電機拖動第3章3

第3章直流電動機的電力拖動3.1直流電動機的起動——重點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直流電動機的調速——重點3.2.1電樞串電阻調速3.2.2改變電樞電源電壓調速3.2.3弱磁調速3.2.4調速的性能指標第3章直流電動機的電力拖動3.3直流電動機的制動——重點、難點3.3.1能耗制動3.3.2反接制動3.3.3倒拉反轉制動3.3.4回饋制動3.4直流電動機的各種運行狀態(tài)3.4.1電動運行狀態(tài)3.4.2制動運行狀態(tài)3.3直流電動機的制動1．電動機制動方式自由停車：切斷電樞電源機械制動：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的電磁轉矩

T

與轉速

n

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

使系統(tǒng)迅速停車——制動過程電動機停車或減速電動機的電磁轉矩

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”限制位能性負載的下降速度——制動運行電動機處于某一穩(wěn)定的制動運行狀態(tài)電動機的電磁轉矩

T起著與負載轉矩相平衡作用拖動系統(tǒng)恒速運動，提高安全性屬于穩(wěn)定運行，故稱為“制動運行”制動不能簡單地理解為停車3．電氣制動方法（1）能耗制動準確停車或勻速下放重物（2）反接制動經(jīng)常正反轉（3）倒拉反轉制動重物低速下放（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矩負載，確保準確停車（1）能耗制動的原理（2）能耗制動的機械特性（3）能耗制動的能量轉換（4）能耗制動電阻RH的計算

2．能耗制動運行拖動位能性恒轉矩負載，使重物恒低速下放3．能耗制動的應用場合串入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）能耗制動的機械特性固有機械特性方程：

能耗制動U=0，并串入

RH能耗制動機械特性方程：

式中，

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

A

→B→Ea大小、方向不變，Ea

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

B

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

→B→0n>0→T<0T與n的實際方向相反T起制動作用T稱為制動性轉矩能耗制動過程——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）能耗制動的能量轉換輸入電功率P1電樞回路總損耗pCua電磁功率(電→機)PM電動機空載損耗p0輸出機械功率P2UIa=Ia2(Ra+RH)+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω0++P1=UIa

=0→電源不輸入電功率PM=EaIa

<0→把機械功率轉變?yōu)殡姽β蔖2=T2Ω<0→負載向電動機輸入機械功率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)電動運行能耗制動（4）能耗制動電阻RH的計算從機械功率轉變?yōu)殡姽β蔬@一點講能耗制動過程中電動機好像是一臺發(fā)電機但與一般的發(fā)電機又不相同：沒有原動機輸入機械功率 其機械能靠的是系統(tǒng)轉速從高到低 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矩

Tmax未知→停車快但Ia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電動勢（4）能耗制動電阻RH的計算能耗制動開始時的轉矩

Tmax已知2．能耗制動運行拖動位能性負載電動機的運行點從

A

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

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

C點n<0→Ea

<0→Ia

>0→T>0T與n的實際方向相反T起制動作用，仍為制動性轉矩電動機在第Ⅳ象限

C點上的穩(wěn)定運行，就稱為能耗制動運行TTL-TBRaRa+RH0nn0nAnCABC123Ra+RH能耗制動過程能耗制動運行3．能耗制動的應用場合多用于一般生產(chǎn)機械的制動停車對于反抗性恒轉矩負載確保準確停車——能耗制動過程對于位能性恒轉矩負載使重物恒低速下放——能耗制動運行3.3.2反接制動1．反接制動過程（1）反接制動的原理（2）反接制動的機械特性（3）反接制動的能量轉換（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他勵直流電動機反接制動原理圖（2）反接制動的機械特性U=-UN，并串入RF反接制動機械特性方程：式中，

為反接制動時機械特性曲線的斜率TTL-TBRaRa+RH0nn0nAAB123Ra+RH-n0Ra+RF4Ra+RF5（2）反接制動的機械特性如果拖動位能性恒轉矩負載U=-UN，并串入RFn、Ea不變，運行點從

A

→B然后沿著曲線5從

B→CC點

n=0，制動停車過程結束KM1、KM2斷開，切斷電動機電源TTL-TBRaRa+RH0nn0nAABC123Ra+RH-n0Ra+RF4Ra+RF5（2）反接制動的機械特性U=-UN，并串入RF電動機的運行點從

A

→B→C

n>0→T<0T與n的實際方向相反T起制動作用稱為制動性轉矩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）反接制動的能量轉換輸入電功率P1電樞回路總損耗pCua電磁功率(電→機)PM電動機空載損耗p0輸出機械功率P2UNIa=Ia2(Ra+RF)+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω+++P1=UNIa

>0→電源輸入電功率PM=EaIa

<0→把機械功率轉變?yōu)殡姽β蔖2=T2Ω<0→負載向電動機輸入機械功率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行反接制動和倒拉反轉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矩Tmax未知→停車快但Ia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電動勢（4）反接制動電阻RF的計算反接制動開始時的轉矩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矩負載運行點從

A

→B→CB→C

是反接制動過程在C點

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

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

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

RDUKM1RDEaIaUfIfФ＋＋－－他勵直流電動機倒拉反轉制動的原理圖C2．倒拉反轉制動時的機械特性拖動位能性負載，串入較大

RD機械特性方程為：式中，

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

Ia(RA+RD)>UNEa<0

→n<0，倒拉反轉制動從

C

→D，在第

Ⅳ

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

>0→電源輸入電功率PM=EaIa

<0→把機械功率轉變?yōu)殡姽β蔖2=T2Ω<0→負載向電動機輸入機械功率UN>0串入RDEa

<0Ia

>0T>0n<0消耗在(Ra+RD)

上3．倒拉反轉制動的能量轉換功率流程圖與反接制動過程相似但向電動機輸入功率的來源不同反接制動是負載釋放的動能倒拉反轉制動是位能性負載減少的位能由于電動機是靠位能性負載倒拉著反轉所以這種制動運行狀態(tài)稱為倒拉反轉制動運行狀態(tài)3.3.3倒拉反轉制動4．倒拉反轉制動電阻RD的計算5．倒拉反轉制動的應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）降低電樞電壓調速過程中的回饋制動（2）電車下坡時的回饋制動（3）弱磁調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）降低電樞電壓調速過程中的回饋制動①機械特性曲線②工作原理③能量轉換④應用場合（1）降低電樞電壓調速過程中的回饋制動①機械特性曲線②工作原理U1=Ea+IaRan>0

→Ea>0當n>n01，即Ea>U1

時→Ia<0→T

<0T與

n的實際方向相反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）降低電樞電壓調速過程中的回饋制動③能量轉換PM=EaIa<0

→機械功率轉換成電功率P1=U1Ia<0

→電動機向電源回饋電功率④應用場合加快減速過程B

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

<0→電動機向電源回饋電功率PM=EaIa

<0→把機械功率轉變?yōu)殡姽β蔖2=T2Ω<0→負載向電動機輸入機械功率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機械特性曲線UN=Ea+IaRa

n>0

↑→Ea>0↑n>n0→Ea>UN→Ia<0→T

<0T與n實際方向相反，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能量轉換PM=EaIa<0

→機械功率轉換成電功率P1=UNIa<0

→電動機向電源回饋電功率電動機→發(fā)電機④應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的實際方向相反，起制動作用，在第Ⅳ象限③能量轉換PM=EaIa<0→機械功率轉換成電功率P1=UNIa<0→電動機向電源回饋電功率④應用場合重物的高速下放回饋制動總結P1=UIa<0

→電動機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的額定功率PN=110kW，額定電壓UN=440V額定電流IN=276A，額定轉速nN=1500r/min電樞回路總電阻Ra=0.0807Ω電動機拖動反抗性負載轉矩運行于正向電動狀態(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矩為1.9TN，電樞回路應串多大電阻？（2）采用反接制動停車，要求制動開始時最大電磁轉矩不變，電樞回路應串多大電阻？（3）采用反接制動若轉速接近于零時不及時切斷電源，問電動機最后的運行結果如何？例題3-6(P63)解：（1）采用能耗制動停車時電樞回路應串入的電阻

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

Ra=0.0422Ω電動機拖動位能性負載帶額定負載

TL=0.8TN

運行若要求電動機以轉速350r/min下放負載。求：（1）采用能耗制動時，電樞回路應串入多大電阻？該電阻上損耗的功率為多少？（2）采用倒拉反轉運行時，電樞回路應串入多大電阻？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行時，電樞回路不外串電阻，反向電樞電源電壓應調到多少伏？若反向電樞電源電壓調到額定電壓，下放速度變?yōu)槎嗌?？例題3-7(P64