1、1課程設計名稱： 電機與拖動課程設計題目：他勵直流電機旳回饋制動2專業：電氣工程及其自動化班級：電氣09-2姓名：付雪學號：0905040203遼寧工程技術大學課程設計成績評定表學期2011 - 2012 學年第一學期姓名付雪專業電氣工程及其自動化班級電氣 09-2課程名稱電機與拖動論文題目他勵直流電機的回饋制動評疋標準評定指標分值得分知識創新性20理論正確性20內容難易性15結合實際性10知識掌握程度153書寫規范性10工作量10總成績100評語：任課教師李國華時間年 月曰備注課程設計任務書一、設計題目他勵直流電機的回饋制動二、設計任務設一套直流電機回饋制動的方案三、設計計劃第 1 天查閱資

2、料了解相關知識第 2 天討論設計方案第 3 天討論并確定最終的設計科實行方案第 4 天整理報告第 5 天檢查報告是否有錯誤4四、設計要求研究并設計一套電機回饋制動的方案， 使研究的方案具有可行性 能實現回饋制動指導教師：王繼強劉春喜李國華 教研室主任：汪玉鳳時 間：20112011 年 6 6 月 2424 日目錄引言.1摘要.11直流電動機工作原理.22直流電機的分類.33他勵直流電動機的機械特性 .33.13.1 固有機械特性.43.23.2 電樞串接電阻時的人為特性.53.33.3 改變電源電壓時的人為特性 .53.43.4 減小勵磁電流時的認為特性 .64他勵直流電機的制動.654.1

3、4.1 制動方法.74.24.2 回饋制動.7421 正向回饋制動-電車下坡.7422 反向回饋制動-下放重物.5心得體會.116參考文獻.12引言電動機所驅動的負載，有時候要求從高轉速迅速降為低轉速，甚至停轉、反轉，就需要對電動機采取措施以保證負載的要求，這種措施稱為電動機的制動。制動的基本原理是 使電動機轉子上產生一個反力矩， 具體有三種方法，即能耗制動、反接制動、回饋制動摘要所謂回饋制動是指如果需被制動的電動機不從電網切斷，則當為了制動而把電動機暫時用 作發電機，將由動能轉換來的電能不是消耗在電阻上，而把它反饋至電網。此方法主要用 以限制電動機轉速過分升高。例如，電動機車下坡時，重力加速

4、度將使車速增高，為了安 全需要制動限速。當電動機轉速升高而增大的電樞感應電動勢大于電網電壓時，電動機便 變為發電機運行，它的電樞電流和電磁轉矩的方向都將倒轉，就限制了轉速進一步增高， 起了制動作用。電樞電流方向倒轉，電功率回饋到電網，故稱為回饋制動，叫饋的電功率 來源于電動機車下坡時所釋放出來的位能。6圖 1-1 直流電動機工作原理示意圖圖 1.11.1 是一臺直流電機的最簡單模型。N N 和 S S 是一對固定的磁極，可以是電磁鐵，也可以是永久磁鐵。磁極之間有一個可以轉動的鐵質圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定關鍵字：回饋制動設計電機第一章直流電動機工作原理I卜0(b)7一個用絕緣導體構成的

5、電樞線圈abedabed，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個半圓形銅片（換向片）上，它們的組合在一起稱為換向器，在每個半圓銅片上又分別放置一個固定不動 而與之滑動接觸的電刷 A A 和 B B，線圈 abedabed 通過換向器和電刷接通外電路。將外部直流電源加于電刷 A A（正極）和 B B（負極）上，則線圈 abedabed 中流過電流，在導體 abab 中，電流由 a a 指向 b b，在導體 eded 中，電流由 e e 指向 d d。導體 abab 和 eded 分別處于 N N、S S 極磁 場中，受到電磁力的作用。用左手定則可知導體abab 和 eded 均受到電磁力的作用，且形成

6、的轉矩逆時針方向旋轉，如圖 1-11-1（a a）所示。當電樞旋轉 180180，導體 eded 轉到 N N 極下，abab 轉 到 S S 極下，如圖 1-11-1（ b b）所示，由于電流仍從電刷 A A 流入，使 eded 中的電流變為由 d d 流向 e e， 而 abab 中的電流由 b b流向 a a，從電刷 B B 流出，用左手定則判別可知，電磁轉矩的方向仍是逆 時針方同。由此可見，加于直流電動機的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動機 電樞線圈中流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產生的電磁轉矩的方向恒定不變，確 保直流電動機朝確定的方向連續旋轉。這就是直流電動機的

7、基本工作原理。第二章直流電動機的分類按勵磁方式的不同，直流電機可以分為他勵、并勵、串勵和復勵電機四種他勵電機電路圖并勵電機電路圖（a a）8第三章他勵直流電動機的機械特性在他勵電動機中，UaUa , , RaRa, , If 保持不變時，電動機的轉速 n n 與電磁轉矩 T T 之間的關系 稱為他勵電動機的機械特性。根據公式：TG：laE =CEwnUa=E+IaRa可得，他勵電動機的轉速與轉矩之間有如下關系：串勵電機電路圖(b)(b)圖 2-1nRa2T = n - - TCECECECECECECT2當 Ua、Ra、G 為常數時，n 二 fT 為一條向下傾斜的直線，如圖 3 3 所示：/9

8、EUalaRaUaIaRaUa10血七 稱為機械特傾性的斜率，大小反映軟特性與硬特性；CECT2- - -T-T-T稱為負載時的轉速降。CECT由于電樞電路電阻 RaRa 很小，所以機械特性的斜率很小，硬度很大，固有特性為硬特性。3.13.1 固有機械特性U 二 UN、：一：N電樞回路不串電阻時的機械特性。其方程式為:Ua- IaRa _UaIaRa _UaCEGCEGCEGCE由于 R Ra較小，特性的斜率小，所以他勵直流電動機的固有機械特性是一條稍稍向下傾斜的直線，如 3-23-2 所示：圖 3-2 他勵電動機的固有特性固有特性稱為硬特性，其額定轉速變化率為：行N%二也加 100%nN其中

9、:noCEG稱為理想空載轉速;ECEG113.23.2 電樞串接電阻時的人為機械特性將電樞回路串接電阻，而保持電源電壓和勵磁磁通不變其機械特性如圖3-23-2 所示:圖 3-2電樞串接電阻時的人為機械特性與固有機械特性相比，電樞串接電阻時的人為機械特性具有如下一些特點：1 1 理想空載轉速與固有特性時相同，且不隨串接電阻 R Ra的變化而變化；2 2、 隨著串接電阻的加大，特性的斜率 加大，轉速降落:n 加大，特性變軟，穩定性 變差；3 3、 機械特性由與縱坐標軸交于一點 n=n但具有不同斜率的射線族所組成；4 4、串入的附加電阻越大，電樞電流流過附加電阻所產生的損耗就越大。3.33.3 改變

10、電源電壓時的人為機械特性此時電樞回路附加電阻 Rka=0，磁通保持不變。改變電源電壓，一般是由額定電壓向 下改變。由機械特性方程，得出這時的人為機械特性如圖3-33-3 所示。與固有機械特性相比，當電源電壓降低時，其機械特性的特點為：1 1 特性斜率不變，理想空載轉速 n no降低；2 2、機械特性曲線平行下移，機械特性由一組平行線所組成；3 3、不變，機械特性的硬度不變。iiMl圖 3-3 改變電源電壓時的人為機械特性3.43.4 減小勵磁電流時的人為特性減小勵磁電流 I I，則磁通：減小，n n0增加，增加，：減小，人為特性如圖 3-43-4 所示:圖 3-4 減小勵磁電流時的人為特性第四

11、章他流直流電機的制動為了生產的需要，電力拖動系統往往需要使電動機盡快停轉或者由高速運行迅速轉為 低速運行，為此需要對電動機進行制動，同時對于位能性負載的工作結構，為了獲得穩定 的下降速度也需要對電動機進行制動。制動是電動機一個重要的運行狀態，其運行的特點是電磁轉矩 TMTM 的方向與旋轉方向 n n 相反。4.14.1 制動方法他勵電動機的制動方法包括能耗制動、反接制動和回饋制動三種134.24.2 回饋制動他勵電動機回饋制動的特點是：使電動機的轉速大于理想空載轉速，因而E Ua，電機處于發電狀態，將系統的動能轉換成電能回饋給電網。回饋制動分為以下兩種類型。421 正向回饋制動電車下坡電車在平

12、地行駛或上坡時，負載轉矩 TL阻礙電車前往行駛。如圖 4-14-1 所示:Or,T圖 4-1 回饋制動電車下坡過程系統工作在機械特性與負載特性 2 2 的交點 a a 上。電車下坡時，TL反向變成幫助電車往 下行駛，負載特性變為特性 3 3。在 T 和-TL的共同作用下，n n 加速，工作點由 a a 點沿特性 1 1 向上移動。到達 n no 時，T =0，但- TL0，即-TL與 n n 方向相同，在-人作用下，電機繼續 加速，工作點越過 n n0繼續向上移動。這時 T 反向，成為阻止電車下坡的制動轉矩。但-TLA A T T ，工作點繼續上移，直至機械特性 1 1 與負載特性 3 3 的

13、交點 b b 為止，T=-T=-TL，電車恒速往下行駛。自從工作點越過 n no后，no,使得 E Ua，電動機就進入了回饋制14動過程，到達 b b 點后，電機便處于回饋制動運行。由于這種回饋制動，電樞電壓方向沒有 改變，故稱正向回饋制動。正向回饋制動與電機狀態相比，雖然n n、E、U Ua的方向都未改變，但因 E Ua，使得 l la以及 T 反向，兩者的區別如圖 4-24-2 所示：圖 4-2 正向回饋制動時的電路圖正向回饋制動在調速過程中也時常出現，當電動機減速時，若減速后的理想空載轉速低于減速前的轉速，電機便會在調速過程的某一階段處于正向回饋制動過程。如圖4-34-3 所示：圖 4-

14、3調速是出現的正向回饋制動在改變電樞電壓調速和改變勵磁電流調速時，工作點都要從a a 點平移到 b b 點，然后經c c 點到達 d d 點穩定運行。在 bc 階段，n0,電機處于正向回饋制動過程中。它的存在， 有利于縮短 bc短的時間，加快調速過程。(a)電動狀態(b)制動狀態(a)改變電樞電壓調速154.2.2 反向回饋制動一一下放重物制動時，將電樞電壓反向，并在電樞回路中串聯一個制動電阻R Rb。制動前后的電路圖16圖 4-4 反向回饋制動時的電路圖這時，電動機拖動的是位能性恒轉矩負載。如圖 4-54-5 所示:制動前，系統運行在機械特性 1 1 與負載特性 3 3 的交點 a a 上。

15、制動瞬間，工作點平移到人 為特性 2 2上的 b b 點，T 反向，n n 迅速下降。當工作點到達 c c 點時，在 T 和 TL的共同作用下， 電動機反向起動，工作點沿特性 2 2 繼續下移。到達 d d 點時，轉矩等于理想空載轉矩，T = 0, 但 TL0，在重物的重力作用下，系統繼續反向加速，工作點繼續下移。當工作點到達 e e 點時，T 二 TL，系統重新穩定運行。這時的電動機在比理想空載轉速高的轉速下穩定下放 重物。在上述制動過程中，bc 段電機處于電壓反向反接制動過程，cd 段電機處于反向起動過程，de 段電機處于回饋制動過程，在 e e 點電機處于回饋制動運行。由于這種回饋制動是

16、 在電樞電壓反向后得到的，故稱反向回饋制動。如圖(a )電動狀態(b)制動狀態圖 4-5回饋制動下放重物過程17反向回饋制動運行時，與圖 4-44-4(a a)的電動狀態時相比，如圖 4-44-4(b b)所示，由于 n n18反向，E 反向，且 E Ua, I Ia方向不變，T 方向不變，但與 n n 方向相反，成為制動轉矩 電機處于發電狀態，將系統的動能轉換成電能送回電源。回饋制動的效果也與制動電阻 R Rb的大小有關。尺小，則特性 2 2 的斜率小，轉速低，下 放重物慢。由圖 4-44-4（ b b）可知，回饋制動運行時，為簡化分析，只取各量的絕對值，而不考慮其 正負，貝U UCTRaT

17、（CE：n -Ua） RaTL-TO忽略TO，貝 U UCTRa（CE：F-Ua） RaTL采用回饋制動下放重物時，轉速很高，超過了理想空載轉矩，要注意轉速不得超過電機允許的最高轉矩（產品目錄或電機手冊中可以查到）。同時還要注意有上式求得的 R Rb還要滿足 Rb一Ua Eb_ Ra的要求。1amax五心得體會在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養了我如何去把握一件事情， 如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相 互探討，相互學習，相互監督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解， 也學會了做人與處世。課程設計是我們專業課程知識綜合

18、應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業工 作前一個必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千 古名言的真正含義我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天 能穩健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎.通過這次的課程設計讓我生生體會到基礎課的重要性，由于指出知識沒掌握好，害的 我又把書本看了一遍，這無形中耽誤了許多時間，不過最終還是被我拿下了，這也是一個 警鐘，通過這次設計讓我深深體會到基礎知識的重要，一切都是從簡單到復雜，有個過渡 的過程，不能一口吃出個胖子啊。同時知識都是由易到難的，只有基礎的掌握了，解決難 題才會覺得輕松，同時還有學會學以致用，理RaRb =E -UaIaC= d（CEn -Ua）TCT可見，若要以轉速n n