《电机驱动与调速》第04讲（直流电机的启制动）

1第4

讲项目1直流电动机及其驱动

任务2直流电动机的电力驱动情景1直流电动机的起动情景2他励直流电机的电力制动教学目标1、熟悉直流电动机起动的方法2、掌握直流电动机电力制动的方法

教学重点直流电动机起动教学难点直流电动机制动教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题1-42教学过程：情景1直流电动机的起动

电机从静止到稳定运行先通过起动过程。起动时要求电动机产生足够大的电磁转矩来克服机组的静止摩擦转矩、惯性转矩以及负载转矩，才能使机组在尽可能短的时间里从静止进入稳定运行。从电路方面看，起动瞬间转速n=0，反电势Ea=0，而电枢电阻Ra很小，由UN=Ea+RaIa可得到起动电流Ist将很大，一般达到额定电枢电流的十几倍甚至更大，将导致电网电压突然降低，影响其它用户的用电，也将导致电机本身遭受很大电磁力的冲击，严重时将会损坏电机。故需适当限制电机的起动电流。直流电动机的常用起动方法有全压（直接）起动、电枢回路串电阻起动和降压起动三类。3

1、全压启动（直接启动）全压启动（直接启动）是将电动机直接接入到额定电压的电源上而不采取任何措施的启动过程。直接起动只限于对电网和自身的冲击都不太大的小容量电机。正因为电动机启动电流很大，所以启动转矩大，电动机起动迅速，起动时间短。直接起动如图1-14所示。先合上励磁回路开关QS1建立磁场，再合上电枢回路开关QS2全压起动，以确保电枢回路通电前磁场已建立。

图1-14直接起动图1-15电枢串电阻起动4

2、电枢回路串电阻启动通常直流电动机多采用电枢回路串电阻的启动方法。起动时将全部启动电阻串入电枢回路，以限制启动电流，起动结束后将电阻切除。如图1-15所示。起动开始时,电枢电阻为Ra+R1+R2，起动电流Ist所产生的电磁转矩为T1。控制T1>TL（负载阻转矩），电动机开始旋转，转速上升，转矩下降，加速度逐步减小。为得到较大加速度，到一定时候把R2切除（接触器主触点KM2闭合），电枢中剩余的电阻为Ra+R1。当电机加速到一定时候再切除R1（KM1也闭合），只剩余自身的电阻Ra，拖动系统继续加速最后稳定在额定转速nN，转矩T=TL，起动过程结束。

串电阻起动的优点是起动电流小；缺点是变阻器较笨重且起动过程消耗能量多。53、降压启动降压起动在起动过程中不会有大量的能量消耗。如图1-16所示。图1-16直流电动机的降压起动特别注意串励电动机绝对不允许空载启动，否则电机的转速将达到危险的高速，电机会因此损坏。降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于大功率电动机。6情景2 他励直流电机的电力制动制动应用在机械负载需要快速停车和准确停车两种情况。电动机停转或由高速进入低速运行，都需要对电动机进行强行减速——制动。制动的本质就是在电动机转轴上施加与旋转方向相反的力矩。这个力矩若以机械方式产生（如摩擦片、制动闸等），则称为机械制动；若以电磁方式产生就叫做电力制动。电力制动是利用电动机自身的电磁转矩来实现制动。要使电磁转矩改变方向，只要使电枢电流反向。电动机在减速运行过程中，转速方向不变，磁场的方向保持不变，因此反电势Ea的方向保持不变。电磁功率变号，即电磁功率由电动运行时的吸收功率变为发出功率，这部分功率可以由电阻消耗掉，也可以回馈到电网。根据制动过程中电动机发出功率的去向不同和所提供的外部条件的不同，电力制动有能耗制动、反接制动、再生制动（回馈制动）三种方式。7

1、能耗制动

能耗制动指把电动机轴上的动能或者势能转化为电能并通过电枢回路的电阻以发热的方式消耗掉的一种制动方式。如图1-17所示。图1-17直流电机能耗制动

制动时，开关从“电动”转向“制动”，而励磁回路不变，电枢回路经制动电阻R闭合。此时电动机内磁场不变，电枢因惯性继续按原方向旋转，电磁转矩的方向与旋转方向相反，因而产生制动作用，转子减速，直至可转换的惯性动能全部转化为电能，消耗在制动电阻R及机组本身电阻Ra上。

制动电阻R越小，制动电流Ia越大，产生电磁转矩越大，制动效果越好。

能耗制动利用机组动能来取得制动转矩，操作简便，容易实现，必要时可加机械制动闸。

8

2、反接制动反接制动是将外加电枢电压反向或者反电势在外部条件下反向而引起电磁转矩反向的一种方法。在保持励磁电流不变的条件下，利用反向开关把电枢两端反接到电网上的制动方式称之为反接制动。

并励电动机反接制动的接线如图1-18所示。图1-18直流电机反接制动

反接制动的优点是制动很快，缺点是电流过大，约为直接起动电流的两倍(额定电流的30倍以上)，对电机冲击太大，必须限制。

反接时电枢回路串入足够大的电阻R，使冲击值在允许范围内。9

3.回馈制动

回馈制动发生在实际转速高于理想空载转速。此时反电势Ea的方向没有变化，但当电动机的转速n>n0，电枢电流反向，电机输出功率、电磁转矩反向，电磁转矩变为制动转矩，直流电机运行在发电机状态，把存储在系统中的机械能量回馈到电网。回馈制动是一种经济节能的方法。如图1-19所示。图1-19直流电动机回馈制动线路及机械特性曲线回馈制动有重物放下时