电机拖动第3章3

第3章直流电动机的电力拖动3.1直流电动机的起动——重点3.1.1直接起动3.1.2电枢回路串电阻起动3.1.3降低电枢电压起动3.2直流电动机的调速——重点3.2.1电枢串电阻调速3.2.2改变电枢电源电压调速3.2.3弱磁调速3.2.4调速的性能指标第3章直流电动机的电力拖动3.3直流电动机的制动——重点、难点3.3.1能耗制动3.3.2反接制动3.3.3倒拉反转制动3.3.4回馈制动3.4直流电动机的各种运行状态3.4.1电动运行状态3.4.2制动运行状态3.3直流电动机的制动1．电动机制动方式自由停车：切断电枢电源机械制动：即刹车，如抱闸电气制动本节要讨论的是电气制动所谓电气制动是指电动机的电磁转矩

T

与转速

n

的方向相反T起反抗运动的作用例如，起重机下放重物nLTTL提升TTLnL下放2．需要制动的情况

使系统迅速停车——制动过程电动机停车或减速电动机的电磁转矩

T起着制动作用，缩短停车时间属于过渡过程，故称为“制动过程”限制位能性负载的下降速度——制动运行电动机处于某一稳定的制动运行状态电动机的电磁转矩

T起着与负载转矩相平衡作用拖动系统恒速运动，提高安全性属于稳定运行，故称为“制动运行”制动不能简单地理解为停车3．电气制动方法（1）能耗制动准确停车或匀速下放重物（2）反接制动经常正反转（3）倒拉反转制动重物低速下放（4）回馈制动电车高速下坡或重物高速下放3.3.1能耗制动1．能耗制动过程拖动反抗性恒转矩负载，确保准确停车（1）能耗制动的原理（2）能耗制动的机械特性（3）能耗制动的能量转换（4）能耗制动电阻RH的计算

2．能耗制动运行拖动位能性恒转矩负载，使重物恒低速下放3．能耗制动的应用场合串入RH（1）能耗制动的原理＋－UKM1KM2RHEaIa（a）制动前UfIfΦ＋－UKM1KM2RHEaIa（b）制动后UfIfΦ＋＋－－U=0图3.9能耗制动的原理图（2）能耗制动的机械特性固有机械特性方程：

能耗制动U=0，并串入

RH能耗制动机械特性方程：

式中，

为能耗制动时机械特性曲线的斜率TRaRa+RH0nn0123Ra+RH（2）能耗制动的机械特性电动机拖动反抗性恒转矩负载制动瞬间，U=0，并串入RH由于机械惯性，n不能突变即n大小、方向不变，n>0电动机的运行点从

A

→B→Ea大小、方向不变，Ea

>0TTL-TL-TBRaRa+RH0nn0nAAB123Ra+RH（2）能耗制动的机械特性沿着曲线3从

B

→0直至原点上停车此时TTL-TL-TBRaRa+RH0nn0nAAB123Ra+RH电动机工作点制动瞬间工作点能耗制动过程停车（2）能耗制动的机械特性正转停车工作点A

→B→0n>0→T<0T与n的实际方向相反T起制动作用T称为制动性转矩能耗制动过程——从能耗制动开始到系统迅速减速及停车的过渡过程能耗制动过程从B→0

在第Ⅱ象限TTL-TL-TBRaRa+RH0nn0nAAB123Ra+RH（3）能耗制动的能量转换输入电功率P1电枢回路总损耗pCua电磁功率(电→机)PM电动机空载损耗p0输出机械功率P2UIa=Ia2(Ra+RH)+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω0++P1=UIa

=0→电源不输入电功率PM=EaIa

<0→把机械功率转变为电功率P2=T2Ω<0→负载向电动机输入机械功率U=0串入RHEa

>0Ia

<0T<0n>0消耗在(Ra+RH)

上功率流程图P1=UIaPM=EaIa=TΩP2=T2ΩpCua=Ia2Rap0=pm＋pFe输出机械功率电磁功率输入电功率电枢回路总铜损耗空载损耗p0=pm＋pFepCua=Ia2(Ra＋RH)电动运行能耗制动（4）能耗制动电阻RH的计算从机械功率转变为电功率这一点讲能耗制动过程中电动机好像是一台发电机但与一般的发电机又不相同：没有原动机输入机械功率 其机械能靠的是系统转速从高到低 制动时所释放出来的动能电功率没有输出 而是消耗在电枢回路电阻（Ra+RH）上能耗制动由此得名（4）能耗制动电阻RH的计算能耗制动开始时的转矩

Tmax未知→停车快但Ia过大，换向困难，因此有上限

Iamax式中，Ea——能耗制动开始瞬间的电枢感应电动势（4）能耗制动电阻RH的计算能耗制动开始时的转矩

Tmax已知2．能耗制动运行拖动位能性负载电动机的运行点从

A

→B→0B→0是能耗制动过程与拖动反抗性负载完全一样但在0点，若不用其它办法停车开始反向旋转电动机继续沿曲线3从0→C此时

T=TL，C点是稳定工作点TTL-TBRaRa+RH0nn0nAnCABC123Ra+RH2．能耗制动运行在

C点n<0→Ea

<0→Ia

>0→T>0T与n的实际方向相反T起制动作用，仍为制动性转矩电动机在第Ⅳ象限

C点上的稳定运行，就称为能耗制动运行TTL-TBRaRa+RH0nn0nAnCABC123Ra+RH能耗制动过程能耗制动运行3．能耗制动的应用场合多用于一般生产机械的制动停车对于反抗性恒转矩负载确保准确停车——能耗制动过程对于位能性恒转矩负载使重物恒低速下放——能耗制动运行3.3.2反接制动1．反接制动过程（1）反接制动的原理（2）反接制动的机械特性（3）反接制动的能量转换（4）反接制动电阻RF的计算2．反向起动过程3．反接制动的应用场合（1）反接制动的原理制动前：KM1闭合，KM2断开制动后：KM1断开，KM2闭合→反接

UN，并串入

RFUNKM1KM2RFEa（a）制动前IaUfIfΦ＋＋－－UNKM1KM2RFEa（b）制动后IaUfIfΦ＋＋－－＋－图3.9他励直流电动机反接制动原理图（2）反接制动的机械特性U=-UN，并串入RF反接制动机械特性方程：式中，

为反接制动时机械特性曲线的斜率TTL-TBRaRa+RH0nn0nAAB123Ra+RH-n0Ra+RF4Ra+RF5（2）反接制动的机械特性如果拖动位能性恒转矩负载U=-UN，并串入RFn、Ea不变，运行点从

A

→B然后沿着曲线5从

B→CC点

n=0，制动停车过程结束KM1、KM2断开，切断电动机电源TTL-TBRaRa+RH0nn0nAABC123Ra+RH-n0Ra+RF4Ra+RF5（2）反接制动的机械特性U=-UN，并串入RF电动机的运行点从

A

→B→C

n>0→T<0T与n的实际方向相反T起制动作用称为制动性转矩B→C

为反接制动过程在第Ⅱ象限TTL-TBRaRa+RH0nn0nAABC123Ra+RH-n0Ra+RF4Ra+RF5反接制动过程能耗制动过程（3）反接制动的能量转换输入电功率P1电枢回路总损耗pCua电磁功率(电→机)PM电动机空载损耗p0输出机械功率P2UNIa=Ia2(Ra+RF)+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω+++P1=UNIa

>0→电源输入电功率PM=EaIa

<0→把机械功率转变为电功率P2=T2Ω<0→负载向电动机输入机械功率UN<0串入RFEa

>0Ia

<0T<0n>0消耗在(Ra+RF)

上功率流程图P1=UIaPM=EaIa=TΩP2=T2ΩpCua=Ia2Rap0=pm＋pFe输出机械功率电磁功率输入电功率电枢回路总铜损耗空载损耗电动运行反接制动和倒拉反转p0=pm＋pFepCua=Ia2(Ra＋R)（4）反接制动电阻RF的计算反接制动开始时的转矩Tmax未知→停车快但Ia过大，换向困难，因此有上限Iamax式中，Ea——反接制动开始瞬间的电枢感应电动势（4）反接制动电阻RF的计算反接制动开始时的转矩Tmax已知反向起动过程反接制动过程2．反向起动过程拖动反抗性恒转矩负载运行点从

A

→B→CB→C

是反接制动过程在C点

n=0若停车应立即切断电动机电源否则在第Ⅲ象限，电动机反向起动继续沿着曲线5从C

→DT=TL，D点是稳定工作点TTL-TL-TBRaRa+RH0nn0nA-nDABC123Ra+RH-n0Ra+RF4DRa+RF53．反接制动的应用场合频繁正、反转的电力拖动系统一般先用反接制动迅速停车接着进行反向起动达到迅速制动并反转的目的

但是，对于要求准确停车的系统采用能耗制动更为方便3.3.3倒拉反转制动1．倒拉反转制动的原理2．倒拉反转制动的机械特性3．倒拉反转制动的能量转换4．倒拉反转制动电阻RD的计算5．倒拉反转制动的应用场合1．倒拉反转制动的原理串入较大的电阻

RDUKM1RDEaIaUfIfФ＋＋－－他励直流电动机倒拉反转制动的原理图C2．倒拉反转制动时的机械特性拖动位能性负载，串入较大

RD机械特性方程为：式中，

为倒拉反转制动时机械特性曲线的斜率由于RD较大，机械特性很软RD越大，反向转速越高TTLRaRa+RD0nn0A123Ra+RD1RD1>RDnDDnD1nAD1倒拉反转制动电动状态2．倒拉反转制动时的机械特性拖动位能性恒转矩负载UN=Ea+Ia(RA+RD)RD较大，若

Ia(RA+RD)>UNEa<0

→n<0，倒拉反转制动从

C

→D，在第

Ⅳ

象限→Ia>0→T>0T与n的实际方向相反T起制动作用，称为制动性转矩TTL-TBRaRa+RD0nn0nAnDABC123Ra+RD1DnD1RD1>RDD1电动机工作点3．倒拉反转制动的能量转换输入电功率P1电枢回路总损耗pCua电磁功率(电→机)PM电动机空载损耗p0输出机械功率P2UNIa=Ia2(Ra+RD)+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω+++P1=UNIa

>0→电源输入电功率PM=EaIa

<0→把机械功率转变为电功率P2=T2Ω<0→负载向电动机输入机械功率UN>0串入RDEa

<0Ia

>0T>0n<0消耗在(Ra+RD)

上3．倒拉反转制动的能量转换功率流程图与反接制动过程相似但向电动机输入功率的来源不同反接制动是负载释放的动能倒拉反转制动是位能性负载减少的位能由于电动机是靠位能性负载倒拉着反转所以这种制动运行状态称为倒拉反转制动运行状态3.3.3倒拉反转制动4．倒拉反转制动电阻RD的计算5．倒拉反转制动的应用场合重物的低速下放<03.3.4回馈制动1．正向回馈制动（1）降低电枢电压调速过程中的回馈制动（2）电车下坡时的回馈制动（3）弱磁调速过程中的回馈制动——不讲2．反向回馈制动下放重物电枢电压反接时的回馈制动1．正向回馈制动（1）降低电枢电压调速过程中的回馈制动①机械特性曲线②工作原理③能量转换④应用场合（1）降低电枢电压调速过程中的回馈制动①机械特性曲线②工作原理U1=Ea+IaRan>0

→Ea>0当n>n01，即Ea>U1

时→Ia<0→T

<0T与

n的实际方向相反T起制动作用从B

→C，在第Ⅱ象限TTL-TBUN0nn0nAn01ABC12U1D正向电动正向回馈制动正向电动（1）降低电枢电压调速过程中的回馈制动③能量转换PM=EaIa<0

→机械功率转换成电功率P1=U1Ia<0

→电动机向电源回馈电功率④应用场合加快减速过程B

→C段运行时的功率关系输入电功率P1电枢回路总损耗pCua电磁功率(电→机)PM电动机空载损耗p0输出机械功率P2U1Ia=Ia2Ra+EaIaTΩ=T0Ω+T2Ω++P1=U1Ia

<0→电动机向电源回馈电功率PM=EaIa

<0→把机械功率转变为电功率P2=T2Ω<0→负载向电动机输入机械功率U1>0Ea

>0Ia

<0T<0n>0给直流电源功率流程图P1=UIaPM=EaIa=TΩP2=T2ΩpCua=Ia2Rap0=pm＋pFe输出机械功率电磁功率输入电功率电枢回路总铜损耗空载损耗电动运行回馈制动p0=pm＋pFepCua=Ia2Ra（2）电车下坡时的回馈制动

①工作原理②机械特性曲线UN=Ea+IaRa

n>0

↑→Ea>0↑n>n0→Ea>UN→Ia<0→T

<0T与n实际方向相反，起制动作用Ea++--TnTL1UNIaUN>EaEa++--TTL1UNIaTL2Ea>UNnTABTL1TL2+TL10nnAnBn0(a)电车平路行驶(b)电车下坡正向电动正向回馈制动（2）电车下坡时的回馈制动③能量转换PM=EaIa<0

→机械功率转换成电功率P1=UNIa<0

→电动机向电源回馈电功率电动机→发电机④应用场合电车的匀速下坡行驶反向回馈制动反接制动2．反向回馈制动

①机械特性曲线nn0ABC0T1RaRa+RFTL2-Tmax-nDE-n0D正向电动反向电动下放重物电枢电压反接时的回馈制动机械特性曲线图3在第Ⅳ象限下放重物

电枢电压反接时的回馈制动②工作原理T与

n的实际方向相反，起制动作用，在第Ⅳ象限③能量转换PM=EaIa<0→机械功率转换成电功率P1=UNIa<0→电动机向电源回馈电功率④应用场合重物的高速下放回馈制动总结P1=UIa<0

→电动机向电源回馈电功率因此称为回馈制动，或再生制动电功率不是给用电设备，而是给直流电源因此与能耗制动和反接制动相比，比较经济正向回馈制动n>0，T<0，在第Ⅱ象限反向回馈制动n<0，T>0，在第Ⅳ象限例题3-6(P63)例题3-6(P63)一台他励直流电动机的额定功率PN=110kW，额定电压UN=440V额定电流IN=276A，额定转速nN=1500r/min电枢回路总电阻Ra=0.0807Ω电动机拖动反抗性负载转矩运行于正向电动状态时，TL=0.85TN求：（1）采用能耗制动停车，并且要求制动开始时最大电磁转矩为1.9TN，电枢回路应串多大电阻？（2）采用反接制动停车，要求制动开始时最大电磁转矩不变，电枢回路应串多大电阻？（3）采用反接制动若转速接近于零时不及时切断电源，问电动机最后的运行结果如何？例题3-6(P63)解：（1）采用能耗制动停车时电枢回路应串入的电阻

正向电动运行时例题3-6(P63)能耗制动时电枢回路应串入的电阻（2）采用反接制动停车时电枢回路应串入的电阻例题3-6(P63)（3）电动机最后的运行结果反接制动，转速为零时，n=0，Ea=0由于|T|>|TL|，电动机反向起动直到稳定运行在反向电动状态例题3-6(P63)反接制动，反向电动运行时最后电动机稳定运行在反向电动状态其转速为197r/min例题3-7(P64)例题3-7(P64)一台他励直流电动机的额定功率PN=40kW，额定电压UN=220V额定电流IN=207.5A，额定转速nN=1500r/min电枢回路总电阻

Ra=0.0422Ω电动机拖动位能性负载带额定负载

TL=0.8TN

运行若要求电动机以转速350r/min下放负载。求：（1）采用能耗制动时，电枢回路应串入多大电阻？该电阻上损耗的功率为多少？（2）采用倒拉反转运行时，电枢回路应串入多大电阻？该电阻上损耗的功率为多少？（3）采用改变电枢电源电压的反向回馈制动运行时，电枢回路不外串电阻，反向电枢电源电压应调到多少伏？若反向电枢电源电压调到额定电压，下放速度变为多少？例题3-7(P64