第2章直流電機(8)

1、4.7 4.7 直流電動機的制動直流電動機的制動 制動問題：制動問題：在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要采取在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要采取 一些措施使電動機盡快停轉(zhuǎn)，或者從某高一些措施使電動機盡快停轉(zhuǎn)，或者從某高 速降到某低速運轉(zhuǎn)，或者限制位能性負載速降到某低速運轉(zhuǎn)，或者限制位能性負載 在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，這就是電動機的在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，這就是電動機的 制動問題。制動問題。 實現(xiàn)制動有兩種方法，實現(xiàn)制動有兩種方法，機械制動機械制動和和電磁制動電磁制動。 電磁制動是使電機在制動時使電機產(chǎn)生與其旋電磁制動是使電機在制動時使電機產(chǎn)生與其旋 轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩, ,其特點是制動轉(zhuǎn)矩大其特點

2、是制動轉(zhuǎn)矩大, , 操作控制方便。操作控制方便。直流電機的電磁制動類型有直流電機的電磁制動類型有能耗制動能耗制動、反接反接 制動制動和和回饋制動回饋制動。一、能耗制動一、能耗制動1.1.接線圖接線圖圖圖4.7.1 4.7.1 并勵電動機能耗制動接線圖并勵電動機能耗制動接線圖2.2.能耗制動過程能耗制動過程B-OB-O0RRnCRRERREUIaeaaanRRCCICTa2TeaTememem2TeaTKTCCRRn 可見，是一條通過原點的直線，如圖可見，是一條通過原點的直線，如圖4.7.24.7.2所示。所示。圖圖4.7.2 4.7.2 能耗制動時的機械特性能耗制動時的機械特性0ICTaBTe

3、mB0IaBzemBTTnEemaT，I（絕對值逐漸減?。ń^對值逐漸減小）0n ，即電動機停轉(zhuǎn)。，即電動機停轉(zhuǎn)。3.3.特點：特點： Tem0，兩者相反方向（發(fā)電機狀態(tài)），兩者相反方向（發(fā)電機狀態(tài)） P1=0，Pem0，P20 與一般發(fā)電機的區(qū)別：與一般發(fā)電機的區(qū)別：沒有原動機輸入機沒有原動機輸入機械功率，其機械能靠的是系統(tǒng)轉(zhuǎn)速從高到低，械功率，其機械能靠的是系統(tǒng)轉(zhuǎn)速從高到低，制動時所釋放出來的動能；電功率沒有輸出，制動時所釋放出來的動能；電功率沒有輸出，而消耗在而消耗在Ra+RRa+R上。上。 制動電阻越小，制動開始時產(chǎn)生的制動制動電阻越小，制動開始時產(chǎn)生的制動 轉(zhuǎn)矩就越大。轉(zhuǎn)矩就越大。

4、高速時能耗制動作用較大，低速時應(yīng)配高速時能耗制動作用較大，低速時應(yīng)配 合機械制動裝置使系統(tǒng)停掉。合機械制動裝置使系統(tǒng)停掉。注意事項：注意事項：4.4.能耗制動運行能耗制動運行O-CO-C 采用能耗制動時，工作點從采用能耗制動時，工作點從ABO,BOABO,BO是是能耗制動過程，到了能耗制動過程，到了O O點后，如不采取其他制動點后，如不采取其他制動措施，則系統(tǒng)會在負載轉(zhuǎn)矩的作用下反轉(zhuǎn)，工作措施，則系統(tǒng)會在負載轉(zhuǎn)矩的作用下反轉(zhuǎn)，工作點沿著能耗制動曲線到達點沿著能耗制動曲線到達C C后才穩(wěn)定運行。在后才穩(wěn)定運行。在C C點，點，電磁轉(zhuǎn)矩為負，與轉(zhuǎn)速方向相反是制動轉(zhuǎn)矩。在電磁轉(zhuǎn)矩為負，與轉(zhuǎn)速方向相反

5、是制動轉(zhuǎn)矩。在C C點的運行方式稱為點的運行方式稱為能耗制動運行能耗制動運行。如圖。如圖4.7.34.7.3所所示。示。圖圖4.7.3 4.7.3 能耗制動運行狀態(tài)能耗制動運行狀態(tài)1.1.正轉(zhuǎn)反接正轉(zhuǎn)反接 接線圖接線圖圖圖4.7.4 4.7.4 正轉(zhuǎn)反接制動接線圖正轉(zhuǎn)反接制動接線圖二、反接制動二、反接制動 直流電動機的反接制動可分為正轉(zhuǎn)反接和直流電動機的反接制動可分為正轉(zhuǎn)反接和正接反轉(zhuǎn)兩種。正接反轉(zhuǎn)兩種。 制動分析制動分析LaaRREUIaTemICTnCEeem2TeLaeTCCRRCUn 可見，它為一條處于可見，它為一條處于、象限的直線，象限的直線，如圖如圖4.7.54.7.5所示。所示。

6、圖圖4.7.5 4.7.5 正轉(zhuǎn)反接制動時的機械特性正轉(zhuǎn)反接制動時的機械特性當(dāng)當(dāng)n=0n=0時，時， , ,0Tem則此時應(yīng)及時把電則此時應(yīng)及時把電源關(guān)斷，否則電動源關(guān)斷，否則電動機會反轉(zhuǎn)起來。機會反轉(zhuǎn)起來。 特點：特點：1） Tem02） P1 0，Pem0，P200，軸上輸出軸上輸出P P2 20n0，此時，此時nn0的情的情況，這時況，這時EU，電動機變?yōu)榘l(fā)電機運行。，電動機變?yōu)榘l(fā)電機運行。Ia=(U-E)/Ra為負值，為負值，Tem（0變?yōu)樽優(yōu)閚n0101) )2.2.機械特性機械特性 回饋制動實際上是將接在電網(wǎng)上的電機從回饋制動實際上是將接在電網(wǎng)上的電機從電動機工作狀態(tài)變成發(fā)電機工作

7、狀態(tài)，其機械電動機工作狀態(tài)變成發(fā)電機工作狀態(tài)，其機械特性方程為：特性方程為：em0KTnn 制動期間，制動期間，Temn0，電機在，電機在高于理想空載轉(zhuǎn)速下作發(fā)電機運行，由于電高于理想空載轉(zhuǎn)速下作發(fā)電機運行，由于電磁轉(zhuǎn)矩起制動作用，使電機轉(zhuǎn)速不致過高或磁轉(zhuǎn)矩起制動作用，使電機轉(zhuǎn)速不致過高或作減速運行。作減速運行。3.3.特點特點 Tem0； P10，Pem0，P2UEaU，電流流向，電流流向 電源，屬于反向回饋制動。電源，屬于反向回饋制動。 反向回饋制動常用于高速下放重物時限制電反向回饋制動常用于高速下放重物時限制電 機轉(zhuǎn)速。機轉(zhuǎn)速。圖圖4.7.9 4.7.9 反向回饋制動時的機械特性反向回饋

8、制動時的機械特性4.8 4.8 直流電機的換向直流電機的換向 就一個具體的電樞元件就一個具體的電樞元件( (線圈線圈) )來說，其來說，其電流總是不斷變化的?；蛘哒f電樞旋轉(zhuǎn)時，電流總是不斷變化的?；蛘哒f電樞旋轉(zhuǎn)時，每個具體的電樞元件總是不斷地從一個支路每個具體的電樞元件總是不斷地從一個支路轉(zhuǎn)進另外一個支路。元件中電流方向改變的轉(zhuǎn)進另外一個支路。元件中電流方向改變的過渡過程稱為過渡過程稱為換向過程換向過程。 換向是所有直流電機的共同問題，它對換向是所有直流電機的共同問題，它對電機的正常運行有重要影響。電機的正常運行有重要影響。一、換向過程分析一、換向過程分析 (a) 換向開始換向開始(b) 正在

9、換向正在換向(c) 換向結(jié)束換向結(jié)束圖圖4.8.1 4.8.1 換向元件的換向過程換向元件的換向過程 電刷是支路的分界線；我們研究跨接在換向片電刷是支路的分界線；我們研究跨接在換向片 1/21/2上的電樞元件。上的電樞元件。 換向剛開始時，元件仍屬于右邊支路，其電換向剛開始時，元件仍屬于右邊支路，其電 流為流為+i+ia a（右（右左）；左）； 處于換向中時，元件被電刷短路，電流大小處于換向中時，元件被電刷短路，電流大小 和方向處于變化的過程中；和方向處于變化的過程中； 換向結(jié)束時，元件進入左邊支路，其電流已換向結(jié)束時，元件進入左邊支路，其電流已 經(jīng)由變?yōu)榻?jīng)由變?yōu)?i-ia a（左（左右）。右

10、）。 一個元件換向過程所需的時間稱為換向周期一個元件換向過程所需的時間稱為換向周期T Th h， 即一個換向片通過電刷所用的時間。換向元即一個換向片通過電刷所用的時間。換向元 件的電流從件的電流從+i+ia a變到變到-i-ia a所用的時間即為一個換所用的時間即為一個換 向周期（向周期（T Th h=0.0005=0.0005 0.020.02秒）。秒）。圖圖4.8.2 4.8.2 換向周期換向周期 換向問題十分復(fù)雜，換向不良會在電刷與換換向問題十分復(fù)雜，換向不良會在電刷與換 向片之間產(chǎn)生火化。當(dāng)火花大到一定程度時向片之間產(chǎn)生火化。當(dāng)火花大到一定程度時 可能損壞換向器表面，從而使電機不能正常

11、可能損壞換向器表面，從而使電機不能正常 工作。工作。 產(chǎn)生火花的原因十分復(fù)雜，除電磁原因外，產(chǎn)生火花的原因十分復(fù)雜，除電磁原因外， 還有電化學(xué)、電熱等因素，至今尚無完整的還有電化學(xué)、電熱等因素，至今尚無完整的 理論。理論。 為了分析方便假定換向片的寬為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。度等于電刷的寬度。 直流電機的某一個元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一直流電機的某一個元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時條支路時, ,元件里的電流方向改變，即換向。元件里的電流方向改變，即換向。 電樞移到電刷與換向片電樞移到電刷與換向片2接觸時，接觸時，元件元件1被短路，電流被分流。如圖所示。被短路，

12、電流被分流。如圖所示。 電刷與換向片電刷與換向片1接觸時，元件接觸時，元件1 中的中的電流方向如圖所示，大小為電流方向如圖所示，大小為 。aii 電刷僅與換向片電刷僅與換向片2接觸時，元件接觸時，元件1 中中的電流方向如圖所示，大小為的電流方向如圖所示，大小為 。aii元件1av1 2iiai 2aiai2i1iaiiaii ai 2aiai2i1iaiiaiiai 2aiai2i1i二、換向的電磁理論二、換向的電磁理論1. 換向元件中的電動勢換向元件中的電動勢自感電動勢自感電動勢 和互感電動勢和互感電動勢 ：換向元件（線圈）在換向過程中：換向元件（線圈）在換向過程中電流改變而產(chǎn)生的。電流改變

13、而產(chǎn)生的。LeMe切割電動勢切割電動勢 ：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電樞反：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電樞反應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動勢。應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動勢。ae換向元件中的合成電動勢為：換向元件中的合成電動勢為：kaMLeeeee 根據(jù)楞次定律，自感電動勢、互感電動勢和切割電動勢總是阻根據(jù)楞次定律，自感電動勢、互感電動勢和切割電動勢總是阻礙換向的。礙換向的。換向電動勢換向電動勢 ：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場中感應(yīng)的：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場中感應(yīng)的電動勢。換向電動勢是幫助換向的。電動勢。換向電動勢是幫助換向的。ke2.

14、換向元件中的電流換向元件中的電流eiRRiRRRibkbk)()(11 設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是 和和 ，元件自，元件自身的電阻為身的電阻為 ，流過的電流為，流過的電流為 ，元件與換向片間的連線電阻為，元件與換向片間的連線電阻為 ，元件在換向時的回路方程：元件在換向時的回路方程：1bR2bRRikR 忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與換向忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與換向片的接觸總電阻為片的接觸總電阻為 ，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律為，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律為bRklkkkbkkaiit

15、TTtTReTtTii)(2 直線換向直線換向0e當(dāng)當(dāng) 時換向元件電流隨時間時換向元件電流隨時間線性變化。線性變化。0e當(dāng)當(dāng) 時換向元件電流隨時間不時換向元件電流隨時間不再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。 延遲換向延遲換向0e當(dāng)當(dāng) 時換向元件電流隨時間不時換向元件電流隨時間不再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。 超越換向超越換向ai直線換向aikTt0延遲換向超越換向圖圖4.8.3 4.8.3 換向電流變化規(guī)律換向電流變化規(guī)律三、影響換向的因素三、影響換向的因素 1.1.電磁因素：電磁因素：2.2.機械、化學(xué)、材料等原因。機械、化學(xué)、材

16、料等原因。 電抗電勢和切割電勢電抗電勢和切割電勢( (電樞反應(yīng)使得換向元件電樞反應(yīng)使得換向元件所在處的磁場不為所在處的磁場不為0 0，從而產(chǎn)生切割電勢。也是阻，從而產(chǎn)生切割電勢。也是阻礙元件電流變化的礙元件電流變化的 ) )阻礙換向阻礙換向. .(1) (1) 機械方面的原因機械方面的原因: : 換向器偏心換向器偏心/ /片間絕緣凸出片間絕緣凸出/ /某個換向片凸出某個換向片凸出/ /電刷與換向器表面接觸不好等等；電刷與換向器表面接觸不好等等； 四、改善換向的方法四、改善換向的方法 1.1.裝換向極裝換向極(2) (2) 化學(xué)方面：化學(xué)方面： 高空缺氧高空缺氧/ /缺水缺水/ /某些化工廠的電

17、機，都可能某些化工廠的電機，都可能破壞換向器表面的氧化亞銅薄膜而產(chǎn)生火花。破壞換向器表面的氧化亞銅薄膜而產(chǎn)生火花。 在換向元件處產(chǎn)生一個磁勢以抵消該處的在換向元件處產(chǎn)生一個磁勢以抵消該處的電樞反應(yīng)磁勢。產(chǎn)生一個磁密，換向元件切割電樞反應(yīng)磁勢。產(chǎn)生一個磁密，換向元件切割該磁密時產(chǎn)生一個能抵消電抗電勢的電勢。該磁密時產(chǎn)生一個能抵消電抗電勢的電勢。（換向極繞組一般與電樞繞組串聯(lián)）（換向極繞組一般與電樞繞組串聯(lián)） 圖圖4.8.4 4.8.4 裝置換向極改善換向裝置換向極改善換向 2.2.裝補償繞組裝補償繞組 裝補償繞組將產(chǎn)生抵消電樞反應(yīng)的磁勢，裝補償繞組將產(chǎn)生抵消電樞反應(yīng)的磁勢，與與電樞繞組串聯(lián)。電樞繞組串聯(lián)。 圖圖4.8.5 4.8.5 安裝補償繞組改善換向安裝補償繞組改善換向 圖圖4.8.6 4.8.6 安裝補償繞組示意圖安裝補償繞組示意圖 圖圖4.8.7 4.8.7 換向器上環(huán)火示意圖換向器上環(huán)火示意圖 3.3.移動電刷位置移動電刷位置 對于未裝換向極的小型串勵直流電機，把對于未裝換向極的小型串勵直流電機，把電刷從幾何中性線（與處于幾何中性線處的導(dǎo)電刷從幾何中性線（與處于幾何中性線處的導(dǎo)體接觸）移開一個適當(dāng)?shù)慕嵌?，使得換向元件體接觸）移開一個適當(dāng)?shù)慕嵌龋沟脫Q向元件產(chǎn)生的感應(yīng)電勢與自感電勢的方向相反，相互產(chǎn)生的感應(yīng)電勢與自感電勢的方向相反，相互抵銷。抵銷。 與設(shè)置換向極