他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電氣制動(dòng)

1、2.5 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)分機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩種，這里只討論電氣制動(dòng)。所謂電氣制動(dòng)，就是指使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)速方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩 ， 起到阻礙運(yùn)動(dòng)的作用。 電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)有兩方面的意義：一是使拖動(dòng)系統(tǒng)迅速減速停車(chē)，這時(shí)的制動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)從某一轉(zhuǎn)速迅速減速到零的過(guò)程（包括只降低一段轉(zhuǎn)速的過(guò)程）在制動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 起著制動(dòng)的作用，從而縮短停車(chē)時(shí)間，以提高生產(chǎn)率；二是限制位能性負(fù)載的下降速度。這時(shí)的制動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)處于某一穩(wěn)定的制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 起到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的作用。 emTemTemTemT他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)（續(xù)1） 例如起重機(jī)下放重物時(shí)，

2、若不采取措施，由于重力作用，重物下降速度將越來(lái)越快，直到超過(guò)允許的安全下放速度。為防止這種情況發(fā)生，就可以采用電氣機(jī)制動(dòng)的方法，使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與重物產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而使下放速度穩(wěn)定在某一安全下放速度上。 上述兩種情況中，前者屬于過(guò)渡過(guò)程，故稱為“制動(dòng)過(guò)程”，后者屬于穩(wěn)定運(yùn)行，則稱為“制動(dòng)運(yùn)行”。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)方法有：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)等，下面分別討論。 2.5.1 能耗制動(dòng) 如圖2.20所示，為能耗制動(dòng)原理圖。制動(dòng)前接觸器KM的常開(kāi)觸頭閉合，常閉觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)有勵(lì)磁將處于正向電動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，即電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 的方向相同（均為順時(shí)針?lè)较颍?，Tem 為

3、拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。在電動(dòng)運(yùn)行中保持勵(lì)磁，斷開(kāi)常開(kāi)觸頭KM使電樞電源斷開(kāi)，閉合常閉觸頭KM用電阻 將電樞回路閉合，則進(jìn)入能耗制動(dòng)。 emTnHR 圖2.20 能耗制動(dòng)原理圖 能耗制動(dòng)（續(xù)1） 2制動(dòng)原理制動(dòng)原理 能耗制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁不變，電樞電源電壓U=0 ,由于機(jī)械慣性，制動(dòng)初始瞬間轉(zhuǎn)速n不能突變，仍保持原來(lái)的方向和大小，電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 也保持原來(lái)的大小和方向，而電樞電流 為 （2-14） 從式（2-14）可見(jiàn)，電流 變?yōu)樨?fù)，說(shuō)明其方向與原來(lái)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)相反，因此電磁轉(zhuǎn)矩 也變負(fù)，表明此時(shí)的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反， 起制動(dòng)作用，稱為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。aEaIHaaNaRREUIHaaRREaIemTemT能

4、耗制動(dòng)（續(xù)2）由于 ，拖動(dòng)系統(tǒng)減速。在減速過(guò)程中，UN逐漸減小，, 隨之變小，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 仍小于0；拖動(dòng)系統(tǒng)繼續(xù)減速，直至n=0，此時(shí) 都 為0。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，系統(tǒng)就在 =0時(shí)停車(chē)。從能耗制動(dòng)開(kāi)始到拖動(dòng)系統(tǒng)迅速減速及停車(chē)的過(guò)渡過(guò)程就叫做“能耗制動(dòng)過(guò)程”。 在能耗制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)靠慣性旋轉(zhuǎn)，電樞通過(guò)切割磁場(chǎng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，再消耗在電樞回路電阻 上，因而稱能耗制動(dòng)。 0LemTTemaTI，LemTT LemTT emaNTIU,，)(HaRR 能耗制動(dòng)（續(xù)3）3能耗制動(dòng)的機(jī)械特性能耗制動(dòng)的機(jī)械特性 能耗制動(dòng)的機(jī)械特性方程為 （2-15） 式中 為能耗制動(dòng)機(jī)械特性的斜率，

5、與電樞回路串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性的斜率相同。從式（2-15）可知，當(dāng) 時(shí)，n=0 ，說(shuō)明能耗制動(dòng)的機(jī)械特性是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)并與電樞回路串接電阻 的人為機(jī)械特性平行的直線，如圖2.21所示。 emHemNHaTTRRn2TeCC2TeCCNHaHRR0emTHR圖2.21 能耗制動(dòng)機(jī)械特性 能耗制動(dòng)（續(xù)4） 從圖2.21可以看出，能耗制動(dòng)開(kāi)始，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從A瞬間過(guò)渡到B點(diǎn)，然后沿機(jī)械特性2轉(zhuǎn)速逐漸下降。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)n= 0時(shí)， =0，拖動(dòng)系統(tǒng)停車(chē)，從B點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)；如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)n=0時(shí)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 ，系統(tǒng)在負(fù)載帶動(dòng)下將開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)

6、繼續(xù)沿機(jī)械特性2運(yùn)行直到C點(diǎn)（ ）穩(wěn)定運(yùn)行，在C點(diǎn)上滿足穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件，因此C點(diǎn)是穩(wěn)定工作點(diǎn)。在C點(diǎn)上n為負(fù)、 為負(fù)、 為正、 為正，所以 是制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)在C點(diǎn)上的穩(wěn)定運(yùn)行就叫做“能耗制動(dòng)運(yùn)行”。 emT0LemTT0LemTTaEaIemTemT能耗制動(dòng)（續(xù)4） 在能耗制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)靠位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，電樞通過(guò)切割磁場(chǎng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能并消耗在電樞回路電阻（ ）上，其功率轉(zhuǎn)換關(guān)系和能耗制動(dòng)停車(chē)過(guò)程相同，不同的是能量轉(zhuǎn)換功率 大小在能耗制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)是固定的，而在能耗制動(dòng)停車(chē)過(guò)程中是變化的。 HaRR aaIE2.5.2 2.5.2 反接制動(dòng)反接制動(dòng) 反接制動(dòng)

7、分為電樞電壓反向反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)。 1電樞電壓反向反接制動(dòng) （1）實(shí)現(xiàn)方法 如圖2.22所示，制動(dòng)前，接觸器的常開(kāi)觸頭KM1閉合，另一個(gè)接觸器的常開(kāi)觸頭KM2斷開(kāi)，假設(shè)此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于正向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn) 矩 與轉(zhuǎn)速n的方向相同，即電動(dòng)機(jī)的 均為正值。 在電動(dòng)運(yùn)行中，斷開(kāi)KM1，閉合KM2使電樞電壓反向并串入電阻 ，則進(jìn)入制動(dòng)。 emTnTEIUemaaN,圖2.22 電樞反向反接制動(dòng)原理圖 FR電樞電壓反向反接制動(dòng)電樞電壓反向反接制動(dòng) ( (續(xù)續(xù)1 1）（2）制動(dòng)原理 從式（2-16）可知，電樞電 流 變負(fù)，電磁轉(zhuǎn)矩 也隨之變負(fù)，說(shuō)明反接制動(dòng)時(shí) 與n的方向相反， 為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。 由于

8、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 ，拖動(dòng)系統(tǒng)減速，在減速過(guò)程中， 逐漸減小， , 也隨之變小，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩仍小于0，系統(tǒng)繼續(xù)減速，直至n=0 ，應(yīng)立即將接觸器觸頭KM1, KM2都斷開(kāi)，使電動(dòng)機(jī)脫開(kāi)電源，系統(tǒng)制動(dòng)停車(chē)過(guò)程結(jié)束。 在反接制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)電樞電壓反接，電樞電流反向，電源輸入功率 ；而電磁功率 ，表明機(jī)械功率被轉(zhuǎn)換成電功率，從電源輸入的功率和機(jī)械轉(zhuǎn)換的電功率都消耗在電樞回路電阻（ ）上。 反接制動(dòng)時(shí)，加到電樞兩端的電源電壓為反向電壓 ，同時(shí)接入反接制動(dòng)電阻RF。反接制動(dòng)初始瞬間，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，仍保持原來(lái)的方向和大小，電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也保持原來(lái)的大小和方向，而電樞電流變?yōu)?NUFaaNFaaNaRR

9、EURREUI（2-16） aIemTemTemT0LemTTaEaIemT01aNIUP0aaemIEPFaRR 電樞電壓反向反接制動(dòng)電樞電壓反向反接制動(dòng) （續(xù)（續(xù)2 2）（3）電樞電壓反向反接制動(dòng)的機(jī)械特性 電樞電壓反向反接制動(dòng)的機(jī)械特性方程式為 （2-17）式中機(jī)械特性斜率 由式（2-17）可知，電樞電壓反向反接制動(dòng)機(jī)械特性是一條過(guò)（-n0）點(diǎn)并與電樞回路串入電阻RF的人為機(jī)械特性相平行的直線，如圖2.23所示。 emNFaNNTRRUn2TeeCCCemFTn02TeCCNFaFRR圖2.23 電樞電壓反向反接制動(dòng)機(jī)械特性 電樞電壓反向反接制動(dòng) （續(xù)3） 從圖2.23可以看出，反接制動(dòng)

10、開(kāi)始，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從A瞬間過(guò)渡到B點(diǎn)，然后沿機(jī)械特性曲線2轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)?shù)紺點(diǎn)即n=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即斷開(kāi)電源，拖動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)停車(chē)過(guò)程結(jié)束。從B點(diǎn)到C點(diǎn)，就是反接制動(dòng)過(guò)程。 如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)反接制動(dòng)過(guò)程到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，n=0 0，此時(shí)，若電動(dòng)機(jī)不立即斷開(kāi)電源，當(dāng) 時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)將處于停車(chē)狀態(tài)；當(dāng) 時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)將就會(huì)反向起動(dòng)，直到在D點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。 反接制動(dòng)適合于要求頻繁正、反轉(zhuǎn)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，先用反接制動(dòng)達(dá)到迅速停車(chē)，然后接著反向啟動(dòng)并進(jìn)入反向穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，反之亦然。若只要求準(zhǔn)確停車(chē)的系統(tǒng)，反接制動(dòng)不如能耗制動(dòng)方便。emTLemTTLemTT 2倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng) （1）實(shí)現(xiàn)方法 如圖2.

11、24（a）所示，電動(dòng)機(jī)提升重物時(shí)，將接觸器KM常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，串入較大電阻 ，使提升的電磁轉(zhuǎn)矩小于下降的位能轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)系統(tǒng)將進(jìn)入倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)。 FR圖2.24 倒拉反接制 倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)（續(xù)1）（2）制動(dòng)原理 進(jìn)入倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速 反向?yàn)樨?fù)值，使反電勢(shì) 也反向?yàn)樨?fù)值，電樞電流naEFaaNaRREUI)(FaaNRREU 電樞電流是正值，所以電磁轉(zhuǎn)矩也應(yīng)為正值（保持原方向），與轉(zhuǎn)速n方向相反，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在制動(dòng)狀態(tài)。此運(yùn)行狀態(tài)是由于位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)而形成的，所以稱為倒拉反接制動(dòng)。 在倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下， 、 為正，電源輸入功率 ，而電磁功率 ，表明從電源輸入的電功率

12、和機(jī)械轉(zhuǎn)換的電功率都消耗在電樞回路電阻（ + ）上，其功率關(guān)系與電樞電壓反向反接制動(dòng)時(shí)相似。 NUaI01aNIUP0aaemIEPaRFR倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)（續(xù)2）（3）倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)的機(jī)械特性 倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)的機(jī)械特性就是電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性，如圖2.24（b）所示，即emNFaNNTRRUn2TeeCCCemFTn0（2-19） 式中機(jī)械特性斜率 2TeCCNFaFRR 在由提升重物轉(zhuǎn)為下放重物時(shí)，將KM觸頭斷開(kāi)，電樞電路內(nèi)串接較大電阻 ，這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)從a點(diǎn)瞬間跳至對(duì)應(yīng)的人為機(jī)械特性b點(diǎn)上，由于 ，電動(dòng)機(jī)減速沿曲線下降至c點(diǎn)。在c點(diǎn)，n= 0 ，此時(shí)仍有 n0