《电机技术应用》课件 3.3.3 直流电机的制动

直流电动机的制动直流电机电动机运行状态1、电动状态特点：转矩T与转速n方向相同，为拖动性质转矩。输入电能，输出机械能，机械特性在直角坐标的一、三象限。2、制动状态特点：转矩T与转速n方向相反，为制动性阻转矩。输入机械能，输出电能，机械特性在直角坐标的二、四象限。

正向电动运行和反向电动运行是电动机最基本的运行状态。电动机除了运行于T与n同方向的正向电动运行状态之外，还经常运行与T与n反方向的反向电动运行状态。电机的两种运行状态特点如下。电动机的制动运行

1、制动目的它可以维持恒速运动（位能性恒转矩负载）如起重类机械等速下放重物、列车等速下坡等。2、制动方法自由停车法、机械制动法（即刹车）、电气制动法电气制动法：使电动机变发电机将系统的机械能或位能负载的位能转换为电能，消耗在电枢电路的总电阻或回馈电网。电气制动法包括：能耗制动、反接制动、回馈制动

一、能耗制动

能耗制动定义：将机械轴上的动能或势能转换而来的电能通过电枢回路的外串电阻发热消耗的一种制动方式。

制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。

电动状态能耗制动一、能耗制动制动操作：切除电源，同时在电枢回路串入电阻Rz过程分析：开始制动时，由于惯性，n的方向不变Ea方向不变Ia反向（由Ea产生），而磁通方向不变T反向，使T与n方向相反制动U=0制动特点：U=0，R=Ra+RZ思考：电阻Rz的作用？电阻阻值对系统的影响？电动机状态工作点制动瞬间工作点反抗性负载，电机停转。位能性负载,稳定工作点一、能耗制动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。1）电机拖动反抗性负载，制动瞬间电机的工作点由A点跳变到B点，电磁转矩TM反向，与负载转矩同方向，在他们的共同作用下电机沿BO曲线减速，直至到达O点停车。2）电机拖动位能性负载，到达O点停车时n=0，TM=0，但在位能性负载的作用下电动机将反转并加速，工作点沿OC移动。此时n和TM的方向均与电动状态相反，所以电磁转矩TM仍为制动转矩。随着n的增大TM不断增大，直至与负载转矩TL大小相等，方向相反，电机获得稳定运行。

一、能耗制动

参数计算：（电阻Rz）能耗制动过程中，起始制动转矩的大小与外接制动电阻Rz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。如果按最大制动电流不超2IN倍来选择则≥≥

一、能耗制动

能量关系：

制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。

优缺点：

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。

二、倒拉反转的反接制动方法：他励直流电动机拖动位能性负载，如起重机下放重物时，若在电枢回路串入大电阻，可得到一条斜率较大的人为特性曲线，致使电磁转矩小于负载转矩。这样电机将被制动减速，并被负载反拖进入第Ⅳ象限运行。

倒拉反接的反接制动下放重物的速度随串联电阻RΩ的大小而异，制动电阻RΩ越大，机械特性越软，下放重物速度越快。正向电动状态提升重物(A点)负载作用下电机反向旋转(下放重物)电机以稳定的转速下放重物D点1）串联电阻瞬间，因转速不能突变，工作点由A点跳变到B点，此时电磁转矩TM小于负载转矩TL，电动机开始B点减速到C点。3）因为励磁电流不变，Ea随着n的反向而改变方向，但电枢电流方向不变，即电磁转矩方向不变，电磁转矩TM变为制动转矩，电机处于制动状态，如CD段所示。2）到C点时n=0，电磁转矩为堵转转矩Tst，因Tst仍小于负载转矩TL，在重物的重力作用下电动机将反转，即下放重物。电枢回路串入较大电阻后特性曲线二、倒拉反转的反接制动正向电动状态提升重物点A负载作用下电机反向旋转(下放重物)4）随着电动机反向速度的增加，Ea增大，电枢电流Ia和电磁转矩TM也增大，达到D点时电磁转矩TM和负载转矩TL平衡，电动机以稳定的速度下放重物。电动机串联的电阻越大，最后稳定的转速越高，下放重物的速度越快。电枢回路串入较大电阻后特性曲线电机以稳定转速下放重物点D5）机械特性方程：因串联电阻较大，使得n为负值，特性曲线位于第四象限。二、倒拉反转的反接制动方法：将正在运行的电机电枢绕组两端反接到电源上，同时串入制动电阻RΩ,断开K1和K2，接通K3和K4。三、电压反接的反接制动U<0TMB反向机械特性方程：机械特性曲线：电压反接的反接制动机械特性是一条过-n0

的直线，在第二象限部分(BC段)。（n为正，T为负）1）电压反接瞬间，电动机的工作点从A点跳变到B点，此时电磁转矩TM与转速反向，对电动机起制动作用，使电动机转速降低，从B点沿制动特性下降到C点。2）对于反抗性恒转矩负载，在C点n=0时，若∣TM∣<∣TZ∣则电动机堵转，若∣TM∣>∣TZ∣则电动机反向起动，沿特性曲线由C点到达D点（-TM>-TZ），电动机稳定运行在反向电动状态。3）对于位能性恒转矩负载，电动机反向转速继续升高，将沿特性曲线经过-n0点，在反向发电回馈制动状态下稳定运行于E点。三、电压反接的反接制动电阻RΩ的计算：一般要求最大制动电流也不超过2IN≥

电枢反接制动曲线比能耗制动曲线陡得多，制动转矩比较大，比能耗制动更强烈、更快。在频繁正、反转的电力拖动自动控制系统中，常采用这种先反接制动停车，接着自动反向起动的运行方式，以达到迅速制动并反转的目的。三、电压反接的反接制动3、两种反接制动的特点共同点：能量关系相同。不同点：电压反接的反接制动特性位于第二象限，制动转矩大，制动效果好；

倒拉反转的反接制动特性位于第四象限，机械能来自负载的位能，不能用于停车。两种反接制动的比较应用：倒拉反转的反接制动，只应用于位能性负载，一般可在的条件下稳速下降。电压反接的反接制动，宜用于要求迅速停车和反转，要求较强烈制动的场合，如反抗性负载，但采用电枢反接制动停车时，当制动到n=0时，应迅速切断电源，否则有反向起动的可能性。

电动状态下的电动机有时会出现n>n0的情况，此时Ea>U，，Ia的方向与电动状态相反，TM变为制动。此时电机处于发电状态—回馈制动状态。四、回馈制动

当电动机拖动机车下坡出现回馈制动（正向回馈制动）时，其机械特性位于第二象限，如图中noA段，A点是电动机的正向回馈制动稳定运行点，表示机车以恒定的速度下坡。

当电动机下放重物出现回馈制动（反向回馈制动）时，其机械特性曲线位于第四象限，如图中-n0B段。B点是电动机的反向回馈制动稳定运行点，表示重物匀速下放。

除以上两种回馈制动外，还有一种发生在电动状态中的回馈制动过程，如降压调速过程和增磁调速过程中都会出现回馈制动。四、回馈制动1、降压调速时的回馈制动制动过程为Bn02线段

A点是电动状态运行的工作点，对应电压U1，转速为nA。当进行降压（U1降为U2）调速时，因转速不能突变，工作点由A点平移到B点，此后工作点在降压人为特性曲线上的Bn02段上的变化过程即为回馈制动过程，它起到加快电动机减速的作用，当转速降低到n02时，制动过程结束。转速从n02降低到nc的过程称为电动状态减速过程。四、回馈制动2、增磁调速时的回馈制动制动过程为Bn02线段

A点是电动状态运行的工作点，对应磁通Φ1，转速为nA。当进行增磁（Φ1增加到Φ2）调速时，因转速不能突变，工作点由A点平移到B点，此后工作点在增磁人为特性曲线上的Bn02段上的变化过程即为回馈制动过程，它起到加快电动机减速的作用，当转速降低到n02时，制动过程结束。

回馈制动的特性方程式与电动状态相同，只是运行在机械特性曲线上的不同区段而已。回馈制动一般用于位能性负载高速拖动电动机场合和降低电枢电压调速场合，由于有功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比是比较经济的。2、能耗制动过程和能耗制动运行有何异同点？答：相同点：两种状态下，电磁转矩都与电机转向相反。不同点：能耗制动中负载转矩与电磁转矩同向；而能耗运行中负载转矩与电磁转矩反向。1、什么是电气制动？电气制动有什么特点？有哪几种方法？答：所谓的电气制动就是使电动机的电磁转矩成为制动转矩的一种制动。特点是电动机的电磁转矩方向与转速方向相反，为制动性质根据实现制动的方法和制动时电机内部能量传递关系的不同，电气制动的方法有能耗制动、反接制动和回馈制动三种制动方法。思考与练习

思考与练习3、反接制动有哪几种形式？各有什么特点？有两种形式，一种是电源反接（电枢电压）制动，另一种是转速反向的反接制动（倒拉反接制动）。

电源反接制动：是正在运行的电机，利用电气控制将其电枢回路的电源反接，电机一方面从电源吸收能量，另一方面将电枢储存的惯性动能，二者一并转换为电能，消耗在电枢回路电阻上的一种电气制动。这种制动方法，制动时间很短、可调，对设备的冲击较大，一般用在容量较小电机正反转的机床设备，目的并不是停车，而是反向电动运行。

转速反向的反接制动（倒拉反接制动）：是利用电气控制方法，在电机起动时，使电机的起动电磁转矩小于负载下降的机械转矩，从而使电机拖动的位能性负载，在下降运行时不超过一定速度的电气制动。这种制动方法目的并不是停车，而是限制位能型负载下降运行速度的限制。一般经常用在一般以位能型负载为主的负载上，如起重设备、电力机车等。

思考与练习4、他励直流电动机，PN＝12kW，UN＝220V，IN＝64A，nN＝700r/min，Ra＝0.25

。求：（1）额定工况下采用电压反接制动，制动时电枢中串入RZ＝6的制动电阻，最大制动电流及电磁转矩为多少？（2）停机时电流及电磁转矩为多少？如果负载为反抗性且停机时不切断电源，系统是否会反向起动？为什么？答：(1)根据电压方程电压反接制动时：（2）停机时，n＝0反抗性恒转矩负载，负载转矩大小与速度无关，方向与转向相反。结论：不能反向起动！

5、他励直流电动机额定数据：PN＝29kW，UN＝440V，IN＝76A，nN＝1000r/min,电枢回路总电阻Ra＝0.377