他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)(電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì))

1、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)的設(shè)計(jì)引 言 直流電動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、體積較大、維護(hù)較難而使其應(yīng)用受到了影響。隨著交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，在不少應(yīng)用領(lǐng)域中已為交流電動(dòng)機(jī)所取代。但是直流電動(dòng)機(jī)又以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好、制動(dòng)控制方便而著稱，因此，在工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域中仍占有一席之地。本課題將討論他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及反接制動(dòng)的原理及機(jī)械制動(dòng)。 1 課程設(shè)計(jì)的目的及內(nèi)容電機(jī)與拖動(dòng)是電氣專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。它主要是研究電機(jī)與電力拖動(dòng)的基本原理，以及它與科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)際之間的聯(lián)系。通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握常用交、直流電機(jī)、變壓器及控制電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性

2、能、分析計(jì)算，電動(dòng)機(jī)選擇及實(shí)驗(yàn)方法等。電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)是理論教學(xué)之后的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過完成一定的工程設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)會(huì)運(yùn)用本課程所學(xué)的基本理論解決工程技術(shù)問題，為學(xué)習(xí)后續(xù)有關(guān)課程打好必要的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)主要研究他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)。2 他勵(lì)直流電動(dòng)的基本結(jié)構(gòu) 圖2-1 直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.1定子直流電機(jī)的定子由以下幾部分組成：主磁極 換向磁極（簡(jiǎn)稱換向極） 機(jī)座 端蓋2.2轉(zhuǎn)子電樞鐵心 電樞繞組 換向器 風(fēng)扇等3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理3.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖圖3-1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖圖中N和S是一對(duì)固定不動(dòng)的磁極，用以產(chǎn)生所需要的磁場(chǎng)。在N極S極之

3、間有一個(gè)可以繞軸旋轉(zhuǎn)地繞組。直流電機(jī)的這一部分稱為電樞。如圖3-1所示將電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相連，這是便有電流從電源的正極流出，經(jīng)電刷A流入電樞繞組，然后經(jīng)電刷B流回電源的負(fù)極。載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力f的作用 。32他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析圖3-2 它勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞電路中它勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞和勵(lì)磁繞組分別由兩個(gè)獨(dú)立的直流電源供電。它勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電路如圖三所示。在勵(lì)磁電壓的作用下，勵(lì)磁繞組中通過勵(lì)磁電流，從而產(chǎn)生主磁極磁通。在電樞電壓的作用下，電樞繞組中通過電樞電流。電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而拖動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械以某一轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，切割磁感線產(chǎn)

4、生電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的方向與電樞電流的方向相反。在勵(lì)磁電路中，勵(lì)磁電流 （3-2-1）在電樞電路中，根據(jù)基爾霍夫定律 （3-2-2）由此求得電樞電流為 (3-2-3)根據(jù)電樞轉(zhuǎn)矩公式，電樞電流還應(yīng)滿足下式 (3-2-4)根據(jù)上式可得到轉(zhuǎn)速用下式表示 (3-3-5)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系為 (3-3-6)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，如果勵(lì)磁電路斷電，主磁極只有很小的剩磁，由于機(jī)械慣性，勵(lì)磁電路斷開瞬間，轉(zhuǎn)速尚來(lái)不及變化，將立即劇減，立即劇增。仍有一定數(shù)值。電動(dòng)機(jī)將發(fā)生兩種事故：（1）當(dāng)增加的比例小于減少的比例時(shí)，斷電瞬間，將減小，電動(dòng)機(jī)不斷減速而至停轉(zhuǎn)，即“悶車”或“堵轉(zhuǎn)”。這是過大，換向器和點(diǎn)數(shù)繞組都有被燒

5、壞的危險(xiǎn)。這種情況一般在重載或滿載時(shí)容易發(fā)生。（2）當(dāng)增加的比例大于減少的比例時(shí)，斷電瞬間，將增大，電動(dòng)機(jī)不斷加速直至超過允許值，即“飛車”。這時(shí)不僅使換向器和電樞繞組又被燒壞的危險(xiǎn)，而且還會(huì)使電動(dòng)機(jī)在機(jī)械方面遭受嚴(yán)重?fù)p傷，甚至危及操作人員的安全。這種情況般在輕載和空載時(shí)容易發(fā)生。4 制動(dòng)原理及機(jī)械特性4.1電壓反向反接制動(dòng)迅速停機(jī)當(dāng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速n運(yùn)行時(shí)候，如圖4-1所示，為了使工作機(jī)構(gòu)迅速停車，可在維持勵(lì)磁電流不變的情況下，突然改變電樞兩端外施電壓的極性，并同時(shí)串入電阻，如圖4-2所示。由于電樞反接這樣操作，制動(dòng)作用會(huì)更加強(qiáng)烈，制動(dòng)更快。電機(jī)反接制動(dòng)時(shí)候，電網(wǎng)供給的能量

6、和生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)能都消耗在電阻Ra+Rb上面。圖4-1 制動(dòng)前的電路圖圖4-2 制動(dòng)后的電路圖同時(shí)也可以用機(jī)械特性來(lái)說明制動(dòng)過程。電動(dòng)狀態(tài)的機(jī)械特性如下圖4-3的特性1，n與T的關(guān)系為 ( 4-1-1) (4-1-2) (4-1-3) (4-1-4)電壓反向反接制動(dòng)時(shí)，n與T的關(guān)系為 (4-1-5)其機(jī)械特性如圖4-3中的特性2。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，負(fù)載特性如圖4-3中的特性3。圖4-3 反接制動(dòng)迅速停機(jī)過程制動(dòng)前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上，制動(dòng)瞬間，工作點(diǎn)平移到特性2上的b點(diǎn)，T反向，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)過程開始。在T和的共同作用下，轉(zhuǎn)速n迅速下降，工作點(diǎn)沿特性2由b

7、移至c點(diǎn)，這是，應(yīng)立即斷開電源，使制動(dòng)過程結(jié)束。否則電動(dòng)機(jī)將反向起動(dòng)，到d點(diǎn)去反向穩(wěn)定運(yùn)行。電壓反向反接制動(dòng)的效果與制動(dòng)電阻的大小有關(guān)，小，制動(dòng)過程短，停機(jī)快，但制動(dòng)過程中的但制動(dòng)過程中的最大電樞電流，即工作于b點(diǎn)時(shí)的電樞電流不得超過。由圖4-3可知，只考慮絕對(duì)值時(shí) (4-1-5)式中，Eb=Ea。由此求得電壓反接制動(dòng)的制動(dòng)電阻為 (4-1-6)4.2迅速停機(jī)串聯(lián)電阻的計(jì)算由于取值的不同，導(dǎo)致串入電阻的不同。一般的取值不得超過=(1.52.0)IaN。取Iamax=1.5 IaN，設(shè),，,，T0忽略不計(jì)。拖動(dòng)TL=0.8TN的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，計(jì)算電樞電路中應(yīng)串入的制動(dòng)電阻值不能小于多少？解：

8、由額定數(shù)據(jù)求得4.3電動(dòng)勢(shì)反向反接制動(dòng)下放重物制動(dòng)前的電路如圖4-4所示，制動(dòng)后的電路如圖4-5所示。制動(dòng)時(shí)，電樞電壓不反向，只在電樞電路中串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻。機(jī)械特性方程邊變?yōu)?(4-3-1)圖4-4制動(dòng)前的電路圖 圖4-5 制動(dòng)后的電路圖若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則如圖4-6所示。制動(dòng)前，系統(tǒng)工作在固有特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動(dòng)瞬間，工作點(diǎn)由a平移到人為特性上的b點(diǎn)。由于，n下降，工作點(diǎn)沿特性2由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，但，在重物的重力作用下，系統(tǒng)反向起動(dòng)，工作點(diǎn)由c點(diǎn)下移到d點(diǎn)，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行。這是n反向，電動(dòng)機(jī)處在制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定下放重物。在這

9、種情況下制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由于n反向，E也隨之反向，由圖可以看出，這時(shí)E與Ua的作用方向也變?yōu)橐恢?，但和T的方向不變，T與n方向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持平衡，穩(wěn)定下放重物。所以這種反接制動(dòng)稱為電動(dòng)勢(shì)反向的反接制動(dòng)運(yùn)行。電動(dòng)勢(shì)反接制動(dòng)的效果與制動(dòng)電阻的大小有關(guān)。小，特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物滿。由圖五知，在d點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，為簡(jiǎn)化分析，只取各量的絕對(duì)值，而不考慮其正負(fù)，則 (4-3-2)可見，若要以轉(zhuǎn)速n下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩為的重物，制動(dòng)電阻應(yīng)為 (4-3-3)忽略，則 (4-3-4) 圖4-6反接制動(dòng)下放重物過程4.4下放重物串聯(lián)電阻的計(jì)算由于下放速度n取值的不同，導(dǎo)致串入電阻的不同。取恒速下放重

10、物，設(shè),，,，T0忽略不計(jì)。拖動(dòng)的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，計(jì)算電樞電路中應(yīng)串入多大的制動(dòng)電阻？解：根據(jù)上一計(jì)算的數(shù)據(jù)，求得 5 結(jié)論他勵(lì)電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的特點(diǎn)是：使與的作用方向變?yōu)橐恢?，共同產(chǎn)生電樞電流，于是由動(dòng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)電功率和電源輸入的電功率一起消耗在電樞電路中。在電壓反向制動(dòng)時(shí)，強(qiáng)迫電動(dòng)機(jī)朝相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)而促進(jìn)電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)。制動(dòng)時(shí)，在保持勵(lì)磁電流條件(方向和值的大小)不的情況下，利用倒向開關(guān)將電樞兩端反接在電源上，此時(shí)電樞電流將變成負(fù)值，且電流相大，隨之產(chǎn)生很大的制動(dòng)性電磁轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。電動(dòng)勢(shì)反向反接制動(dòng)在保持勵(lì)磁電流條件(方向和值的大小)不的情況下，在電路中串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻，使轉(zhuǎn)速迅速下降至零后再反轉(zhuǎn)，此時(shí)方向改變和同向，兩者共同提供電流，并以速度下放重物。這里的是制動(dòng)時(shí)為限制電流太大而串人電樞回路的電阻。 反接制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:很快能使電