2022-2023学年高二物理竞赛课件：直流电动机的制动 (2)

直流电动机的制动 2 直流电动机的制动 他励直流电动机两种运行状态： 1）电动运转状态——电动机转矩的方向与转速的方向相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。 2）制动运转状态——电动机转矩与转速的方向相反，此时，用电动机吸收机械能并转化为电能。 3 第三节 他励直流电动机的制动 实现制动既可以采用机械的方法，也可以采用电气的方法。我们重点来看一下电气制动方法。 电动机的制动有两方面的意义： 一是使拖动系统迅速减速停车，这时的制动是指电动机从某一转速迅速减速到零的过程（包括只降低一段转速的过程）在制动过程中电动机的电磁转矩起着制动的作用，从而缩短停车时间，以提高生产率； 二是限制位能性负载的下降速度。这时的制动是指电动机处于某一稳定的制动运行状态，此时电动机的电磁转矩起到与负载转矩相平衡的作用。例如起重机下放重物时，若不采取措施，由于重力作用，重物下降速度将越来越快，直到超过允许的安全下放速度。为防止这种情况发生，就可以采用电气制动的方法，使电动机的电磁转矩与重物产生的负载转矩相平衡，从而使下放速度稳定在某一安全下放速度上。 4 一 能耗制动 电动 制动 在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图所示。 需要制动时,将开关S投向制动电阻 上即可。 由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势 方向不变。由 产生的电枢电流 的方向与电动状态时的 方向相反,对应的电磁转矩 与 方向相反,为制动性质,电机处于制动状态。 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。因此称之为能耗制动。 5 电动机状态工作点 制动瞬间工作点 制动过程工作段 能耗制动时的机械特性为： 6 但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是 能耗制动操作简单,但随着转速下降,电动势减小,制动电流和制动转矩也随着减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机,可在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。 改变制动电阻 的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从而可以改变制动转矩及制动时间。 越小, 制动转矩越大,制动时间越短。 即： 其中 为制动瞬间的电枢电动势。 7 能耗制动的特点： （1）操作简单，停车准确 （2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网 （3）低速时制动转矩小、停车慢 （4）动能大部分都消耗在制动电阻上 9 8 二、反接制动 反接制动是外加电枢电压反向或电枢电势在外部条件作用下反向，引起电磁转矩反向的一种制动方式。 对反抗性负载，可直接通过外加电枢电压反接实现反接制动。而对位能性负载，当重物提升时，电机工作于电动机状态；当重物下降时，由于转速方向改变导致电枢电势反向，此时电机的运行情况同反抗性负载电枢电压反接相同，因而也将其规类于反接制动。 反接制动可用两种方法实现，即电枢反接（用于反抗性负载）与转速反向（用于位能负载）。 9 电枢反接制动时接线如图所示。 （一）电枢反接的反接制动 电动 制动 开关K投向“电动”侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电阻 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流： 反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用——电枢反接制动。 10 （一）电枢反接的反接制动 机械特性为： 曲线如图中 所示。 工作点变化为： 电枢反接制动中的 比能耗制动中的 几乎大一倍，特性比能耗制动特性陡得多，在整个制动过程中均具有较大的制动转矩，因此制动作用更强烈，制动速度快，在可逆拖动系统，常常采用这种方法。 如果C点电动机的转矩大于负载转矩，当转速到达零时，应迅速将电源开关从电网上拉开，否则电动机将反向起动，最后稳定在D点运行。 11 电动机带位能负载时的能耗制动电路图 （二）转速反向的反接制动 当电机工作在电动机正转运行（提升重物）时，若希望重物稳定下放，在电枢回路中串入较大的电阻，此时，电枢电流减小，导致电磁转矩小于负载转矩，拖动系统减速，并在重物的作用下电机反转。一旦电机反转运行感应电动势将反向，与外加电枢电压顺向串联进入反接制动状态。此时，电枢电流加大，相应的电磁转矩增加，直至电磁转矩与负载转矩相平衡，拖动系统进入稳态，重物平稳下放。 12 转速反向的反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻