電機原理及拖動（第4版）課件：他勵直流電動機的制動

《電機原理及拖動》

第4版2024/12/272

他勵直流電動機的制動一、制動的一般概念制動：使電力拖動系統(tǒng)從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速至轉(zhuǎn)速為零，或者限制位能負(fù)載的下行速度，使其在某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運行。2024/12/273直流電動機的制動斷開電源抱閘能耗制動反接制動回饋制動機械制動電氣制動自由停車電壓反接電勢反接正向回饋反向回饋2024/12/274直流電動機的兩種運行狀態(tài)要求電動機迅速停車，或者由高速運行很快進(jìn)入低速運行，需要電動機制動。（1）電動運行狀態(tài)：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電機旋轉(zhuǎn)方向相同，此時電網(wǎng)向電動機輸入電能，并轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能帶動負(fù)載。（2）制動運行狀態(tài)：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電機旋轉(zhuǎn)方向相反，此時電動機吸收機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?024/12/275M二、能耗制動（一）能耗制動過程+-IaEanTTL負(fù)載UNKKMRcRfUf

在電動狀態(tài)，電樞電流、電樞電動勢、轉(zhuǎn)速及驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩如圖所示。2024/12/276+-IaEanTTL負(fù)載UNKMKMRcRfUfM

由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電動勢方向不變。由此產(chǎn)生的電樞電流的方向與電動狀態(tài)時方向相反,對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩與原來方向相反,為制動性質(zhì),電機處于制動狀態(tài)。二、能耗制動（一）能耗制動過程2024/12/277能耗制動時的機械特性為一條過原點的直線電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段電動機拖動反抗性負(fù)載，電機停轉(zhuǎn)。若電動機帶位能性負(fù)載,穩(wěn)定工作點2024/12/278能耗制動的方法和原理電氣參數(shù)：＝N，U＝0，電樞回路總電阻R＝Ra＋Rc實際上是一臺他勵直流發(fā)電機。軸上的機械能轉(zhuǎn)化成電能，全部消耗于電樞回路的電阻上，所以稱為能耗制動。|P2||PM|＝|TΩ|＝|EaIa|Ia2(Ra+Rc)2024/12/279

改變制動電阻的大小可以改變能耗制動特性曲線的斜率,從而可以改變制動轉(zhuǎn)矩及下放負(fù)載的穩(wěn)定速度。越小,特性曲線的斜率越小,起始制動轉(zhuǎn)矩越大。選擇能耗制動的電阻2024/12/2710

制動電阻越小，制動電流越大。選擇制動電阻的原則是其中為制動瞬間的電樞電動勢。選擇能耗制動的電阻

能耗制動操作簡單,但隨著轉(zhuǎn)速下降,電動勢減小,制動電流和制動轉(zhuǎn)矩也隨著減小,制動效果變差。若為了盡快停轉(zhuǎn)電機,可在轉(zhuǎn)速下降到一定程度時,切除一部分制動電阻,增大制動轉(zhuǎn)矩。2024/12/2711二級能耗制動線路及機械特性M+-IaEaKMKMRc1Rc2RfUfDEF帶位能負(fù)載2024/12/2712能耗制動以前在第1象限（二）能耗制動的運行2024/12/2713（二）能耗制動的運行能耗制動過程在第2象限2024/12/2714（二）能耗制動的運行能耗制動運行在第4象限動畫2024/12/2715能耗制動的特點能耗制動的特點：（1）操作簡單，停車準(zhǔn)確（2）能耗制動產(chǎn)生的沖擊電流不會影響電網(wǎng)；（3）低速時制動轉(zhuǎn)矩小，制動慢；（4）動能大部分都消耗在制動電阻上。制動初始的最大電流：最小制動電阻：題3-36（1）2024/12/2716反接制動電勢反接（用于位能負(fù)載）電樞反接（用于反抗性負(fù)載）（轉(zhuǎn)速反向）（電壓反向）三、反接制動2024/12/2717（一）電壓反接制動＋－＋－M若T>TLM2024/12/2718（一）電壓反接制動BTn0ATL-TL-n0oTBC如果電樞回路電阻不夠大，電壓反接開始時的電流會超過電機允許值。2024/12/2719（一）電壓反接制動BTn0ATL-TL-n0oTBC為限制制動初始時刻的電流應(yīng)在電樞回路串制動電阻Rc2024/12/2720（一）電壓反接制動BTn0ATL-TL-n0oTBC工作點變化為：允許串入的最小電阻與電機允許最大電流有關(guān)。2024/12/2721制動過程中均為負(fù);而為正。表明電機從電源吸收電功率；表明電機從軸上吸收機械功率;表明軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌谢芈冯姽β省?/p>

可見,反接制動時,從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。（一）電壓反接制動2024/12/2722電壓反接制動過程的功率流程圖P2特點：(1)可以很快使機組停機。（2）需要加入足夠的電阻，限制電樞電流；（3）轉(zhuǎn)速至零時，需切斷電源。由于慣性而釋放動能流入電動機電動機吸收的電功率2024/12/2723電壓反接制動和能耗制動比較BTn0ATL-TL-n0oTBCD123電壓反接制動的制動轉(zhuǎn)矩始終大于能耗制動的制動轉(zhuǎn)矩。能耗制動能夠準(zhǔn)確停車。電壓反接制動在轉(zhuǎn)速為零是需切斷電源。2024/12/27241（二）電動勢反接制動（倒拉反轉(zhuǎn)反接制動）2.電樞回路串入較大電阻Rc后特性曲線1.正向電動狀態(tài)提升重物(A點)3.負(fù)載作用下電機反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)4.電機以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下放重物D點電動勢反接制動只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。2342024/12/2725（二）電動勢反接制動2024/12/2726（二）電動勢反接制動動畫2024/12/2727電動勢反接制動的特點電動勢反接制動只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。制動時的機械特性方程就是電動狀態(tài)時電樞串電阻時的人為特性方程。由于串入電阻足夠大，可以在第四象限與位能負(fù)載特性曲線相交，穩(wěn)定運行（制動運行工作狀態(tài)）。電勢反接制動時的能量關(guān)系和電壓反接制動時時的能量關(guān)系區(qū)別僅在于：機械功率的提供一個是由系統(tǒng)釋放動能提供；另一個是由系統(tǒng)位能的減少來提供。2024/12/2728電勢反接制動過程的功率流程圖P2由系統(tǒng)位能釋放流入電動機電動機吸收的電功率2024/12/2729

當(dāng)電機轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速時，電樞電動勢大于電樞端電壓，電機進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩起制動作用，限制轉(zhuǎn)速上升，機械能轉(zhuǎn)換為電能回饋到電網(wǎng)。四、回饋制動

回饋制動時由于有功功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動相比，回饋制動是比較經(jīng)濟的。

回饋制動運行可以發(fā)生在以下兩種情況下：

回饋制動時的機械特性方程與電動狀態(tài)時相同。2024/12/2730穩(wěn)定運行時兩種情況當(dāng)電車下坡時，運行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速,進(jìn)入第二象限電壓反接制動帶位能性負(fù)載進(jìn)入第四象限2024/12/2731

上坡時負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=Tm+TwnTLTn02024/12/2732TLTn0

下坡時負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=Tm－Tw2024/12/2733TLTn0

電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速上升超過n02024/12/2734TLTn0轉(zhuǎn)速超過n0，Ea>U，進(jìn)入回饋制動2024/12/2735四、回饋制動1、降壓調(diào)速時產(chǎn)生的回饋制動制動過程為段。2024/12/27362、增磁調(diào)速時產(chǎn)生的回饋制動四、回饋制動制動過程為段。2024/12/2737反向起動動畫

為了高速下放位能負(fù)載，反向起動電動機，T和TL方向一致，拖動轉(zhuǎn)速迅速升高，由反向電動狀態(tài)進(jìn)入第四象限。2024/12/2738反向回饋制動2024/12/2739反向回饋制動雖然T>0，但對于一個反轉(zhuǎn)的電動機來說，T是制動轉(zhuǎn)矩回饋制動的下放速度：能量關(guān)系：系統(tǒng)儲存的位能轉(zhuǎn)換成電能送回電網(wǎng)。PM＝EaIa<0P1＝UIa<0Ia2(Ra+Rc)P2＝TΩ<0p0電動機在反向回饋制動時：2024/12/2740回饋制動的特點

回饋制動過程中，因為有電功率UIa回饋電網(wǎng)。從電能消耗角度分析，相比其他制動方法，回饋制動是最經(jīng)濟的一種制動方式。

轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速是回饋制動運行狀態(tài)的重要特點。例題3-5解題圖2024/12/27411.能耗制動時應(yīng)串最小電阻T（Ia）n0.9TN－2TNRaRa＋RcnAA2024/12/27422.能耗制動帶位能負(fù)載T（Ia）n0.9TN－200RaRa＋RcnAA2024/12/27433.電壓反接制動停車時應(yīng)串最小電阻T（Ia）n0.9TN－2TNRaRa＋RcnAA-n0n02024/12/27444.電勢反接制動帶位能負(fù)載T（Ia）n0.9TN－1000RaRa＋RcnAA2024/12/27455.反向回饋制動停車時電機轉(zhuǎn)速T（Ia）n0.9TN－2TNRaRa＋RcnAA-n0n0n＝？2024/12/2746五、電動機四象限運行分析方法2024/12/2747五、電動機四象限運行分析方法1.電動機機械特