直流電動機能耗制動課程設計

電機拖動課程實踐設計題目：直流電動機的制動設計班級：11級自動化一班姓名：學號：指導老師：時間：2012年6月25日

綜述能耗制動是一種制動形式。又分為直流電機的能耗制動和交流電機的能耗制動。他勵直流電機的能耗制動：電動機在電動狀態(tài)運行時若把外施電樞電壓U突然降為零，而將電樞串接一個附加電阻R，即將電樞兩端從電網(wǎng)斷開，并迅速接到一個適當?shù)碾娮枭?。電動機處于發(fā)電機運行狀態(tài)，將轉動部分的動能轉換成電能消耗在電阻上。隨著動能的消耗，轉速下降，制動轉矩也越來越小，因此這種制動方法在轉速還比較高時制動作用比較大，隨著轉速的下降，制動作用也隨著減小。能耗制動又分兩種，分別用于不同場合：迅速停機和下放重物。若電動機拖動的是反抗性恒轉矩負載，則通過迅速停機的方法進行能耗制動，若拖動位能性恒轉矩負載，則通過下放重物進行能耗制動。能耗制動是一種常見的制動方法，廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)中，有優(yōu)點同時也存在著缺點，在這份課程設計中，我們將會仔細分析能耗制動是怎么實現(xiàn)的，使得我們更好的了解和利用它，同時盡最大努力提出改進。1、他勵直流電動機的基本結構和工作原理直流電動機可分為兩部分：定子與轉子。其中定子包括：主磁極，機座，換向極，直流電動機可分為兩部分：電刷裝置等。轉子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風扇等。如下圖所示：圖2-1（1）定子定子就是發(fā)動機中固定不動的部分，它主要由主磁極、機座和電刷裝置組成。主磁極是由主磁極鐵芯（極心和極掌）和勵磁繞組組成，其作用是用來產(chǎn)生磁場。極心上放置勵磁繞組，極掌的作用是使電動機空氣隙中磁感應強度分配最為合理，并用來阻擋勵磁繞組。主磁極用硅鋼片疊成，固定在機座上。機座也是磁路的一部分，常用鑄鋼制成。電刷是引入電流的裝置，其位置固定不變。它與轉動的交換器作滑動連接，將外加的直流電流引入電樞繞組中，使其轉化為交流電流。直流電動機的磁場是一個恒定不變的磁場，是由勵志繞組中的直流電流形成的磁場方向和勵磁電流的關系確定。在微型直流電動機中，也有用永久磁鐵作磁極的。（2）轉子轉子是電動機的轉動部分，主要由電樞和換向器組成。電樞是電動機中產(chǎn)生感應電動勢的部分，主要包括電樞鐵芯和電樞饒組。電樞鐵芯成圓柱形，由硅鋼片疊成，表面沖有槽，槽中放電樞繞組。通有電流的電樞繞組在磁場中受到電磁力矩的作用，驅動轉子旋轉，起了能量轉換的樞紐作用，故稱 “電樞”。換向器又稱整流子，是直流電動機的一種特殊裝置。它是由楔形銅片疊成，片間用云母墊片絕緣。換向片嵌放在套筒上，用壓圈固定后成為換向器再壓裝，在轉軸上電樞繞組的導線按一定的規(guī)則焊接在換向片突出的叉口中。在換向器表面用彈簧壓著固定的電刷，使轉動的電樞繞組得以同外電路連接起來，并實現(xiàn)將外部直流電流轉化為電樞繞組內的交流電流。2、制動方法制動和制動過程直流電動機的制動方式有多種：能耗制動、反接制動和回饋制動。在此我們選擇的研究方向是能耗制動。直流電動機開始制動后，電動機的轉速從穩(wěn)態(tài)轉速到零或反向一個轉速值（下放重物的情況）的過程稱為制動過程。對于電動機來講，我們有時候希望它能迅速制動，停止下來，如在精密儀器的制動過程中，液晶顯示屏幕的切割等等，但有的時候我們卻希望電機能夠慢慢地停下來，利用慣性來工作。于是，直流電動機能耗制動又分為迅速停機和下放重物兩種方式。2.1能耗制動之迅速停機2.1.1迅速停機之機械特性如圖2-1-1所示，制動之前，轉速n不為零，甚至相對較大，電動機平穩(wěn)的運行。此時直

流電動機的反電動勢（E=Ce*①*n）存在甚至在某些場合很大，由于電樞電阻Ra較小，Ia=

（U-E）/Ra。當我們開始制動瞬間，電動機系統(tǒng)因為慣性繼續(xù)旋轉，n的方向不變，由于

磁場方向不變，故E的方向也不變。由于電源被瞬間切除，此時相對于之前正常運轉狀態(tài),

電流方向la改變，而磁場方向不變，使得T反向成為制動轉矩。此時電動的轉速就迅速下降

至零（在T和TL的共同作用下）。當n=0時，E=O;Ia=O;制動轉矩和負載轉矩都消失，電動n個機自動停機。 圖2-1-12.1.2迅速停機之狀態(tài)分析上述過程我們也可以用公式來說明，電動狀態(tài)時，如圖a2-1-2:圖2-1-1n與T關系如下：能耗制動時，如圖2-1-2：圖2-1-2Ua=O,電樞回路中又增加制動電阻Rb.n與T關系如下：n=-(Ra+Rb)*T/(CE*CT*3①)那么為什么要串入電阻Rb呢？如果沒有Rb,在制動的瞬間，E的大小不變(E=Ce*3n),一般情況E的值較大，那么此時的電流將會很大，很可能超出電樞回路電流的最大允許值Iamax，所以我們一般在迅速停機制動的同時，也串入一個電阻，并且這個電阻值有要求：Iab=E/(Ra+Rb)v=Iamax式中，Ea=Eb，是工作于b點和a點時的電動勢。由此求得:Rb>=Eb/Iamax-Ra2.2能耗制動之下放重物2.2.1下放重物之機械特性如圖2-2-1，如果電動機位能性很轉矩負載。制動前，系統(tǒng)工作在機械特性1與負載特性3的交點a上，電動機以一定的速度提升重物。在需要穩(wěn)定下放重物時，速度不會突變，則由a點移動b點，此時電動機處于能耗制動狀態(tài)，此時由b點移動到0點，這個過程與能耗制動的迅速停機過程情況一樣。但此時電動機不會停止不動而是，在負載轉矩的作用下，電動機反轉，即反向啟動，工作點開始在第四象限繼續(xù)下移，此時n反向，la又回到正向，那么T依舊提供向上拉力,TL不變，則當下降速度越來越大,E(正向)也越來越大(E=Ce*3n)，la也越來越大，T也越來越大(T=CT*①*Ia)，最終在c點處達到平衡。這是能耗制動下放重物的過程。能耗制動運行與能耗制動過程相比，由于n反向，引起E反向，使得la與最初的上升時方向相同，T也同樣。下圖是能耗制動過程中，n>0，TvO;在能耗制動運行時，n<0,T>0的情況。

2.2.2下放重物之狀態(tài)分析能耗制動的運行過程也可以用公式來說明。如圖2-2-2圖2-2-2n與T關系如下：n=-(Ra+Rb)*T/(CE*CT*3①)當平衡的時候，如圖2-2-3：圖2-2-3T=TL，則可以得出：n=(Ra+Rb)*TL/(CE*CT*O*O)同樣，能耗制動運行的效果與制動電阻Rb的大小有關，Rb小，特性2的斜率小，轉速小，下放重物慢(Rb在滿足要求內)。那么在c點時:Ra+Rb=Ec/Iac=CE*CT*①*3n/(TL-To)下放重物時，To和TL方向相反，與T方向相同，故T=TL-To?可見，若要以轉速下放負載轉矩為TL的重物時，制動電阻應為:Rb=Ce*CT*O*O*n/(TL-To)-Ra如果我們忽略了To，則：Rb=CE*CT*O*O*n/TL-Ra.3、參數(shù)設定和設計我們選定一臺他勵電動機，其中Pn=22kW，Uan=440V，Ian=65.3A，Nn=600r/min.Iamax=2Ian,To忽略不計。在拖動TL=0.8Tn的反抗性橫轉矩負載，采用能耗制動實現(xiàn)迅速停機，電樞電路中應串入的制動電阻為Rbl；在拖動TL=0.8Tn的位能性橫轉矩負載，采用能耗制動以n=300r/min恒速下放重物，電樞電路中應串入的制動電阻為Rb2。則他們應滿足下面表格。迅速停機:電機給定參數(shù)中間參數(shù)迅速停機PN(kW)UaN(V)IaN(A)nN(r/min)Iamax(A)Tl(N?m)Ra(Q)玖V)Ce①C①TI")Eb(v)Rb(Q)2222011515002301200.25191.30.12751.218298.51195.37三0.6表3-1下放重物:電機給定參數(shù)中間參數(shù)下放重物PN(kW)UaN(V)IaN(A)nN(r/min)Iamax(A)n(r/min)R(Qa)E(V)Ce①C①TTl(N?m)Rb(Q)2222011515002303000.25191.30.12751.21821200.138表3-2結論直流電動機的制動方式有多種，本課程設計的研究方向是能耗制動，根據(jù)制動要求和條件的不同能耗制動又分為迅速停機和下放重物，并以他勵直流電動機為例進行分析。首先，本設計先介紹了直流電動機的結構組成和工作原理，文字說明的同時也附加了圖像，使描述更具體容易理解。其次，是制動的詳細過程，包括迅速停機和下放重物，迅速停機和下放重物又同時用機械特性和狀態(tài)分析兩種角度進行描述和分析，并附有圖像說明和公式分析。最后，參考相關資料本設計給出了一組合理的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)以上公式計算出兩種情況下的制動時所需電阻Rb的大小要求，并以表格的形式給出。心得體會通過這次課程設計，我了解到了這不是一件容易的事情。我們要僅僅學習的是理論知識，要想真的做出點成績，一定要通過實踐才可以。從無知道人是，到深入了解，漸漸的喜歡了這個全新的專業(yè)，原來過程才是最美的。經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)，課程設計完成了，在沒有做設計之前，還簡單的以為是對這門課程的總結，但通過這次設計發(fā)現(xiàn)自己的看法是片面的。課程設計不僅是對所學知識的一種經(jīng)驗，而且是是對自己能力的提高。通過設計讓我明白這是一個長期的積累過程，今后的工作、學習、生活中應該不斷的學習，努力提高自己。設計過程中，查閱大量的有關資料，并與同學交流，學到了不少知識，收獲頗多。在設計中，培養(yǎng)了獨立自主的工作能力，是自己獨立思考的能力也有所提高，在設計中不僅學到了知識，也讓我感