6.4  他励直流电动机的制动 max.book118.com  电动状态和制动状态        直流电动机的运行状态主要分为电动状态和制动状态两大类。 电动状态是电动机运行时的基本工作状态。电动状态运行时，电动机的电磁转矩Te与转速n方向相同，此时Te为拖动转矩，电机从电源吸收电功率，向负载传递机械功率。电动机电动状态运行时的机械特性如图6-14所示。  第6章 直流电动机的电力拖动        电动机在制动状态运行时，其电磁转矩Te与转速n方向相反，此时Te为制动性阻转矩，电动机吸收机械能并转化为电能，该电能或消耗在电阻上，或回馈电网。电动机的机械特性处在第二、四象限。         制动的目的是使拖动系统停车，或使拖动系统减速。对于位能性负载的工作机构，用制动可获得稳定的下放速度。制动的方法有几种。最简单的就是自由停车，即切除电源，靠系统摩擦阻转矩使之停车，但时间较长。要使系统实现快速停车，可以使用电磁制动器，即将制动电磁铁的线圈接通，通过机械抱闸制动电机；还可以使用电气制动的方法，即由电动机提供一个制动性阻转矩Te， 以增加减速度；也可以将电磁抱闸制动与电气制动同时使用，加强制动效果。这里主要介绍电气制动的方法，常用的电气制动方法有能耗制动、反接制动、回馈制动三种。  第6章 直流电动机的电力拖动 max.book118.com  能耗制动         1. 能耗制动的机械特性         能耗制动的机械特性与电动机所带负载的特性有关，对于反抗性负载，其机械特性曲线在第二象限，没有稳定运行点，称为能耗制动过程；对于位能性负载，其机械特性曲线在第四象限，有稳定运行点，故称为能耗制动运行状态。  第6章 直流电动机的电力拖动          (1) 能耗制动的机械特性方程    将U = 0、Φ = ΦN，R = Ra+Reb代入他励直流电动机机械特性方程式，可得能耗制动时的机械特性         可见，能耗制动时的机械特性是一条经过原点、位于第二、四象限的直线，如图6-15b中的特性2所示。 （6-30） （6-31） 第6章 直流电动机的电力拖动         (2) 能耗制动的功率关系  他励直流电动机能耗制动过程中的功率传递方向为：因电源已被断开，不向电动机提供能量，输入电功率P1 =0；此时，电磁转矩与转速方向相反，机械功率P2为负，说明电动机轴上非但没有输出机械功率给负载，反而是负载向电动机输入了机械功率，扣除空载损耗P0，其余的转变为电磁功率Pem；电磁功率Pem因而也变为负值，说明功率传递方向与电动状态时相反，即在电动机内，电磁作用把机械功率转变为电功率；最终，该电功率在电枢回路总电阻上被转化为热能消耗掉。         从电磁功率把机械功率转化为电功率这一点来说，能耗制动过程中的电动机似发电机，但与一般的发电机不同，表现在：         1) 没有原动机输入机械功率，其机械能是系统从高速向低速制动时所释放出来的动能；         2) 没有电功率输出，而是转化为电枢回路总电阻（Ra+Reb）上的热能消耗掉了，因此称这种制动方式为能耗制动。 第6章 直流电动机的电力拖动         (3) 能耗制动电阻的计算   能耗制动过程中，起始制动转矩的大小与外接制动电阻Reb的大小有关。外接制动电阻越大，制动转矩越小，制动过程越缓慢，但电机不易过热；     反之外接电阻越小，则制动转矩越大，制动过程越快。 但制动电阻的最小值受到电动机过载能力的限制，因此在能耗制动过程中， 应将制动瞬间的电流 （即最大制动电流Imax） 限制在允许的范围内， 即应按下式选择电阻 （6-32） （6-33） 当制动初始转速大于nN时，可用下列近似公式计算Reb ，即  第6章 直流电动机的电力拖动          2. 能耗制动过程         若他励直流电动机拖动反抗性恒转矩负载TL ，设其原工作于正向电动运行状态（图6-15b中的A点），此时电动机以转速nA稳定运行，且有 现切除电源UN，同时串入能耗制动电阻Reb，能耗制动开始。在切换瞬间，由于转速n不能突变，使电动机的工作点从A→B，这时，由于UN = 0，电枢回路在反电动势作用下产生的电枢电流改变方向，电动机的电磁转矩随之改变方向，即TB与TL同方向，其大小为 第6章 直流电动机的电力拖动         这样，在TeB与TL的共同作用下，系统沿特性BO减速。随着转速下降， 反电势不断减小，  电枢电流和电磁转矩相应减小，直到O点，电动机停止转动，能耗制动结束。这一过程处在第二象限， 且没有稳定运行点， 仅是一个制动过程， 故称能耗制动过程。  第6章 直流电动机的电力拖动         3. 能耗制动运行状态         若他励直流电动机拖动恒转矩位能性负载，原运行于电动状态的A点，以转速nA提升重物。现采用能耗制动，如图6-16所示，电动机的运行点从A→B→O，其中B→O是能耗制动过程（与拖动反抗性负载时完全一样）。在O点（Te =0，n=0）时，停止提升。此时如果不采用其他办法停车，则系统将在位能性负载转矩TL作用下开始反转（即下放重物），系统进入四象限。  第6章 直流电动机的电力拖动         4.  能耗制动的过渡过程         能耗制动的过渡过程与电动机所拖动的负载性质有关， 下面分别讨论。         (1) 拖动位能性恒转矩负载    他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载能耗制动的过渡过程如图6-17所示，  转速和转矩的变化是从起始点B到稳态点C的两条光滑的指数曲线（一条实线，一条虚线）。        (2) 拖动反抗性恒转矩负载     他励直流电动机拖动反抗性恒转矩负载进行能耗制动的过渡过程也如图6-17所示。  拖动反抗性恒转矩负载，    能耗制动过程就是一个制动停车的过程，   从B点开始，到O点为止（如图6-17中实线部分所示）。  第6章 直流电动机的电力拖动 第6章 直流电动机的电力拖动         5. 能耗制动的特点         能耗制动的线路简单、经济、安全；用于反抗性负载可实现准确停车；用于位能性负载，可下放重物。但在制动过程中，随着转速的下降，制动转矩随之减小，制动效果变差，为使电机更快停车，可在转速降到一定程度时，切除一部分电阻，使制动转矩增大，从而加强制动作用。  max.book118.com  反接制动         为了使生产机械快速停车或反向运行，可采用反接制动。有两种反接制动方式：电枢反接（一般用于反抗性负载）；转速反向（用于位能性负载）。         1. 电枢反接制动         电枢反接制动是把正向运行的他励直流电动机的电源电压突然反接，图6-18a所示为电枢电压反接的反接制动原理图。  第6章 直流电动机的电力拖动          电动机反接制动时的机械特性如图6-18b所示。  第6章 直流电动机的电力拖动         (1) 电枢反接制动的机械特性  反接制动过程中，Ф=ФN ，U = -UN ，R = Ra +Rrb ，其机械特性方程式为 （6-37）         当n = 0时，Te = TeC ；Te = 0时，n = -n0 ，所以反接制动机械特性是一条过-n0 ，斜率取决于（Ra+Rrb）大小的直线，如图4
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