他勵直流電動機的反接制動--電機與拖動課程設(shè)計

1、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　直流電動機以其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、體積較大、維護較難而使其應(yīng)用受到了影響。隨著交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，在不少應(yīng)用領(lǐng)域中已為交流電動機所取代。但是直流電動機又以起動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好、制動控制方便而著稱，因此，在工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域中仍占有一席之地。本課題將討論他勵電動機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及反接制動的原理及機械制動。<

2、/p><p>　　1 課程設(shè)計的目的及內(nèi)容</p><p>　　電機與拖動是電氣專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。它主要是研究電機與電力拖動的基本原理，以及它與科學(xué)實驗、生產(chǎn)實際之間的聯(lián)系。通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握常用交、直流電機、變壓器及控制電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握電力拖動系統(tǒng)的運行性能、分析計算，電動機選擇及實驗方法等。</p><p>　　電機與拖動課程設(shè)計是理論教學(xué)之后

3、的一個實踐環(huán)節(jié)，通過完成一定的工程設(shè)計任務(wù)，學(xué)會運用本課程所學(xué)的基本理論解決工程技術(shù)問題，為學(xué)習(xí)后續(xù)有關(guān)課程打好必要的基礎(chǔ)。</p><p>　　本設(shè)計主要研究他勵直流電動機的反接制動。</p><p>　　2 他勵直流電動的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-1 直流電動機結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2 他勵直流電動機的基本結(jié)構(gòu)<

4、/p><p><b>　　2.1定子</b></p><p>　　直流電機的定子由以下幾部分組成：</p><p>　　主磁極 換向磁極（簡稱換向極） 機座 端蓋</p><p><b>　　2.2轉(zhuǎn)子</b></p><p>　　電樞鐵心 電樞繞組 換向器 風(fēng)扇等</p

5、><p>　　3 他勵直流電動機的工作原理</p><p>　　3.1直流電動機的工作原理圖</p><p>　　圖3-1 直流電動機的工作原理圖</p><p>　　圖中N和S是一對固定不動的磁極，用以產(chǎn)生所需要的磁場。在N極S極之間有一個可以繞軸旋轉(zhuǎn)地繞組。直流電機的這一部分稱為電樞。如圖3-1所示將電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸

6、與機械負載相連，這是便有電流從電源的正極流出，經(jīng)電刷A流入電樞繞組，然后經(jīng)電刷B流回電源的負極。載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力f的作用 。</p><p>　　3．2他勵直流電動機的運行分析</p><p>　　圖3-2 它勵電動機</p><p>　　電樞電路中它勵電動機的電樞和勵磁繞組分別由兩個獨立的直流電源供電。它勵電動機的電路如圖三所示。在勵磁電壓的作

7、用下，勵磁繞組中通過勵磁電流，從而產(chǎn)生主磁極磁通。在電樞電壓的作用下，電樞繞組中通過電樞電流。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而拖動產(chǎn)生機械以某一轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時，切割磁感線產(chǎn)生電動勢。電動勢的方向與電樞電流的方向相反。</p><p>　　在勵磁電路中，勵磁電流 （3-2-1）</p><p>　　在電樞電

8、路中，根據(jù)基爾霍夫定律 （3-2-2）</p><p>　　由此求得電樞電流為 (3-2-3)</p><p>　　根據(jù)電樞轉(zhuǎn)矩公式，電樞電流還應(yīng)滿足下式 (3-2-4)</p><p>　　根據(jù)上式可得到轉(zhuǎn)速

9、用下式表示 (3-3-5)</p><p>　　轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系為 (3-3-6)他勵電動機在運行時，如果勵磁電路斷電，，主磁極只有很小的剩磁，由于機械慣性，勵磁電路斷開瞬間，轉(zhuǎn)速尚來不及變化，將立即劇減，立即劇增。仍有一定數(shù)值。電動機將發(fā)生兩種事故：</p><p>　?。?）當增加的比例小于減少的

10、比例時，斷電瞬間，將減小，，電動機不斷減速而至停轉(zhuǎn)，即“悶車”或“堵轉(zhuǎn)”。這是過大，換向器和點數(shù)繞組都有被燒壞的危險。這種情況一般在重載或滿載時容易發(fā)生。</p><p>　?。?）當增加的比例大于減少的比例時，斷電瞬間，將增大，，電動機不斷加速直至超過允許值，即“飛車”。這時不僅使換向器和電樞繞組又被燒壞的危險，而且還會使電動機在機械方面遭受嚴重損傷，甚至危及操作人員的安全。這種情況般在輕載和空載時容易發(fā)生。&

11、lt;/p><p>　　4 制動原理及機械特性</p><p>　　4.1電壓反向反接制動—迅速停機</p><p>　　當電動機在電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)下以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速n運行時候，如圖4-1所示，為了使工作機構(gòu)迅速停車，可在維持勵磁電流不變的情況下，突然改變電樞兩端外施電壓的極性，并同時串入電阻，如圖4-2所示。由于電樞反接這樣操作，制動作用會更加強烈，制動更快。電機反接制動時候

12、，電網(wǎng)供給的能量和生產(chǎn)機械的動能都消耗在電阻Ra+Rb上面。</p><p>　　圖4-1 制動前的電路圖</p><p>　　圖4-2 制動后的電路圖</p><p>　　同時也可以用機械特性來說明制動過程。電動狀態(tài)的機械特性如下圖4-3的特性1，n與T的關(guān)系為</p><p><b>　　( 4-1-1)</b>

13、</p><p><b>　　(4-1-2)</b></p><p><b>　　(4-1-3) </b></p><p><b>　　(4-1-4)</b></p><p>　　電壓反向反接制動時，n與T的關(guān)系為</p><p><b>　　

14、(4-1-5)</b></p><p>　　其機械特性如圖4-3中的特性2。設(shè)電動機拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，負載特性如圖4-3中的特性3。</p><p>　　圖4-3 反接制動迅速停機過程</p><p>　　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，制動瞬間，工作點平移到特性2上的b點，T反向，成為制動轉(zhuǎn)矩，制動過程開始。在T和的共同作用下，

15、轉(zhuǎn)速n迅速下降，工作點沿特性2由b移至c點，這是，應(yīng)立即斷開電源，使制動過程結(jié)束。否則電動機將反向起動，到d點去反向穩(wěn)定運行。</p><p>　　電壓反向反接制動的效果與制動電阻的大小有關(guān)，小，制動過程短，停機快，但制動過程中的但制動過程中的最大電樞電流，即工作于b點時的電樞電流不得超過。由圖4-3可知，只考慮絕對值時</p><p><b>　　(4-1-5)</b&g

16、t;</p><p>　　式中，Eb=Ea。由此求得電壓反接制動的制動電阻為</p><p><b>　　(4-1-6)</b></p><p>　　4.2迅速停機串聯(lián)電阻的計算</p><p>　　由于取值的不同，導(dǎo)致串入電阻的不同。一般的取值不得超過=(1.5‐2.0)IaN。取Iamax=1.5 IaN，設(shè),，,，

17、T0忽略不計。拖動TL=0.8TN的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，計算電樞電路中應(yīng)串入的制動電阻值不能小于多少？</p><p><b>　　解：由額定數(shù)據(jù)求得</b></p><p>　　4.3電動勢反向反接制動—下放重物</p><p>　　制動前的電路如圖4-4所示，制動后的電路如圖4-5所示。制動時，電樞電壓不反向，只在電樞電路中串聯(lián)一個適當?shù)闹苿?/p>

18、電阻。機械特性方程邊變?yōu)?lt;/p><p><b>　　(4-3-1)</b></p><p>　　圖4-4制動前的電路圖 </p><p>　　圖4-5 制動后的電路圖</p><p>　　若電動機拖動若電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，則如圖4-6所示。制動前，系統(tǒng)工作在固有特性1與負載特性3的交點a上。制動瞬間，工作點由

19、a平移到人為特性上的b點。由于，n下降，工作點沿特性2由b點向c點移動。當工作點到達c點時，，但，在重物的重力作用下，系統(tǒng)反向起動，工作點由c點下移到d點，，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運行。這是n反向，電動機處在制動運行狀態(tài)穩(wěn)定下放重物。</p><p>　　在這種情況下制動運行時，由于n反向，E也隨之反向，由圖可以看出，這時E與Ua的作用方向也變?yōu)橐恢?，但和T的方向不變，T與n方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩，與負載轉(zhuǎn)矩保持平衡，穩(wěn)定

20、下放重物。所以這種反接制動稱為電動勢反向的反接制動運行。</p><p>　　電動勢反接制動的效果與制動電阻的大小有關(guān)。小，特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物滿。由圖五知，在d點運行時，為簡化分析，只取各量的絕對值，而不考慮其正負，則</p><p><b>　　(4-3-2)</b></p><p>　　可見，若要以轉(zhuǎn)速n下放負載轉(zhuǎn)矩為的重物，

21、制動電阻應(yīng)為</p><p><b>　　(4-3-3)</b></p><p><b>　　忽略，則</b></p><p><b>　　(4-3-4)</b></p><p>　　圖4-6反接制動下放重物過程</p><p>　　4.4下放重物串聯(lián)電

22、阻的計算</p><p>　　由于下放速度n取值的不同，導(dǎo)致串入電阻的不同。取恒速下放重物，設(shè),，,，T0忽略不計。拖動的位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，計算電樞電路中應(yīng)串入多大的制動電阻？</p><p>　　解：根據(jù)上一計算的數(shù)據(jù)，求得</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　他勵電動機反接制動的特點是：

23、使與的作用方向變?yōu)橐恢?，共同產(chǎn)生電樞電流，于是由動能轉(zhuǎn)化而來電功率和電源輸入的電功率一起消耗在電樞電路中。</p><p>　　在電壓反向制動時，強迫電動機朝相反的方向轉(zhuǎn)動而促進電動機立即停轉(zhuǎn)。制動時，在保持勵磁電流條件(方向和值的大小)不的情況下，利用倒向開關(guān)將電樞兩端反接在電源上，此時電樞電流將變成負值，且電流相大，隨之產(chǎn)生很大的制動性電磁轉(zhuǎn)矩使電動機停轉(zhuǎn)。電動勢反向反接制動在保持勵磁電流條件(方向和值的大小

24、)不的情況下，在電路中串聯(lián)一個適當?shù)闹苿与娮?，使轉(zhuǎn)速迅速下降至零后再反轉(zhuǎn)，此時方向改變和同向，兩者共同提供電流，并以速度下放重物。這里的是制動時為限制電流太大而串人電樞回路的電阻。 反接制動的優(yōu)點是:很快能使電動機迅速停轉(zhuǎn)；缺點是:電樞電流可能過大。為此反接時須接人足夠的電阻，將電樞電流限制在一定允許值范圍內(nèi)；此外，當轉(zhuǎn)速下降時，必須及切斷電源，否則電動機將反轉(zhuǎn)。</p><p>　　注意事項：直流電動機反