《电机与电气控制技术》课件-任务5 直流电机的反转与制动

直流电机的结构与运行任务五

直流电机的反转与制动（上）课程导入工业生产与交通出行中为什么有的设备反转迅速且平稳，有的设备制动时能精准停位？常面临改变运动方向、紧急减速或平稳停车的需求电机需要灵活调速起重机的升降换向电车下坡时的限速轧钢机的可逆运转目录CONTENTS直流电机的反转原理与实现方法//PARTONE//01电气制动的核心概念与分类//PARTTWO//02能耗制动的原理与特性//PARTTHREE//03一、直流电机的反转原理与实现方法工作过程中常需改变运动方向，需要电动机反方向启动和运行电气传动系统电动状态下，电磁转矩是驱动性质的转矩，电动机的转向由电磁转矩的方向决定电磁转矩是由主磁通与电枢电流相互作用而产生的电动机反转只需改变电动机产生的电磁转矩方向即可一、直流电机的反转原理与实现方法T=CTΦIa采用左手定则任意改变磁场φ或者励磁电流Ia两者之一方向时，电磁转矩作用力方向就改变电枢反接电枢反接在励磁电流方向不变，即励磁磁场方向不变的条件下，从而改变电枢电流和电磁转矩的方向，使电动机反转励磁反接当电枢电压的极性不变时，将励磁绕组反接。改变励磁电流的方向可使电磁转矩方向改变，实现电动机的反转实际情况中，为了动机高效快速的反转，往往采用的是电枢反接的方法二、电气制动的核心概念与分类电气制动通过电动机产生与旋转方向相反的电磁转矩，达到制动目的优点：制动转矩大，制动强度比较容易控制在电气传动系统中多采用这种方法，或者和机械制动器配合使用保持原来磁场大小和方向不变，使电动机电磁转矩与旋转方向相反，使电动机产生制动电动机的电气制动方法能耗制动反接制动回馈制动三、电气制动方法（一）——能耗制动的原理与特性⬆Ea⬆Ea❖直流电动机原先处于电动状态工作，电磁转矩的方向和旋转方向相同，为顺时针方向三、电气制动方法（一）——能耗制动的原理与特性⬆Ea电枢两端从电源立即切换到电阻器Rb上，这个电阻器称为制动电阻器制动电阻器在制动时保持励磁电流不变，励磁磁通方向不变电动机将继续按原来的方向旋转生产机械和电动机具有惯性三、电气制动方法（一）——能耗制动的原理与特性磁通方向不变，产生的感应电动势Ea方向也不变⬆Ea电动机变成了发电机运行制动转矩电枢电流Ia的方向及其产生的电磁转矩T的方向都改变了，使电磁转矩的方向与旋转方向相反三、电气制动方法（一）——能耗制动的原理与特性物理意义生产机械和电动机惯性作用驱动发电生产机械和电动机储存的动能转换为电能再消耗在电枢回路的电阻上能耗制动时的外加电压为零，空载转矩也为零，电枢回路串入制动电阻器Rb电动机能耗制动的机械特性方程：三、电气制动方法（一）——能耗制动的原理与特性转速下降时电动机的电动势Ea减小，制动电流Ia随之减小，电磁制动转矩也随之减小转速减小至零时电动势电流和电磁转矩减小至零，电动机驱动阻力矩负载可使电动机迅速停转在固有特性曲线上的点开始制动时，转速n来不及改变，工作点过渡到能耗制动机械特性上的B点如果制动前电动机工作在电动状态电磁制动转矩及负载转矩共同作用电动机很快减速三、电气制动方法（一）——能耗制动的原理与特性在转速接近零时必须用机械制动器将电动机转轴止住否则在位势负载转矩的作用下，电动机将被驱动反方向旋转若电动机驱动位势负载，要迅速停车转速n、电枢电压Ea、电枢电流Ia及电磁转矩T方向和图示方向相反，机械特性延伸至第四象限转速稳定在C点时，电动机运行在反方向能耗制动状态下，等速下放重物三、电气制动方法（一）——能耗制动的原理与特性能耗制动制动效果越强烈，为了避免制动转矩和电枢电流过大，给传动机构和电动机带来不利影响制动时电阻越小，电枢电流越大，制动转矩越大通常选择电枢回路串电阻器最大制动电流不超过电动机额定电流的2~2.5倍能耗制动适用于要求迅速停车的场合思想升华在工业生产中制动的可靠性直接关系到设备与人员安全反转平稳性影响生产效率与产品质量树立“安全底线不可破、细节把控不松懈”的价值导向以严谨态度对待每一项技术参数，用科学方案守护生产安全与高效运行起重机总结

电车深入思考能耗制动的适配场景与参数选择逻辑直流电机的结构与运行任务五

直流电机的反转与制动（下）课程导入在工业生产中不同场景对制动的需求各不相同有的需要快速反转有的需要慢速下放重物有的则追求节能高效为什么电车下坡时能实现节能，而起重机下放重物时能平稳控速？反接制动回馈制动目录CONTENTS反接制动——电枢反接制动的原理与特性//PARTONE//01反接制动——倒拉反接制动的原理与特性//PARTTWO//02电气制动——回馈制动的原理与特性//PARTTHREE//03一、反接制动——电枢反接制动的原理与特性电枢反接制动的电路电动机工作在电动状态下，以转速n稳定运行，励磁电流不变，磁通Φ不变这时作用在电枢电路的电压是UN+Ea，其值约等于2UN改变外加电枢电压极性及电枢电压方向由正变负

电枢电流增大，产生一个很大的电磁制动转矩，使电动机很快停转，因此必须在电枢反接时，在电枢回路串入制动电阻器电动机的电磁转矩变为制动转矩，开始反接制动，使电动机沿电枢反接的机械特性曲线而减速如果电动机在转速为零，也就是d点时不立即切断电源，电动机很可能会反向启动加速到c点为了防止电动机反转，在制动到快停车时应该切断电源，并使用机械制动器将电动机止住一、反接制动——电枢反接制动的原理与特性在制动前，电动机运行在固有机械特性曲线上的A点当串入电阻并将电枢电源反接瞬间，电动机过渡到电枢反接的人为机械特性曲线上的B点一、反接制动——电枢反接制动的原理与特性电阻大小的选择应使反正启动时电枢电流不超过额定电流的2~2.5倍为了限制电枢制动刚开始的大电流，在电枢回路中应串入制动电阻电枢反接制动时，电动机变成发电机运行，电源供给的电能和驱动系统动能转换出来的电能全部消耗在电枢回路的电阻上电枢反接制动时能量消耗很多❖电枢反接制动适用于要求迅速反转的场合二、反接制动——倒拉反接制动的原理与特性电枢串入大电阻，会被外力驱动向着与它的接线应有的旋转方向相反的方向旋转这时便工作在倒拉反接制动状态当直流电动机驱动位势负载

驱动起重装置的直流电动机：当电枢回路不串电阻时，电动机正向旋转提升负载电动机稳定运行于固有机械特性曲线上的A点二、反接制动——倒拉反接制动的原理与特性电动机的转速下降，转速与转矩的变化沿着该电阻的人为机械特性曲线箭头所示方向电动机的电磁转矩小于负载转矩：如电动机的电磁转矩仍小于负载转矩，则在位势负载转矩作用下，将电动机倒拉而开始反转，其旋转方向变为下放重物的方向当转速降至零时若将大电阻Rb串接到电枢回路中，电枢电流减小，转到对应的人为机械特性曲线的B点电动机的电动势方向改变，与电源电压方向相同，电动机电磁转矩方向不变二、反接制动——倒拉反接制动的原理与特性旋转方向改变电磁转矩成为阻碍反向运动的制动转矩电动机的转速最终稳定运行在了c点电枢回路串入的电阻越大，下放重物的速度越快C'速度大于c点的速倒拉反接制动，直流电源向电机供给电能放重物的势能变为电能两部分电能都消耗在电枢电阻Ra和制动电阻Rb上倒拉反接制动在电能利用方面很不经济二、反接制动——倒拉反接制动的原理与特性机械特性曲线爆拉反接制动一般用于慢速下放重物的场合电动机正转还是反转，提升重物还是下放重物，完全取决于电枢回路电阻的大小电阻大小合适时，可以让重物悬在空中三、电气制动——回馈制动的原理与特性电车下坡起重机下放重物回馈制动电动机在运行过程中由于某种客观原因，负载转矩由制动性质变成驱动性质，使电动机转速高于理想空载转速n0又称再生制动或发电制动三、电气制动——回馈制动的原理与特性电动机处于发电状态，并对电气传动系统的运动机构起制动作用势能转换所得的动能使电动机加速电流的方向与原来相反，磁场没有变，电磁转矩随电枢电流反向而反向成为制动转矩转速大于理想空载转速时，电动机的感应电动势Ea是大于输入电压的额定值UN的

电动机处于发电状态，把势能转变为电能，并回馈到电网，所以称为回馈制动三、电气制动——回馈制动的原理与特性直流电动机回馈制动的机械特性工作在第二象限的B点：回馈制动一般不串电阻如果串入电阻器，电动机的转速会升得更高回馈制动的最低转速大于理想空载转速不串电阻时，没有电阻上的能量损耗，使尽可能多的电能回馈电网系统安全力学强度换向方面三、电气制动——回馈制动的原理与特性从节能角度看，回馈制动是最经济的：回馈制动的工作转速必须大于理想空载转速回馈制动一般用于电车下坡或起重机快速下放重物的场合思考回答回馈制动的“节能”核心体现在