激光設備控制技術教材——第一章第八節(jié)講解

1、1第八節(jié)他勵直流電動機的制動欲使電力拖動系統(tǒng)停車， 對反抗性負載來說最簡單的方法是斷開電樞電源，這時電動機的電磁轉矩為零，在空載損耗阻轉矩的作用下， 系統(tǒng)轉速就會逐漸減小至零， 這叫做自由停 車法。停車過程中阻轉矩通常都很小，這種停車方法一般較慢，特別是空載自由停車，更需要較長的時間。許多生產(chǎn)機械希望能快速減速或停車， 或使位能負載能穩(wěn)定勻速下放， 這就 需要拖動系統(tǒng)產(chǎn)生一個與旋轉方向相反的轉矩，這個起著反抗運動作用的轉矩稱制動轉矩。產(chǎn)生制動轉矩的方法有兩種：一是利用機械摩擦獲得，稱為機械制動，例如常見的抱閘 裝置；二是在電動機的旋轉軸上施加一個與旋轉方向相反的電磁轉矩，稱為電磁制動。判斷電動

2、機是否處于電磁制動狀態(tài)的條件是：電磁轉矩T的方向和轉速n的方向是否相反。是，則為制動狀態(tài)；否則為電動狀態(tài)。與機械制動相比，電磁制動的制動轉矩大、操作方便、沒有機械磨損，容易實現(xiàn)自動控制，所以在電動機拖動系統(tǒng)中得到廣泛應用。本節(jié)主要介紹他勵直流電動機的能耗制動、反接制動和回饋制動。一、能耗制動能耗制動原理圖如圖 1-32所示。原來 KM接通，電動機工作于電動運行狀態(tài)；制動時 KM斷開，保持勵磁電流不變，將電樞兩端從電網(wǎng)斷開，并立即接到一個制動電阻Rz上。能耗制動對應的機械特性如圖1-33所示。這時從機械特性上看，電動機工作點從A點切換到B點，在B點因為U=0，所以Ia= -Ea/(Ra+Rz),

3、電樞電流為負值，由此產(chǎn)生的電磁轉矩T也隨之反向，由原來與 n同方向變?yōu)榕cn反方向，進入制動狀態(tài)，起到制動作用，使電動機 減速，工作點沿特性曲線下降，由B點移至0點。當n=0，T=0時，若是反抗性負載，則電動機停轉。在這過程中，電動機由生產(chǎn)機械的慣性作用拖動，輸入機械能而發(fā)電，發(fā)出的能量消耗在電阻Ra+Rz上，直到電動機停止轉動，故稱為能耗制動。為了避免過大的制動電流對系統(tǒng)帶來不利影響，應合理選擇Rz,通常限制最大制動電流不超過額定電流的 22.5倍。RaRz -Ea(2-2.5)InUn(2-2.5)In如果能耗制動時拖動的是位能性負載，電動機可能被拖向反轉，工作點從(1-18)0點移至C點才

4、能穩(wěn)定運行。能耗制動操作簡單，制動平穩(wěn)，但在低速時制動轉矩變小。若為了使電動機更快地停轉，可以在轉速降到較低時，再加上機械制動相配合。負報圖1-33能耗制動機械特性二、反接制動他勵直流電動機的電樞電壓U和電樞電動勢Ea中的任何一個量在外部條件作用下改變方向，即兩者由原來方向相反變?yōu)橐恢聲r，電動機即進入反接制動狀態(tài)。因此反接制動可用兩種方法實現(xiàn)，即電壓反接（一般用于反抗性負載）與電動勢反接（用于位能性負載）。1.電壓反接制動電壓反接制動原理圖如圖1-34所示，電動機原來工作于電動狀態(tài)下，為使電動機迅速停車，現(xiàn)維持勵磁電流不變，突然改變電樞兩端外加電壓U的極性，此時n、Ea的方向還沒有變化，電樞電

5、流la為負值，由其產(chǎn)生的電磁轉矩的方向也隨之改變，進入制動狀態(tài)。由于加在電樞回路的電壓為 -（U+Ea）-2U，因此，在電源反接的同時，必須串接較大的制動 電阻Rz, Rz的大小應使反接制動時電樞電流la< 2.5In。Rz負載圖1-35 反接制動時的機械特性 機械特性曲線見圖 1-35中的直線be。 從圖中可以看出，反接制動時電動機由原來的工作點。沿水平方向移到b點，并隨著轉速的下降，沿直線be下降。通常在e點處若不切除電源，電動機很可能反向啟動，加速到 d點。所以電壓反接制動停車時，一般情況下，當電動機轉速n接近于零時，必須立即切斷電源，否則電動機反轉。電壓反接制動效果強烈，電網(wǎng)供給

6、的能量和生產(chǎn)機械的動能都消耗在電阻Ra+Rz上。2.電動勢反接制動如圖1-36所示，電動機原先提升重物，工作于 a點，若在電樞回路中串接足夠大的電 阻，特性變得很軟，轉速下降，當n=0時（c點），電動機的T仍然小于Tl，在位能性負載倒拉作用下，電動機繼續(xù)減速進入反轉，最終穩(wěn)定地運行在d點。此時n<0，T方向不變，即進入制動狀態(tài)，工作點位于第四象限，Ea方向變?yōu)榕cU相同。電動勢反接制動的機械特性方程和電樞串電阻電動運行狀態(tài)時相同。電動勢反接制動時，電動機從電源及負載處吸收電功率和機械功率，全部消耗在電樞回路電阻Ra+Rz上。電動勢反接制動常用于起重機低速下放重物，電動機串入的電阻越大，最

7、后穩(wěn)定的轉速越高。三、回饋制動若電動機在電動狀態(tài)運行中，由于某種因素（如電動機車下坡）而使電動機的轉速高于理想空載轉速時，電動機便處于回饋制動狀態(tài)。n>n。是回饋制動的一個重要標志。因為當n>n。時，電樞電流la與原來n<n0時的方向相反，因磁通不變，所以電磁轉矩隨la反向而反向， 對電動機起制動作用。電動狀態(tài)時電樞電流由電網(wǎng)的正端流向電動機，而在回饋制動時， 電流由電樞流向電網(wǎng)的正端，這時電動機將機車下坡時的位能轉變?yōu)殡娔芑厮徒o電網(wǎng)，因而稱為回饋制動。如圖1-37所示。電樞電路若串入電阻，可使特性曲線的斜率增加。例1.7 一臺他勵直流電動機,=1000r/min , R=0.4 Q ,負載轉矩TL=49N.m，電樞電流不得超過 2倍額定電流（忽略空載轉矩 To）,試計算:電動機拖動反抗性負載，采用能耗制動停車，電樞回路應串入的制動電阻最小值是多 少？若采用電樞反接制動停車，電阻最小值是多少? 解：計算能耗制動電阻Ce“N 二220 -31 0.4= 0.208nN10004#電動狀態(tài)的穩(wěn)定轉速UnRa2200.4249 = 1010r/mi