专题四十四 直流电动机的制动（课件）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题四十四 直流电动机的制动 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 给出具体运行场景（如电机需快速停车、重物下放匀速控制），要求判断对应的制动方式（能耗制动/反接制动/回馈制动）。 根据制动特点（如制动强度、是否节能、是否需防止反转），选择合适的应用场景。 考查三种制动方式的关键原理差异，重点围绕“能量流向”或“制动转矩产生方式”。 考纲解读—考试要求 根据实际需求（如是否要求节能、制动速度快慢、是否允许冲击），选择对应的制动方式并说明简单理由。 给定电机运行场景，可通过关键特征区分并正确识别能耗制动、反接制动、回馈制动。 给定电机运行场景，可通过关键特征区分并正确识别能耗制动、反接制动、回馈制动。 4 考纲解读—易考题型 原理阐述、场景匹配及理由分析。示例：简要说明能耗制动与回馈制动在“能量转化方向”上的核心区别 简答题 制动原理细节、应用场景特点。示例：回馈制动时，电机转速低于同步转速，可将电能回馈给电网实现节能。（ ） 判断题 制动方式判断、核心原理区分。示例：直流电机停车时，切断电枢电源后向电枢绕组接入制动电阻，此时电机将动能转化为电能消耗，该制动方式是（ ） 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 图7-46所示为并励电动机能耗制动电路图。一台并励电动机切断电源后,把电枢两端接到一只适宜的电阻Rz上,把开关S从位置1转到位置2上,电动机就能迅速停车。 一、能耗制动 知识点梳理和重点概念复习 它的原理是,欲使电动机迅速制动时,保持励磁绕组的电源接通,断开正在运行的直流电动机的电枢电源。同时在电枢两端接入电阻Rz，由于电动机转子的惯性,电枢仍在旋转,电枢绕组此时作发电机运行,绕组中产生感应电动势,通过电阻Rz而闭合,并产生感应电流,其方向与原来电流方向相反,在磁场中受到的电磁力方向也随电流方向的改变而改变,成为制动转矩,将系统的动能变为电能消耗在电阻Rz上,所以称为能耗制动。 这种制动方法,缺点是电动机停车不够迅速,优点是减速平稳,没有大的冲击。 一、能耗制动 知识点梳理和重点概念复习 反接制动就是将电源电压反接到电枢绕组或励磁绕组上,让正在转动的电动机反转,以加速电枢停转过程。反接制动电路图如图7-47所示。 二、反接制动 知识点梳理和重点概念复习 但必须注意的是: (1)电枢绕组反接时,一定要给电枢串联外加电阻,以降低电枢内的电流。因为在切断电枢电源的短时间内,电枢中的感应电动势很大,方向与反接后的电压方向相同,大小几乎等于2倍的端电压。若不外接电阻,将有很大的电流通过电枢,换向器和电刷间产生强烈火花,以致造成损坏。 二、反接制动 知识点梳理和重点概念复习 (2)当电动机转速降低近于零时,要迅速切断电源,以免电动机反转。 反接制动法,适用于要求强烈制动或要求迅速反转的场合。缺点是制动时机械冲击较大,消耗能量较多。 二、反接制动 知识点梳理和重点概念复习 并励电动机在运行时,由于某种客观原因,使实际转速n超过其空载转速n0,电枢中的反电动势Ea大于电源电压U,这时候,电动机变成了发电机,电枢中电流方向发生改变,由原来的与电压相同变为与电压相反,电流流向电网,向电网回馈电能,电磁转矩变为制动转矩,因此称为回馈制动或反馈制动。例如,电动机拖动电车下坡,当车速很高时,电车带动电动机转而发电,使车速稳定在n>n0运行。回馈制动的实质是将直流电动机从电动机状态转变为发电机状态运行,以限制转速不致过高的制动方法。 三、回馈制动 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：电机启动过程中转速从0逐渐升高至额定转速，始终低于同步转速，无法满足回馈制动“n＞n₀”的条件；A、B、D均会出现转速高于同步转速的情况，可实现回馈制动。 1.下列场景中，回馈制动无法实现的是（ ） A. 电车下坡时保持速度稳定 B. 起重机下放轻载重物 C. 电机正常启动过程 D. 电梯下降过程 13 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：能耗制动切断了电枢电源，电枢绕组因电机惯性旋转切割气隙磁场，产生感应电动势，进而产生电枢电流；A、D错误，无外部电源供电；C错误，励磁绕组供电仅产生磁场，不直接产生电枢电流。 2.能耗制动时，电枢绕组中电流的产生原因是（ ） A. 电网供电 B. 电机惯性旋转切割磁感线 C. 励磁绕组供电 D. 制动电阻供电 14 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：制动电阻阻值过大导致电枢电流过小，制动转矩减小，制动速度变慢，制动时间延长；A、B会增大转矩，缩短制动时间；D会增大磁场，增大转矩，缩短制动时间，均不符合。 3.反接制动过程中，若制动时间过长，可能的原因是（ ） A. 制动电阻阻值过小 B. 电枢电流过大 C. 制动电阻阻值过大 D. 励磁电流过大 15 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：回馈制动的电能来自电机自身的动能（如电车下坡时的动能）或外部输入的势能（如重物下放时的重力势能）；A、C、D均不提供回馈的电能，故错误。 4.回馈制动时，电机向电网回馈的电能主要来源于（ ） A. 电网自身的电能 B. 电机的动能或外部势能 C. 制动电阻的热能 D. 励磁绕组的电能 16 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：回馈制动靠转速自然升高实现，制动转矩随转速变化平缓，平稳性最好；能耗制动转矩随转速降低而减小，平稳性次之；反接制动转矩大且恒定，有冲击，平稳性最差，故A、C、D错误。 5.下列关于三种制动方式的制动平稳性，排序正确的是（ ） A. 能耗制动＞回馈制动＞反接制动 B. 回馈制动＞能耗制动＞反接制动 C. 反接制动＞能耗制动＞回馈制动 D. 三者平稳性相同 17 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：反接制动改变电流方向的方式有两种：改变电枢电压极性或改变励磁电流方向；B、C仅影响电流大小，D会导致磁场消失，无法制动，均不符合。 6.直流电机采用反接制动时，若电枢电压极性不变，可通过（ ）实现电流方向改变 A. 改变励磁电流方向 B. 增大制动电阻 C. 减小电枢电压 D. 切断励磁电源 18 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：能耗制动制动平稳、无冲击，但制动速度较慢，适合中小型电机及平稳停车需求；A、C适合回馈制动，D适合反接制动，均不符合。 7.能耗制动适用于（ ）的直流电机 A. 大容量、高转速 B. 中小型、要求平稳停车 C. 大容量、要求快速停车 D. 中小型、要求紧急制动 19 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：回馈制动需反电动势＞电网电压，若电网电压突然升高，可能导致反电动势小于电网电压，电流方向反向，电机变回电动机状态，无法回馈；A、B、D均需反电动势大于电网电压，故错误。 8.回馈制动时，若电网电压突然升高，可能导致（ ） A. 回馈电能增加 B. 电机转速升高 C. 无法实现回馈制动 D. 电枢电流增大 20 常考习题练习与讲解—填空题 答案：能量消耗 解析：反接制动需从电网持续取电，同时电机动能也转化为热能消耗，整体能量消耗大，与回馈制动的“节能”特点形成对比。 1.反接制动的主要缺点是________大，能量浪费严重，且制动过程有冲击。 21 常考习题练习与讲解—填空题 答案：电动机 解析：正常运行时电机为电动机状态（从电网取电），转速高于同步转速后，反电动势大于电枢电压，转为发电机状态（向电网供电）。 2.回馈制动时，电机的运行状态从________状态转为发电机状态。 22 常考习题练习与讲解—填空题 答案：制动转矩 解析：制动转矩由电枢电流与气隙磁场相互作用产生，励磁绕组断路则磁场消失，即使有电枢电流，也无法产生制动转矩。 3.直流电机采用能耗制动时，若励磁绕组断路，会导致________无法产生，制动失效。 23 常考习题练习与讲解—填空题 答案：回馈制动 解析：能耗制动、反接制动均为“能量消耗型”（能耗制动消耗为热能，反接制动消耗电网电能），仅回馈制动将电能回收回馈电网，属于能量回收型。 4.三种制动方式中，属于能量回收型制动的是________。 24 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：回馈制动的核心是“再生电能并回馈电网”，能耗制动、反接制动均为能量消耗型，因此该说法正确。 1.回馈制动又称再生制动，是三种制动方式中唯一能实现能量回收的方式。（ ） 25 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：转速为零时，反接制动的反向转矩仍存在，电机在反向转矩作用下会反向启动，因此需在转速接近零时断电，该说法正确。 2.反接制动时，电机转速降至零时若不切断电源，会出现反向启动现象。（ ） 26 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：能耗制动制动速度慢，适合中小型电机的平稳停车；大容量电机快速停车适合反接制动或回馈制动，因此该说法错误。 3.能耗制动适合大容量、高转速电机的快速停车。（ ） 27 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：正常运行时电流从电网流向电机（电动机状态），回馈制动时电流从电机流向电网（发电机状态），电流方向相反，因此该说法错误。 4.回馈制动时，电机的电枢电流方向与正常运行时相同。（ ） 28 常考习题练习与讲解—简答题 答案：能耗制动时，首先切断直流电机的电枢电源，然后向电枢绕组两端接入制动电阻构成闭合回路；电机因惯性继续旋转，电枢绕组切割气隙磁场产生感应电动势，进而在回路中形成电枢电流；该电流与气隙磁场相互作用，产生与电机旋转方向相反的制动转矩，阻碍电机旋转；电机动能逐渐转化为电能，再通过制动电阻转化为热能消耗，最终电机停止旋转。 1.简要说明直流电机能耗制动的工作原理。 29 常考习题练习与讲解—简答题 答案：反接制动时，电枢电压极性（或电流方向）改变，导致电枢电压与电机反电动势方向相同，回路总电压为二者之和，易使电枢电流远超额定值；串联限流电阻的目的是限制电枢电流大小，保护电枢绕组不被烧毁。若无限流电阻，过大的电枢电流会使电枢绕组因过热而烧毁，严重时可能损坏电机。 2.反接制动为何需要在电枢回路串联限流电阻？若无限流电阻会有什么后果？ 30 常考习题练习与讲解—简答题 答案：回馈制动的实现条件是电机转速n高于同步转速n₀，此时电机反电动势E＞电枢电压U，电枢电流方向反向，电机从电动机状态转为发电机状态，将电能回馈给电网。典型应用场景：起重机下放重物时，重物重力拉动电机转速升高至超过同步转速，电机产生的电能回馈电网，既实现重物匀速下降，又达到节能目的。 3.回馈制动的实现条件是什么？请举一个典型应用场景。 31 常考习题练习与讲解—简答题 答案：（1）能量消耗：能耗制动不从电网取电，仅将电机动能转化为电能，再通过制动电阻消耗为热能，能量消耗较少；反接制动需从电网持续取电，同时电机动能也转化为热能消耗，整体能量消耗较大。（2）制动效果：能耗制动制动转矩随转速降低而减小，制动平稳、无冲击，但制动速度较慢；反接制动制动转矩大且恒定，制动强度大、停车快，但制动过程有冲击。 4.对比能耗制动与反接制动在“能量消耗”和“制动效果”上的区别。 32 重点复习知识点： 1.需通过“关键操作”“转速关系”“能量流向”快速区分——能耗制动是“断电枢电源+接制动电阻，动能→电能→热能”。 2.制动方式的应用场景匹配原则：优先根据“需求优先级”选择——要求“平稳停车、无冲击”选能耗制动（如机床主轴）。 3.反接制动必须串联限流电阻，且需在转速接近零时断电；能耗制动的制动效果与制动电阻阻值、励磁电流相关，且需保证励磁绕组通路。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 33 $