题是他励直流电动机的制动。文章首先介绍了他励直流电动机的工作方式,在此只是大略讲解,是为后面电动机制动作铺垫。先做好基础理论知识的讲解。 重点在于他励直流电动机的制动,在此我们小组分两种情况来讨论制动的情况:迅速停机和下放重物。 我们主要以两种方式讲解:图示法和公式法。在图示上直观的解释了他励直流电动机的停机过程,讲解了

2、在不同的阶段,电动机的工作特性曲线的变动,在关键点的电动机的瞬时态讲解。在公式法中,我们将严格依据电动的工作特性曲线来讨论不同时态的变动,并且最重要的是在公式法中我们讨论了Rb的电阻要求,并讲解了为什么必须要串入电阻Rb。在下放重物的过程中方式同迅速停机一致,重点放在反向启动后,电动机的运行情况。并且运用之前所介绍的基础知识来讲解T,TL,To之间的关系。 最后,我们列写了一些实验中的数据,其中一些存在相对较大的误差,那是因为一些偶尔的人为因素,和环境因素造成的。关键字:制动;迅速停机;下放重物;电阻 目录综述?11 直流电动机的基本机构和工作原理?22 制动方法和制动过程?32.1能耗制动之

3、迅速停机?32.1.1迅速停机之机械特性?32.1.2迅速停机之状态分析?42.2能耗制动之下放重物?52.2.1下放重物之机械特性?52.2.2下放重物之状态分析?63 参数设定和计算?84 结论?95 参考文献?10 综述能耗制动是一种制动形式。又分为直流电机的能耗制动和交流电机的能耗制动。他励直流电机的能耗制动:电动机在电动状态运行时若把外施电枢电压U突然降为零,而将电枢串接一个附加电阻R,即将电枢两端从电网断开,并迅速接到一个适当的电阻上。电动机处于发电机运行状态,将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻上。随着动能的消耗,转速下降,制动转矩也越来越小,因此这种制动方法在转速还比较高时制动

4、作用比较大,随着转速的下降,制动作用也随着减小。 能耗制动又分两种,分别用于不同场合:迅速停机和下放重物。若电动机拖动的是反抗性恒转矩负载,则通过迅速停机的方法进行能耗制动,若拖动位能性恒转矩负载,则通过下放重物进行能耗制动。 能耗制动是一种常见的制动方法,广泛应用在工业生产中,有优点同时也存在着缺点,在这份课程设计中,我们将会仔细分析能耗制动是怎么实现的,使得我们更好的了解和利用它,同时尽最大努力提出改进。 一、设计题目 直流电动机能耗制动设计二、设计任务 1、说明直流电动机的基本结构和工作原理; 2、说明直流电动机的制动方法和制动过程; 3、选择能耗制动方式,按给定参数计算制动电阻值。三、

5、设计要求 1、设计工作量为按要求完成设计说明书一份; 2、设计必须根据计划完成; 3、设计说明书必须经指导教师审查。1 直流电动机的基本结构和工作原理 直流电动机可分为两部分:定子与转子。其中定子包括:主磁极,机座,换向极,电刷装置等。转子包括:电枢铁芯,电枢绕组,换向器,轴和风扇等。 如下图所示:图2-1(1)定子 定子就是发动机中固定不动的部分,它主要由主磁极、机座和电刷装置组成。主磁极是由主磁极铁芯(极心和极掌)和励磁绕组组成,其作用是用来产生磁场。极心上放置励磁绕组,极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度分配最为合理,并用来阻挡励磁绕组。主磁极用硅钢片叠成,固定在机座上。机座也是磁路的

6、一部分,常用铸钢制成。电刷是引入电流的装置,其位置固定不变。它与转动的交换器作滑动连接,将外加的直流电流引入电枢绕组中,使其转化为交流电流。 直流电动机的磁场是一个恒定不变的磁场,是由励志绕组中的直流电流形成的磁场方向和励磁电流的关系确定。在微型直流电动机中,也有用永久磁铁作磁极的。 (2)转子 转子是电动机的转动部分,主要由电枢和换向器组成。电枢是电动机中产生感应电动势的部分,主要包括电枢铁芯和电枢饶组。电枢铁芯成圆柱形,由硅钢片叠成,表面冲有槽,槽中放电枢绕组。通有电流的电枢绕组在磁场中受到电磁力矩的作用,驱动转子旋转,起了能量转换的枢纽作用,故称“电枢”。 换向器又称整流子,是直流电动机

7、的一种特殊装置。它是由楔形铜片叠成,片间用云母垫片绝缘。换向片嵌放在套筒上,用压圈固定后成为换向器再压装,在转轴上电枢绕组的导线按一定的规则焊接在换向片突出的叉口中。 在换向器表面用弹簧压着固定的电刷,使转动的电枢绕组得以同外电路连接起来,并实现将外部直流电流转化为电枢绕组内的交流电流。2 制动方法和制动过程 直流电动机的制动方式有多种:能耗制动、反接制动和回馈制动。在此我们选择的研究方向是能耗制动。 直流电动机开始制动后,电动机的转速从稳态转速到零或反向一个转速值(下放重物的情况)的过程称为制动过程。对于电动机来讲,我们有时候希望它能迅速制动,停止下来,如在精密仪器的制动过程中,液晶显示屏幕

8、的切割等等,但有的时候我们却希望电机能够慢慢地停下来,利用惯性来工作。于是,直流电动机能耗制动又分为迅速停机和下放重物两种方式。 如图2-1-1所示,制动之前,转速n不为零,甚至相对较大,电动机平稳的运行。此时直流电动机的反电动势ECe*n存在甚至在某些场合很大,由于电枢电阻Ra较小,Ia(U-E)/Ra。当我们开始制动瞬间,电动机系统因为惯性继续旋转,n的方向不变,由于磁场方向不变,故E的方向也不变。由于电源被瞬间切除,此时相对于之前正常运转状态,电流方向Ia改变,而磁场方向不变,使得T反向成为制动转矩。此时电动的转速就迅速下降至零(在T和TL的共同作用下)。当n0时,E0;Ia0;制动转矩

9、和负载转矩都消失,电动机自动停机。图2-1-1 上述过程我们也可以用公式来说明,电动状态时,如图2-1-2: 图2-1-1 能耗制动时,如图2-1-2: 图2-1-2 Ua0,电枢回路中又增加制动电阻Rb. n与T关系如下: n -Ra+Rb*T/CE*CT* 那么为什么要串入电阻Rb呢?如果没有Rb,在制动的瞬间,E的大小不变ECe*n,一般情况E的值较大,那么此时的电流将会很大,很可能超出电枢回路电流的最大允许值Ia,所以我们一般在迅速停机制动的同时,也串入一个电阻,并且这个电阻值有要求: IabE/Ra+Rb Ia式中,EaEb,是工作于b点和a点时的电动势。由此求得: RbEb/Ia-

10、Ra 如图2-2-1,如果电动机位能性很转矩负载。制动前,系统工作在机械特性1与负载特性3的交点a上,电动机以一定的速度提升重物。在需要稳定下放重物时,速度不会突变,则由a点移动b点,此时电动机处于能耗制动状态,此时由b点移动到O点,这个过程与能耗制动的迅速停机过程情况一样。但此时电动机不会停止不动而是,在负载转矩的作用下,电动机反转,即反向启动,工作点开始在第四象限继续下移,此时n反向,Ia又回到正向,那么T依旧提供向上拉力,TL不变,则当下降速度越来越大,E(正向)也越来越大(ECe*n),Ia也越来越大,T也越来越大(TCT*Ia),最终在c点处达到平衡。这是能耗制动下放重物的过程。 能

11、耗制动运行与能耗制动过程相比,由于n反向,引起E反向,使得Ia与最初的上升时方向相同,T也同样。下图是能耗制动过程中,n0,T0;在能耗制动运行时,n0,T0的情况。 图2-2-1 能耗制动的运行过程也可以用公式来说明。如图2-2-2: 图2-2-2 n与T关系如下: n -Ra+Rb*T/CE*CT* 当平衡的时候,如图2-2-3: 图2-2-3TTL,则可以得出: n Ra+Rb*TL /CE*CT* 同样,能耗制动运行的效果与制动电阻Rb的大小有关,Rb小,特性2 的斜率小,转速小,下放重物慢Rb在满足要求内。那么在c点时: Ra+RbEc/Iac CE*CT*n/TL-To下放重物时,

12、To和TL方向相反,与T方向相同,故T TL-To.可见,若要以转速下放负载转矩为TL的重物时,制动电阻应为: RbCe*CT*n/TL-To- Ra如果我们忽略了To,则: Rb CE*CT*n/TL- Ra.3 参数设定和计算 我们选定一台他励电动机,其中Pn22kW,Uan440V,Ian65.3A,Nn600r/min.Ia2Ian,To忽略不计。 在拖动TL0.8Tn的反抗性横转矩负载,采用能耗制动实现迅速停机,电枢电路中应串入的制动电阻为Rb1;在拖动TL0.8Tn的位能性横转矩负载,采用能耗制动以n300r/min恒速下放重物,电枢电路中应串入的制动电阻为Rb2。则他们应满足下面表格。迅速停机:电机给定参数中间参数迅速停机PNkWUaNVIaNAnNr/minIaATLN?mRaEVCECTIaAEbVRb2222011515002301200.25191.30.12751.218298.51195.37表3-1下放重物:电机给定参数中间参数下放重物PNkWUaNVIaNAnNr/minIaA nr/minRaEVCECTTLN?mRb表3-2结论 直流电动机的制动方式有多种,本课程设计的研究方向是能耗制动,根据制动要求和条件的不同能耗制动又分为迅速停机和下放重物,并以他励直流电动机为例进行分析。 首先,本设计先介绍了直流电动机的结构组成和工作原理,文字说