《電機技術(shù)》3.3.3 直流電機的制動任務手冊

直流電機的調(diào)速【任務要求】知識點技能點了解直流電機的運行狀態(tài)掌握直流電機的常用制動方法直流電機運行狀態(tài)的分析直流電機常用制動方法的分析與應用重點難點直流電機的制動方法制動特性曲線的分析【任務清單】任務1：電動機運行狀態(tài)正向電動運行和反向電動運行是電動機最基本的運行狀態(tài)。電動機除了運行于T與n同方向的正向電動運行狀態(tài)之外，還經(jīng)常運行與T與n反方向的反向電動運行狀態(tài)。電機的兩種運行狀態(tài)特點如下。電動狀態(tài)特點：轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相同，為拖動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。輸入電能，輸出機械能，機械特性在直角坐標的一、三象限。制動狀態(tài)特點：轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反，為制動性阻轉(zhuǎn)矩。輸入機械能，輸出電能，機械特性在直角坐標的二、四象限。任務2：電動機的制動運行制動目的：它可以維持恒速運動（位能性恒轉(zhuǎn)矩負載）如起重類機械等速下放重物、列車等速下坡等。制動方法：自由停車法、機械制動法（即剎車）、電氣制動法電氣制動法：使電動機變發(fā)電機將系統(tǒng)的機械能或位能負載的位能轉(zhuǎn)換為電能，消耗在電樞電路的總電阻或回饋電網(wǎng)。電氣制動法包括：能耗制動、反接制動、回饋制動任務3：能耗制動能耗制動：將機械軸上的動能或勢能轉(zhuǎn)換而來的電能通過電樞回路的外串電阻發(fā)熱消耗的一種制動方式。制動運行時，電機靠生產(chǎn)機械的慣性力的拖動而發(fā)電，將生產(chǎn)機械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機停止轉(zhuǎn)動。U=0制動操作：切除電源，同時在電樞回路串入電阻RzU=0過程分析：開始制動時由于慣性n的方向不變Ea方向不變Ia反向（由Ea產(chǎn)生），而磁通方向不變T反向，使T與n方向相反制動制動特點：U=0，R=Ra+RZ能耗制動時的機械特性是一條經(jīng)過原點、位于第二、四象限的直線。1）電機拖動反抗性負載，制動瞬間電機的工作點由A點跳變到B點，電磁轉(zhuǎn)矩TM反向，與負載轉(zhuǎn)矩同方向，在他們的共同作用下電機沿BO曲線減速，直至到達O點停車。2）電機拖動位能性負載，到達O點停車時n=0，TM=0，但在位能性負載的作用下電動機將反轉(zhuǎn)并加速，工作點沿OC移動。此時n和TM的方向均與電動狀態(tài)相反，所以電磁轉(zhuǎn)矩TM仍為制動轉(zhuǎn)矩。隨著n的增大TM不斷增大，直至與負載轉(zhuǎn)矩TL大小相等，方向相反，電機獲得穩(wěn)定運行。能量關(guān)系：制動運行時，電機靠生產(chǎn)機械的慣性力的拖動而發(fā)電，將生產(chǎn)機械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機停止轉(zhuǎn)動。優(yōu)缺點：線路簡單、經(jīng)濟、安全；用于反抗性負載可實現(xiàn)準確停車；用于位能性負載，可下放重物；但在制動過程中，隨著轉(zhuǎn)速的下降，制動轉(zhuǎn)矩隨之減小，制動效果變差，為使電機更快停車，可在轉(zhuǎn)速降到一定程度時，切除一部分電阻，使制動轉(zhuǎn)矩增大，從而加強制動作用。任務4：倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動方法：他勵直流電動機拖動位能性負載，如起重機下放重物時，若在電樞回路串入大電阻，可得到一條斜率較大的人為特性曲線，致使電磁轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩。這樣電機將被制動減速，并被負載反拖進入第Ⅳ象限運行。倒拉反接的反接制動下放重物的速度隨串聯(lián)電阻RΩ的大小而異，制動電阻RΩ越大，機械特性越軟，下放重物速度越快。1）串聯(lián)電阻瞬間，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由A點跳變到B點，此時電磁轉(zhuǎn)矩TM小于負載轉(zhuǎn)矩TL，電動機開始B點減速到C點。2）到C點時n=0，電磁轉(zhuǎn)矩為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tst，因Tst仍小于負載轉(zhuǎn)矩TL，在重物的重力作用下電動機將反轉(zhuǎn)，即下放重物。3）因為勵磁電流不變，Ea隨著n的反向而改變方向，但電樞電流方向不變，即電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，電磁轉(zhuǎn)矩TM變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩，電機處于制動狀態(tài)，如CD段所示。4）隨著電動機反向速度的增加，Ea增大，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩TM也增大，達到D點時電磁轉(zhuǎn)矩TM和負載轉(zhuǎn)矩TL平衡，電動機以穩(wěn)定的速度下放重物。電動機串聯(lián)的電阻越大，最后穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速越高，下放重物的速度越快。5）機械特性方程：因串聯(lián)電阻較大，使得n為負值，特性曲線位于第四象限。任務5：電壓反接的反接制動方法：將正在運行的電機電樞繞組兩端反接到電源上，同時串入制動電阻RΩ,斷開K1和K2，接通K3和K4。機械特性方程：機械特性曲線：電壓反接的反接制動機械特性是一條過-n0的直線，在第二象限部分(BC段)。（n為正，T為負）1）電壓反接瞬間，電動機的工作點從A點跳變到B點，此時電磁轉(zhuǎn)矩TM與轉(zhuǎn)速反向，對電動機起制動作用，使電動機轉(zhuǎn)速降低，從B點沿制動特性下降到C點。2）對于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，在C點n=0時，若∣TM∣<∣TZ∣則電動機堵轉(zhuǎn)，若∣TM∣>∣TZ∣則電動機反向起動，沿特性曲線由C點到達D點（-TM>-TZ），電動機穩(wěn)定運行在反向電動狀態(tài)。3）對于位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，電動機反向轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，將沿特性曲線經(jīng)過-n0點，在反向發(fā)電回饋制動狀態(tài)下穩(wěn)定運行于E點。電樞反接制動曲線比能耗制動曲線陡得多，制動轉(zhuǎn)矩比較大，比能耗制動更強烈、更快。在頻繁正、反轉(zhuǎn)的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，常采用這種先反接制動停車，接著自動反向起動的運行方式，以達到迅速制動并反轉(zhuǎn)的目的。電阻RΩ的計算：一般要求最大制動電流也不超過2IN≥≥倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動，只應用于位能性負載，一般可在的條件下穩(wěn)速下降。電壓反接的反接制動，宜用于要求迅速停車和反轉(zhuǎn)，要求較強烈制動的場合，如反抗性負載，但采用電樞反接制動停車時，當制動到n=0時，應迅速切斷電源，否則有反向起動的可能性。任務6：回饋制動電動狀態(tài)下的電動機有時會出現(xiàn)n>n0的情況，此時Ea>U，Ia=[(U-Ea)/R]<0，Ia的方向與電動狀態(tài)相反，TM變?yōu)橹苿?。此時電機處于發(fā)電狀態(tài)—回饋制動狀態(tài)。當電動機拖動機車下坡出現(xiàn)回饋制動（正向回饋制動）時，其機械特性位于第二象限，如圖中noA段，A點是電動機的正向回饋制動穩(wěn)定運行點，表示機車以恒定的速度下坡。當電動機下放重物出現(xiàn)回饋制動（反向回饋制動）時，其機械特性曲線位于第四象限，如圖中-n0B段。B點是電動機的反向回饋制動穩(wěn)定運行點，表示重物勻速下放。除以上兩種回饋制動外，還有一種發(fā)生在電動狀態(tài)中的回饋制動過程，如降壓調(diào)速過程和增磁調(diào)速過程中都會出現(xiàn)回饋制動。1、降壓調(diào)速時的回饋制動A點是電動狀態(tài)運行的工作點，對應電壓U1，轉(zhuǎn)速為nA。當進行降壓（U1降為U2）調(diào)速時，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由A點平移到B點，此后工作點在降壓人為特性曲線上的Bn02段上的變化過程即為回饋制動過程，它起到加快電動機減速的作用，當轉(zhuǎn)速降低到n02時，制動過程結(jié)束。轉(zhuǎn)速從n02降低到nc的過程稱為電動狀態(tài)減速過程。2、增磁調(diào)速時的回饋制動A點是電動狀態(tài)運行的工作點，對應磁通Φ1，轉(zhuǎn)速為nA。當進行增磁（Φ1增加到Φ2）調(diào)速時，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由A點平移到B點，此后工作點在增磁人為特性曲線上的Bn02段上的變化過程即為回饋制動過程，它起到加快電動機減速的作用，當轉(zhuǎn)速降低到n02時，制動過程結(jié)束?；仞佒苿拥奶匦苑匠淌脚c電動狀態(tài)相同，只是運行在機械特性曲線上的不同區(qū)段而已。回饋制動一般用于位能性負載高速拖動電動機場合和降低電樞電壓調(diào)速場合，由于有功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動相比是比較經(jīng)濟的?！救蝿胀卣埂空堈J真思考并回答下列問題1、什么是電氣制動？電氣制動有什么特點？有哪幾種方法？2、能耗制動過程和能耗制動運行有何異同點？3、反接制動有哪幾種形式？各有什么特點？4、他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)：PN＝12kW，UN＝220V，IN＝64A，nN＝700r/min，Ra＝0.25Ω。試問：（1）額定工況下采用電壓反接制動，制動時電樞中串入RZ＝6的制動電阻，問最大制動電流及電磁轉(zhuǎn)矩為多少？（2）停機時電流及電磁轉(zhuǎn)矩為多少？如果負載為反抗性且停機時不切斷電源，系統(tǒng)是否會反向起動？為什么？5、他