电机原理及拖动（第4版）课件：他励直流电动机的制动

《电机原理及拖动》

第4版2024/12/272

他励直流电动机的制动一、制动的一般概念制动：使电力拖动系统从某一稳定转速开始减速至转速为零，或者限制位能负载的下行速度，使其在某一稳定转速下运行。2024/12/273直流电动机的制动断开电源抱闸能耗制动反接制动回馈制动机械制动电气制动自由停车电压反接电势反接正向回馈反向回馈2024/12/274直流电动机的两种运行状态要求电动机迅速停车，或者由高速运行很快进入低速运行，需要电动机制动。（1）电动运行状态：电动机的电磁转矩方向与电机旋转方向相同，此时电网向电动机输入电能，并转变为机械能带动负载。（2）制动运行状态：电动机的电磁转矩方向与电机旋转方向相反，此时电动机吸收机械能转变为电能。2024/12/275M二、能耗制动（一）能耗制动过程+-IaEanTTL负载UNKKMRcRfUf

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。2024/12/276+-IaEanTTL负载UNKMKMRcRfUfM

由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势方向不变。由此产生的电枢电流的方向与电动状态时方向相反,对应的电磁转矩与原来方向相反,为制动性质,电机处于制动状态。二、能耗制动（一）能耗制动过程2024/12/277能耗制动时的机械特性为一条过原点的直线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2024/12/278能耗制动的方法和原理电气参数：＝N，U＝0，电枢回路总电阻R＝Ra＋Rc实际上是一台他励直流发电机。轴上的机械能转化成电能，全部消耗于电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动。|P2||PM|＝|TΩ|＝|EaIa|Ia2(Ra+Rc)2024/12/279

改变制动电阻的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。越小,特性曲线的斜率越小,起始制动转矩越大。选择能耗制动的电阻2024/12/2710

制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是其中为制动瞬间的电枢电动势。选择能耗制动的电阻

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。2024/12/2711二级能耗制动线路及机械特性M+-IaEaKMKMRc1Rc2RfUfDEF带位能负载2024/12/2712能耗制动以前在第1象限（二）能耗制动的运行2024/12/2713（二）能耗制动的运行能耗制动过程在第2象限2024/12/2714（二）能耗制动的运行能耗制动运行在第4象限动画2024/12/2715能耗制动的特点能耗制动的特点：（1）操作简单，停车准确（2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网；（3）低速时制动转矩小，制动慢；（4）动能大部分都消耗在制动电阻上。制动初始的最大电流：最小制动电阻：题3-36（1）2024/12/2716反接制动电势反接（用于位能负载）电枢反接（用于反抗性负载）（转速反向）（电压反向）三、反接制动2024/12/2717（一）电压反接制动＋－＋－M若T>TLM2024/12/2718（一）电压反接制动BTn0ATL-TL-n0oTBC如果电枢回路电阻不够大，电压反接开始时的电流会超过电机允许值。2024/12/2719（一）电压反接制动BTn0ATL-TL-n0oTBC为限制制动初始时刻的电流应在电枢回路串制动电阻Rc2024/12/2720（一）电压反接制动BTn0ATL-TL-n0oTBC工作点变化为：允许串入的最小电阻与电机允许最大电流有关。2024/12/2721制动过程中均为负;而为正。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;表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。

可见,反接制动时,从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。（一）电压反接制动2024/12/2722电压反接制动过程的功率流程图P2特点：(1)可以很快使机组停机。（2）需要加入足够的电阻，限制电枢电流；（3）转速至零时，需切断电源。由于惯性而释放动能流入电动机电动机吸收的电功率2024/12/2723电压反接制动和能耗制动比较BTn0ATL-TL-n0oTBCD123电压反接制动的制动转矩始终大于能耗制动的制动转矩。能耗制动能够准确停车。电压反接制动在转速为零是需切断电源。2024/12/27241（二）电动势反接制动（倒拉反转反接制动）2.电枢回路串入较大电阻Rc后特性曲线1.正向电动状态提升重物(A点)3.负载作用下电机反向旋转(下放重物)4.电机以稳定的转速下放重物D点电动势反接制动只适用于位能性恒转矩负载。2342024/12/2725（二）电动势反接制动2024/12/2726（二）电动势反接制动动画2024/12/2727电动势反接制动的特点电动势反接制动只适用于位能性恒转矩负载。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。由于串入电阻足够大，可以在第四象限与位能负载特性曲线相交，稳定运行（制动运行工作状态）。电势反接制动时的能量关系和电压反接制动时时的能量关系区别仅在于：机械功率的提供一个是由系统释放动能提供；另一个是由系统位能的减少来提供。2024/12/2728电势反接制动过程的功率流程图P2由系统位能释放流入电动机电动机吸收的电功率2024/12/2729

当电机转速高于理想空载转速时，电枢电动势大于电枢端电压，电机进入发电状态，电磁转矩起制动作用，限制转速上升，机械能转换为电能回馈到电网。四、回馈制动

回馈制动时由于有功功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。

回馈制动运行可以发生在以下两种情况下：

回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。2024/12/2730稳定运行时两种情况当电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速,进入第二象限电压反接制动带位能性负载进入第四象限2024/12/2731

上坡时负载转矩TL=Tm+TwnTLTn02024/12/2732TLTn0

下坡时负载转矩TL=Tm－Tw2024/12/2733TLTn0

电磁转矩大于负载转矩，转速上升超过n02024/12/2734TLTn0转速超过n0，Ea>U，进入回馈制动2024/12/2735四、回馈制动1、降压调速时产生的回馈制动制动过程为段。2024/12/27362、增磁调速时产生的回馈制动四、回馈制动制动过程为段。2024/12/2737反向起动动画

为了高速下放位能负载，反向起动电动机，T和TL方向一致，拖动转速迅速升高，由反向电动状态进入第四象限。2024/12/2738反向回馈制动2024/12/2739反向回馈制动虽然T>0，但对于一个反转的电动机来说，T是制动转矩回馈制动的下放速度：能量关系：系统储存的位能转换成电能送回电网。PM＝EaIa<0P1＝UIa<0Ia2(Ra+Rc)P2＝TΩ<0p0电动机在反向回馈制动时：2024/12/2740回馈制动的特点

回馈制动过程中，因为有电功率UIa回馈电网。从电能消耗角度分析，相比其他制动方法，回馈制动是最经济的一种制动方式。

转速高于理想空载转速是回馈制动运行状态的重要特点。例题3-5解题图2024/12/27411.能耗制动时应串最小电阻T（Ia）n0.9TN－2TNRaRa＋RcnAA2024/12/27422.能耗制动带位能负载T（Ia）n0.9TN－200RaRa＋RcnAA2024/12/27433.电压反接制动停车时应串最小电阻T（Ia）n0.9TN－2TNRaRa＋RcnAA-n0n02024/12/27444.电势反接制动带位能负载T（Ia）n0.9TN－1000RaRa＋RcnAA2024/12/27455.反向回馈制动停车时电机转速T（Ia）n0.9TN－2TNRaRa＋RcnAA-n0n0n＝？2024/12/2746五、电动机四象限运行分析方法2024/12/2747五、电动机四象限运行分析方法1.电动机机械特