電機與電力拖動》課程設計報告設計題目 直流電動機制動設計 學生姓名： 尤鵬達 專業班級： 14本科電氣（1）班 學號： 1412406502029 目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設計目的 1\o"CurrentDocument"二、系統設計要求 1\o"CurrentDocument"三、正文 2\o"CurrentDocument"（一）、直流電動機的基本結構和工作原理 2\o"CurrentDocument"（二）、反接制動 3\o"CurrentDocument"（三）、回饋制動 5\o"CurrentDocument"（四）、能耗制動 6\o"CurrentDocument"（五）、參數設定和計算 11\o"CurrentDocument"四、總結 12五、參考文獻 13直流電動機制動設計》課程設計報告摘要:直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機。因其優良的起動、調速和制動性能而在電力拖動中得到廣泛應用。直流電動機按勵磁方式分為他勵、并勵、串勵和復勵四種。直流電動機有三種制動狀態：能耗制動、反接制動（電壓反向反接和電動勢反向反接）和回饋制動。本文在直流電動機的結構與工作原理的基礎上，給出了電機制動的定義，對電機制動的方法進行了簡單介紹，并著重分析了他勵直流電動機制動的三種制動狀態，通過一系列實驗重點介紹能耗制動。關鍵詞:直流電動機；能耗制動；反接制動；回饋制動一、設計目的1、通過課程設計，對所學的直流電機的工作原理及其制動方式進行的復習與總結，鞏固所學的理論知識。2、通過本次課程設計提高學生分析問題和解決問題的能力。3、學會使用網絡資源進行相關文獻和資料的查找。4、培養團隊合作的精神。二、系統設計要求能耗制動是一種制動形式。又分為直流電機的能耗制動和交流電機的能耗制動。他勵直流電機的能耗制動：電動機在電動狀態運行時若把外施電樞電壓U突然降為零，而將電樞串接一個附加電阻R，即將電樞兩端從電網斷開，并迅速接到一個適當的電阻上。電動機處于發電機運行狀態，將轉動部分的動能轉換成電能消耗在電阻上。隨著動能的消耗，轉速下降，制動轉矩也越來越小，因此這種制動方法在轉速還比較高時制動作用比較大，隨著轉速的下降，制動作用也隨著減小。能耗制動又分兩種，分別用于不同場合：迅速停機和下放重物。若電動機拖動的是反抗性恒轉矩負載，則通過迅速停機的方法進行能耗制動，若拖動位能性恒轉矩負載，則通過下放重物進行能耗制動。能耗制動是一種常見的制動方法，廣泛應用在工業生產中，有優點同時也存在著缺點，在這份課程設計中，我們將會仔細分析能耗制動是怎么實現的，使得我們更好的了解和利用它，同時盡最大努力提出改進。三、正文直流電動機的啟動?制動的動態性能好，可以在很多快速調速的場合應用。在生產過程中，經常需要采取一些措施使電動機盡快停轉，或者從某高速降到某低速運轉，或者限制位能性負載在某一轉速下穩定運轉，這就是電動機的制動問題。實現制動有兩種方法，機械制動和電磁制動。電磁制動是使電機在制動時使電機產生與其旋轉方向相反的電磁轉矩,其特點是制動轉矩大,操作控制方便。直流電機的電磁制動類型有能耗制動、反接制動和回饋制動。（一）、直流電動機的基本結構和工作原理直流電動機可分為兩部分：定子與轉子。其中定子包括：主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。轉子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風扇等。如下圖所示：圖1-1電動機模型（1）、定子定子就是發動機中固定不動的部分，它主要由主磁極、機座和電刷裝置組成主磁極是由主磁極鐵芯（極心和極掌）和勵磁繞組組成，其作用是用來產生磁場極心上放置勵磁繞組，極掌的作用是使電動機空氣隙中磁感應強度分配最為合理，并用來阻擋勵磁繞組。主磁極用硅鋼片疊成，固定在機座上。機座也是磁路的一部分，常用鑄鋼制成。電刷是引入電流的裝置，其位置固定不變。它與轉動的交換器作滑動連接，將外加的直流電流引入電樞繞組中，使其轉化為交流電流。直流電動機的磁場是一個恒定不變的磁場，是由勵志繞組中的直流電流形成的磁場方向和勵磁電流的關系確定。在微型直流電動機中，也有用永久磁鐵作磁極的。（2）、轉子轉子是電動機的轉動部分，主要由電樞和換向器組成。電樞是電動機中產生感應電動勢的部分，主要包括電樞鐵芯和電樞饒組。電樞鐵芯成圓柱形，由硅鋼片疊成，表面沖有槽，槽中放電樞繞組。通有電流的電樞繞組在磁場中受到電磁力矩的作用，驅動轉子旋轉，起了能量轉換的樞紐作用，故稱“電樞”。換向器又稱整流子，是直流電動機的一種特殊裝置。它是由楔形銅片疊成，片間用云母墊片絕緣。換向片嵌放在套筒上，用壓圈固定后成為換向器再壓裝，在轉軸上電樞繞組的導線按一定的規則焊接在換向片突出的叉口中。在換向器表面用彈簧壓著固定的電刷，使轉動的電樞繞組得以同外電路連接起來，并實現將外部直流電流轉化為電樞繞組內的交流電流。（二）、反接制動反接制動可用兩種方法實現，即轉速反向（用于位能負載）與電樞反接（一般用于反抗性負載）。（1）、轉速反向的反接制動他勵直流電動機拖動位能性負載，如起重機下放重物時，若在電樞回路串入大電阻，致使電磁轉矩小于負載轉矩，這樣電機將被制動減速，并被負載反拖進入第W象限運行。特點：R較大，使T<T電樞電路的電壓平衡方程式變為Q st ZI（R+R）二U-（-E）二U+E轉速反向的反接制動特性方程式為aa Q a aR.Rn=n— _qT<0（n為負）0CC①2eT

/a圖1-2轉速反向的反接制動電路圖轉速反向的反接制動的機械特性曲線就是電動狀態時電樞串電阻時的人為特性/a圖1-2轉速反向的反接制動電路圖由曲線知，因T<T重物加速下放，直到D點T二T?時，獲得穩速下放（一般stZZn<n）0由于U+E可達到2U,R必須較大，限制I，同時保證T<T，由a nq a stZI2（R+R）二UI+EI上式表明，UI與EI兩者之和消耗在電樞電路的電阻aa Q a aa a aR+R上。aQ（2）、電樞反接的反接制動

特點：U<0,R=R+RcaQR-R機械特性：n=—n—陽芝T0CC①2eT電樞反接的反接制動機械特性是一條過-n0的直線，在第二象限部分（BC段）。（n為正，T為負）（三）、回饋制動（1）、正向回饋制動他勵直流電動機通過降低電壓來減速時，若電壓下降幅度較大，會使得工作點經過第II象限，如圖中的BC段，轉速為正而電磁轉矩為負，電動機運行于制動狀態。在這一過程中，由于電源電壓下降，使得Ea>U,電流方向改變，電能從電動機回饋到電源。在電力機車下坡時，由于重力作用使得電動機轉速高于原來的空載轉速,Ea增大，超過U以后，電流也會反向，進入正向回饋制動狀態。（2）、反向回饋制動他勵電動機拖動勢能性恒轉矩負載運行。反接電源電壓并給電樞支路串入限流電阻。工作點將會穩定在第iv象限。在D點，電動機的轉速高于理想空載轉速，Ea>U,電流流向電源，屬于反向回饋制動。反向回饋制動常用于高速下放重物時限制電機轉速。四）、能耗制動1）、制動方法制動和制動過程直流電動機的制動方式有多種：能耗制動、反接制動和回饋制動。在此我們選擇的研究方向是能耗制動。直流電動機開始制動后，電動機的轉速從穩態轉速到零或反向一個轉速值（下放重物的情況）的過程稱為制動過程。對于電動機來講，我們有時候希望它能迅速制動，停止下來，如在精密儀器的制動過程中，液晶顯示屏幕的切割等等，但有的時候我們卻希望電機能夠慢慢地停下來，利用慣性來工作。于是，直流電動機能耗制動又分為迅速停機和下放重物兩種方式。（2）、能耗制動之迅速停機1、迅速停機之機械特性如圖1-4所示，制動之前，轉速n不為零，甚至相對較大，電動機平穩的運行。此時直流電動機的反電動勢（E二Ce*①*n）存在甚至在某些場合很大，由于電樞電阻Ra較小，Ia=（U-E）/R。當我們開始制動瞬間，電動機系統因為慣性繼續旋轉，n的a方向不變，由于磁場方向不變，故E的方向也不變。由于電源被瞬間切除，此時相對于之前正常運轉狀態，電流方向I改變，而磁場方向不變，使得T反向成為制動轉矩。a此時電動的轉速就迅速下降至零（在T和T』勺共同作用下）。當n=0時，E=O;Ia=O;制動轉矩和負載轉矩都消失，電動機自動停機。

na3OTl3na3OTl32圖1-4迅速停機之機械特性圖2、迅速停機之狀態分析上述過程我們也可以用公式來說明，電動狀態時，如圖1-5:圖1-5能耗制動迅速停機電路圖n與T關系如下：33中能耗制動時，如圖1-6：aMRbEnaMRbEn圖1-6能耗制動迅速停機電路圖Ua=O,電樞回路中又增加制動電阻Rb.n與T關系如下：n=-(Ra+Rb)*T/(CE*CT*3①)那么為什么要串入電阻Rb呢？如果沒有Rb,在制動的瞬間，E的大小不變(E=Ce*3n),—般情況E的值較大，那么此時的電流將會很大，很可能超出電樞回路電流的最大允許值Iamax,所以我們一般在迅速停機制動的同時，也串入一個電阻，并且這個電阻值有要求：Iab=E/(Ra+Rb)<=Iamax式中，Ea=Eb，是工作于b點和a點時的電動勢。由此求得：Rb>=Eb/Iamax-Ra、能耗制動之下放重物1、下放重物之機械特性如圖1-7，如果電動機位能性很轉矩負載。制動前，系統工作在機械特性1與負載特性3的交點a上，電動機以一定的速度提升重物。在需要穩定下放重物時，速度不會突變，則由a點移動b點，此時電動機處于能耗制動狀態，此時由b點移動到O點，這個過程與能耗制動的迅速停機過程情況一樣。但此時電動機不會停止不動而是，在負載轉矩的作用下，電動機反轉，即反向啟動，工作點開始在第四象限繼續下移，此時n反向，la又回到正向，那么T依舊提供向上拉力，TL不變，則當下降速度越來越大,E(正向)也越來越大(E=Ce*3n),la也越來越大,T也越來越大(T=CT*①*Ia)，最終在c點處達到平衡。這是能耗制動下放重物的過程。能耗制動運行與能耗制動過程相比，由于n反向，引起E反向，使得Ia與最初的上升時方向相同，T也同樣。下圖是能耗制動過程中，n>0，T<0;在能耗制動運行時，n<0,T>0的情況。圖1-7能耗制動迅速停機過程2、下放重物之狀態分析能耗制動的運行過程也可以用公式來說明。如圖1-8

aMRbEnaMRbEn圖1-8制動后的電路圖n與T關系如下：n=-(Ra+Rb)*T/(CE*CT*3①)當平衡的時候，如圖1-9：圖1-9制動后的電路圖T=TL,則可以得出：n=(Ra+Rb)*TL/(CE*CT*3①)同樣，能耗制動運行的效果與制動電阻Rb的大小有關，Rb小，特性2的斜率小,轉速小，下放重物慢(Rb在滿足要求內)。那么在c點時：Ra+Rb=Ec/Iac=CE*CT*①*3n/(TL-To)下放重物時，To和TL方向相反，與T方向相同，故T=TL-To.可見，若要以轉速下放負載轉矩為TL的重物時，制動電阻應為：Rb=Ce*CT*O*O*n/(TL-To)-Ra如果我們忽略了To,貝V：Rb=CE*CT*O*O*n/TL-Ra.(五)、參數設定和計算一臺他勵直流電動機，參數如下：PN=5.6kW,UN=220V，IN=31A,nN=1000r/min，電樞電阻Ra=0.4Q，負載轉矩TL=49，電樞電流不能超過額定電流的2倍，忽略空載轉矩T0。電動機拖動反抗性負載，采用能耗制動停車，電樞回路應串入的制動電阻最小值是多少？若采用電樞反接制動停車，電阻最小值是多少？電樞串聯電阻值：U IRC0=N_Na=0.208eN nN電動狀態的穩定轉速：URn=尸一a T=1010r/minC0CC02

eNeTN能耗制動電阻：_ER=a—R=2.99QbkI abk電樞反接制動電阻：U+eR=——n a—R=6.54QbkIabk電動機拖動位能性恒轉矩負載，要求以300r/min速度下放重物，采用倒拉反接制動運行，電樞回路應串入多大電阻？若采用能耗制動運行，電樞回路應串入多大電阻？倒拉反接穩定制動時的電樞電流：=24.670bkC0TN

倒拉反接制動電阻：U-ER=—N a—R=11.050bkIabk能耗制動穩定運行時的電阻：R=—Cet^—R=2.130bkIabk想使電動機以n=-1200r/min速度，在反向回饋制動運行狀態下，下放重物，電樞回路應串多大的電阻？若電樞回路不串電阻，在反向回饋后制動狀態下，下放重物的轉速是多少？反向回饋制動運行時的電阻：—U—ER=N a—R=0.80bkIabk反向回饋制動運行，不串電阻時的轉速：—U—U—IRn=NbkaCoeN=—1105r/mi