電機(jī)拖動第3章3

第3章直流電動機(jī)的電力拖動3.1直流電動機(jī)的起動——重點(diǎn)3.1.1直接起動3.1.2電樞回路串電阻起動3.1.3降低電樞電壓起動3.2直流電動機(jī)的調(diào)速——重點(diǎn)3.2.1電樞串電阻調(diào)速3.2.2改變電樞電源電壓調(diào)速3.2.3弱磁調(diào)速3.2.4調(diào)速的性能指標(biāo)第3章直流電動機(jī)的電力拖動3.3直流電動機(jī)的制動——重點(diǎn)、難點(diǎn)3.3.1能耗制動3.3.2反接制動3.3.3倒拉反轉(zhuǎn)制動3.3.4回饋制動3.4直流電動機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)3.4.1電動運(yùn)行狀態(tài)3.4.2制動運(yùn)行狀態(tài)3.3直流電動機(jī)的制動1．電動機(jī)制動方式自由停車：切斷電樞電源機(jī)械制動：即剎車，如抱閘電氣制動本節(jié)要討論的是電氣制動所謂電氣制動是指電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

T

與轉(zhuǎn)速

n

的方向相反T起反抗運(yùn)動的作用例如，起重機(jī)下放重物nLTTL提升TTLnL下放2．需要制動的情況

使系統(tǒng)迅速停車——制動過程電動機(jī)停車或減速電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

T起著制動作用，縮短停車時間屬于過渡過程，故稱為“制動過程”限制位能性負(fù)載的下降速度——制動運(yùn)行電動機(jī)處于某一穩(wěn)定的制動運(yùn)行狀態(tài)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

T起著與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡作用拖動系統(tǒng)恒速運(yùn)動，提高安全性屬于穩(wěn)定運(yùn)行，故稱為“制動運(yùn)行”制動不能簡單地理解為停車3．電氣制動方法（1）能耗制動準(zhǔn)確停車或勻速下放重物（2）反接制動經(jīng)常正反轉(zhuǎn)（3）倒拉反轉(zhuǎn)制動重物低速下放（4）回饋制動電車高速下坡或重物高速下放3.3.1能耗制動1．能耗制動過程拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，確保準(zhǔn)確停車（1）能耗制動的原理（2）能耗制動的機(jī)械特性（3）能耗制動的能量轉(zhuǎn)換（4）能耗制動電阻RH的計算

2．能耗制動運(yùn)行拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，使重物恒低速下放3．能耗制動的應(yīng)用場合串入RH（1）能耗制動的原理＋－UKM1KM2RHEaIa（a）制動前UfIfΦ＋－UKM1KM2RHEaIa（b）制動后UfIfΦ＋＋－－U=0圖3.9能耗制動的原理圖（2）能耗制動的機(jī)械特性固有機(jī)械特性方程：

能耗制動U=0，并串入

RH能耗制動機(jī)械特性方程：

式中，

為能耗制動時機(jī)械特性曲線的斜率TRaRa+RH0nn0123Ra+RH（2）能耗制動的機(jī)械特性電動機(jī)拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載制動瞬間，U=0，并串入RH由于機(jī)械慣性，n不能突變即n大小、方向不變，n>0電動機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從

A

→B→Ea大小、方向不變，Ea

>0TTL-TL-TBRaRa+RH0nn0nAAB123Ra+RH（2）能耗制動的機(jī)械特性沿著曲線3從

B

→0直至原點(diǎn)上停車此時TTL-TL-TBRaRa+RH0nn0nAAB123Ra+RH電動機(jī)工作點(diǎn)制動瞬間工作點(diǎn)能耗制動過程停車（2）能耗制動的機(jī)械特性正轉(zhuǎn)停車工作點(diǎn)A

→B→0n>0→T<0T與n的實(shí)際方向相反T起制動作用T稱為制動性轉(zhuǎn)矩能耗制動過程——從能耗制動開始到系統(tǒng)迅速減速及停車的過渡過程能耗制動過程從B→0

在第Ⅱ象限TTL-TL-TBRaRa+RH0nn0nAAB123Ra+RH（3）能耗制動的能量轉(zhuǎn)換輸入電功率P1電樞回路總損耗pCua電磁功率(電→機(jī))PM電動機(jī)空載損耗p0輸出機(jī)械功率P2UIa=Ia2(Ra+RH)+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω0++P1=UIa

=0→電源不輸入電功率PM=EaIa

<0→把機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β蔖2=T2Ω<0→負(fù)載向電動機(jī)輸入機(jī)械功率U=0串入RHEa

>0Ia

<0T<0n>0消耗在(Ra+RH)

上功率流程圖P1=UIaPM=EaIa=TΩP2=T2ΩpCua=Ia2Rap0=pm＋pFe輸出機(jī)械功率電磁功率輸入電功率電樞回路總銅損耗空載損耗p0=pm＋pFepCua=Ia2(Ra＋RH)電動運(yùn)行能耗制動（4）能耗制動電阻RH的計算從機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β蔬@一點(diǎn)講能耗制動過程中電動機(jī)好像是一臺發(fā)電機(jī)但與一般的發(fā)電機(jī)又不相同：沒有原動機(jī)輸入機(jī)械功率 其機(jī)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 而是消耗在電樞回路電阻（Ra+RH）上能耗制動由此得名（4）能耗制動電阻RH的計算能耗制動開始時的轉(zhuǎn)矩

Tmax未知→停車快但I(xiàn)a過大，換向困難，因此有上限

Iamax式中，Ea——能耗制動開始瞬間的電樞感應(yīng)電動勢（4）能耗制動電阻RH的計算能耗制動開始時的轉(zhuǎn)矩

Tmax已知2．能耗制動運(yùn)行拖動位能性負(fù)載電動機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從

A

→B→0B→0是能耗制動過程與拖動反抗性負(fù)載完全一樣但在0點(diǎn)，若不用其它辦法停車開始反向旋轉(zhuǎn)電動機(jī)繼續(xù)沿曲線3從0→C此時

T=TL，C點(diǎn)是穩(wěn)定工作點(diǎn)TTL-TBRaRa+RH0nn0nAnCABC123Ra+RH2．能耗制動運(yùn)行在

C點(diǎn)n<0→Ea

<0→Ia

>0→T>0T與n的實(shí)際方向相反T起制動作用，仍為制動性轉(zhuǎn)矩電動機(jī)在第Ⅳ象限

C點(diǎn)上的穩(wěn)定運(yùn)行，就稱為能耗制動運(yùn)行TTL-TBRaRa+RH0nn0nAnCABC123Ra+RH能耗制動過程能耗制動運(yùn)行3．能耗制動的應(yīng)用場合多用于一般生產(chǎn)機(jī)械的制動停車對于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載確保準(zhǔn)確停車——能耗制動過程對于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載使重物恒低速下放——能耗制動運(yùn)行3.3.2反接制動1．反接制動過程（1）反接制動的原理（2）反接制動的機(jī)械特性（3）反接制動的能量轉(zhuǎn)換（4）反接制動電阻RF的計算2．反向起動過程3．反接制動的應(yīng)用場合（1）反接制動的原理制動前：KM1閉合，KM2斷開制動后：KM1斷開，KM2閉合→反接

UN，并串入

RFUNKM1KM2RFEa（a）制動前IaUfIfΦ＋＋－－UNKM1KM2RFEa（b）制動后IaUfIfΦ＋＋－－＋－圖3.9他勵直流電動機(jī)反接制動原理圖（2）反接制動的機(jī)械特性U=-UN，并串入RF反接制動機(jī)械特性方程：式中，

為反接制動時機(jī)械特性曲線的斜率TTL-TBRaRa+RH0nn0nAAB123Ra+RH-n0Ra+RF4Ra+RF5（2）反接制動的機(jī)械特性如果拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載U=-UN，并串入RFn、Ea不變，運(yùn)行點(diǎn)從

A

→B然后沿著曲線5從

B→CC點(diǎn)

n=0，制動停車過程結(jié)束KM1、KM2斷開，切斷電動機(jī)電源TTL-TBRaRa+RH0nn0nAABC123Ra+RH-n0Ra+RF4Ra+RF5（2）反接制動的機(jī)械特性U=-UN，并串入RF電動機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從

A

→B→C

n>0→T<0T與n的實(shí)際方向相反T起制動作用稱為制動性轉(zhuǎn)矩B→C

為反接制動過程在第Ⅱ象限TTL-TBRaRa+RH0nn0nAABC123Ra+RH-n0Ra+RF4Ra+RF5反接制動過程能耗制動過程（3）反接制動的能量轉(zhuǎn)換輸入電功率P1電樞回路總損耗pCua電磁功率(電→機(jī))PM電動機(jī)空載損耗p0輸出機(jī)械功率P2UNIa=Ia2(Ra+RF)+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω+++P1=UNIa

>0→電源輸入電功率PM=EaIa

<0→把機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β蔖2=T2Ω<0→負(fù)載向電動機(jī)輸入機(jī)械功率UN<0串入RFEa

>0Ia

<0T<0n>0消耗在(Ra+RF)

上功率流程圖P1=UIaPM=EaIa=TΩP2=T2ΩpCua=Ia2Rap0=pm＋pFe輸出機(jī)械功率電磁功率輸入電功率電樞回路總銅損耗空載損耗電動運(yùn)行反接制動和倒拉反轉(zhuǎn)p0=pm＋pFepCua=Ia2(Ra＋R)（4）反接制動電阻RF的計算反接制動開始時的轉(zhuǎn)矩Tmax未知→停車快但I(xiàn)a過大，換向困難，因此有上限Iamax式中，Ea——反接制動開始瞬間的電樞感應(yīng)電動勢（4）反接制動電阻RF的計算反接制動開始時的轉(zhuǎn)矩Tmax已知反向起動過程反接制動過程2．反向起動過程拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行點(diǎn)從

A

→B→CB→C

是反接制動過程在C點(diǎn)

n=0若停車應(yīng)立即切斷電動機(jī)電源否則在第Ⅲ象限，電動機(jī)反向起動繼續(xù)沿著曲線5從C

→DT=TL，D點(diǎn)是穩(wěn)定工作點(diǎn)TTL-TL-TBRaRa+RH0nn0nA-nDABC123Ra+RH-n0Ra+RF4DRa+RF53．反接制動的應(yīng)用場合頻繁正、反轉(zhuǎn)的電力拖動系統(tǒng)一般先用反接制動迅速停車接著進(jìn)行反向起動達(dá)到迅速制動并反轉(zhuǎn)的目的

但是，對于要求準(zhǔn)確停車的系統(tǒng)采用能耗制動更為方便3.3.3倒拉反轉(zhuǎn)制動1．倒拉反轉(zhuǎn)制動的原理2．倒拉反轉(zhuǎn)制動的機(jī)械特性3．倒拉反轉(zhuǎn)制動的能量轉(zhuǎn)換4．倒拉反轉(zhuǎn)制動電阻RD的計算5．倒拉反轉(zhuǎn)制動的應(yīng)用場合1．倒拉反轉(zhuǎn)制動的原理串入較大的電阻

RDUKM1RDEaIaUfIfФ＋＋－－他勵直流電動機(jī)倒拉反轉(zhuǎn)制動的原理圖C2．倒拉反轉(zhuǎn)制動時的機(jī)械特性拖動位能性負(fù)載，串入較大

RD機(jī)械特性方程為：式中，

為倒拉反轉(zhuǎn)制動時機(jī)械特性曲線的斜率由于RD較大，機(jī)械特性很軟RD越大，反向轉(zhuǎn)速越高TTLRaRa+RD0nn0A123Ra+RD1RD1>RDnDDnD1nAD1倒拉反轉(zhuǎn)制動電動狀態(tài)2．倒拉反轉(zhuǎn)制動時的機(jī)械特性拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載UN=Ea+Ia(RA+RD)RD較大，若

Ia(RA+RD)>UNEa<0

→n<0，倒拉反轉(zhuǎn)制動從

C

→D，在第

Ⅳ

象限→Ia>0→T>0T與n的實(shí)際方向相反T起制動作用，稱為制動性轉(zhuǎn)矩TTL-TBRaRa+RD0nn0nAnDABC123Ra+RD1DnD1RD1>RDD1電動機(jī)工作點(diǎn)3．倒拉反轉(zhuǎn)制動的能量轉(zhuǎn)換輸入電功率P1電樞回路總損耗pCua電磁功率(電→機(jī))PM電動機(jī)空載損耗p0輸出機(jī)械功率P2UNIa=Ia2(Ra+RD)+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω+++P1=UNIa

>0→電源輸入電功率PM=EaIa

<0→把機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β蔖2=T2Ω<0→負(fù)載向電動機(jī)輸入機(jī)械功率UN>0串入RDEa

<0Ia

>0T>0n<0消耗在(Ra+RD)

上3．倒拉反轉(zhuǎn)制動的能量轉(zhuǎn)換功率流程圖與反接制動過程相似但向電動機(jī)輸入功率的來源不同反接制動是負(fù)載釋放的動能倒拉反轉(zhuǎn)制動是位能性負(fù)載減少的位能由于電動機(jī)是靠位能性負(fù)載倒拉著反轉(zhuǎn)所以這種制動運(yùn)行狀態(tài)稱為倒拉反轉(zhuǎn)制動運(yùn)行狀態(tài)3.3.3倒拉反轉(zhuǎn)制動4．倒拉反轉(zhuǎn)制動電阻RD的計算5．倒拉反轉(zhuǎn)制動的應(yīng)用場合重物的低速下放<03.3.4回饋制動1．正向回饋制動（1）降低電樞電壓調(diào)速過程中的回饋制動（2）電車下坡時的回饋制動（3）弱磁調(diào)速過程中的回饋制動——不講2．反向回饋制動下放重物電樞電壓反接時的回饋制動1．正向回饋制動（1）降低電樞電壓調(diào)速過程中的回饋制動①機(jī)械特性曲線②工作原理③能量轉(zhuǎn)換④應(yīng)用場合（1）降低電樞電壓調(diào)速過程中的回饋制動①機(jī)械特性曲線②工作原理U1=Ea+IaRan>0

→Ea>0當(dāng)n>n01，即Ea>U1

時→Ia<0→T

<0T與

n的實(shí)際方向相反T起制動作用從B

→C，在第Ⅱ象限TTL-TBUN0nn0nAn01ABC12U1D正向電動正向回饋制動正向電動（1）降低電樞電壓調(diào)速過程中的回饋制動③能量轉(zhuǎn)換PM=EaIa<0

→機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率P1=U1Ia<0

→電動機(jī)向電源回饋電功率④應(yīng)用場合加快減速過程B

→C段運(yùn)行時的功率關(guān)系輸入電功率P1電樞回路總損耗pCua電磁功率(電→機(jī))PM電動機(jī)空載損耗p0輸出機(jī)械功率P2U1Ia=Ia2Ra+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω++P1=U1Ia

<0→電動機(jī)向電源回饋電功率PM=EaIa

<0→把機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β蔖2=T2Ω<0→負(fù)載向電動機(jī)輸入機(jī)械功率U1>0Ea

>0Ia

<0T<0n>0給直流電源功率流程圖P1=UIaPM=EaIa=TΩP2=T2ΩpCua=Ia2Rap0=pm＋pFe輸出機(jī)械功率電磁功率輸入電功率電樞回路總銅損耗空載損耗電動運(yùn)行回饋制動p0=pm＋pFepCua=Ia2Ra（2）電車下坡時的回饋制動

①工作原理②機(jī)械特性曲線UN=Ea+IaRa

n>0

↑→Ea>0↑n>n0→Ea>UN→Ia<0→T

<0T與n實(shí)際方向相反，起制動作用Ea++--TnTL1UNIaUN>EaEa++--TTL1UNIaTL2Ea>UNnTABTL1TL2+TL10nnAnBn0(a)電車平路行駛(b)電車下坡正向電動正向回饋制動（2）電車下坡時的回饋制動③能量轉(zhuǎn)換PM=EaIa<0

→機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率P1=UNIa<0

→電動機(jī)向電源回饋電功率電動機(jī)→發(fā)電機(jī)④應(yīng)用場合電車的勻速下坡行駛反向回饋制動反接制動2．反向回饋制動

①機(jī)械特性曲線nn0ABC0T1RaRa+RFTL2-Tmax-nDE-n0D正向電動反向電動下放重物電樞電壓反接時的回饋制動機(jī)械特性曲線圖3在第Ⅳ象限下放重物

電樞電壓反接時的回饋制動②工作原理T與

n的實(shí)際方向相反，起制動作用，在第Ⅳ象限③能量轉(zhuǎn)換PM=EaIa<0→機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率P1=UNIa<0→電動機(jī)向電源回饋電功率④應(yīng)用場合重物的高速下放回饋制動總結(jié)P1=UIa<0

→電動機(jī)向電源回饋電功率因此稱為回饋制動，或再生制動電功率不是給用電設(shè)備，而是給直流電源因此與能耗制動和反接制動相比，比較經(jīng)濟(jì)正向回饋制動n>0，T<0，在第Ⅱ象限反向回饋制動n<0，T>0，在第Ⅳ象限例題3-6(P63)例題3-6(P63)一臺他勵直流電動機(jī)的額定功率PN=110kW，額定電壓UN=440V額定電流IN=276A，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min電樞回路總電阻Ra=0.0807Ω電動機(jī)拖動反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩運(yùn)行于正向電動狀態(tài)時，TL=0.85TN求：（1）采用能耗制動停車，并且要求制動開始時最大電磁轉(zhuǎn)矩為1.9TN，電樞回路應(yīng)串多大電阻？（2）采用反接制動停車，要求制動開始時最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，電樞回路應(yīng)串多大電阻？（3）采用反接制動若轉(zhuǎn)速接近于零時不及時切斷電源，問電動機(jī)最后的運(yùn)行結(jié)果如何？例題3-6(P63)解：（1）采用能耗制動停車時電樞回路應(yīng)串入的電阻

正向電動運(yùn)行時例題3-6(P63)能耗制動時電樞回路應(yīng)串入的電阻（2）采用反接制動停車時電樞回路應(yīng)串入的電阻例題3-6(P63)（3）電動機(jī)最后的運(yùn)行結(jié)果反接制動，轉(zhuǎn)速為零時，n=0，Ea=0由于|T|>|TL|，電動機(jī)反向起動直到穩(wěn)定運(yùn)行在反向電動狀態(tài)例題3-6(P63)反接制動，反向電動運(yùn)行時最后電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在反向電動狀態(tài)其轉(zhuǎn)速為197r/min例題3-7(P64)例題3-7(P64)一臺他勵直流電動機(jī)的額定功率PN=40kW，額定電壓UN=220V額定電流IN=207.5A，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min電樞回路總電阻

Ra=0.0422Ω電動機(jī)拖動位能性負(fù)載帶額定負(fù)載

TL=0.8TN

運(yùn)行若要求電動機(jī)以轉(zhuǎn)速350r/min下放負(fù)載。求：（1）采用能耗制動時，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？該電阻上損耗的功率為多少？（2）采用倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行時，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？該電阻上損耗的功率為多少？（3）采用改變電樞電源電壓的反向回饋制動運(yùn)行時，電樞回路不外串電阻，反向電樞電源電壓應(yīng)調(diào)到多少伏？若反向電樞電源電壓調(diào)到額定電壓，下放速度變?yōu)槎嗌伲坷}3-7(P64