他励直流电动机机械特性回馈制动(精)
他励直流电动机的制动方法
他励直流电动机的制动方法
他励直流电动机的制动方法1、回馈制动
回馈制动有两种方式可以实现，即位能负载拖动电动机或降低电压减速的过程，都会产生回馈制动。
在具有位能负载的拖动系统中，如提升机下放重物，电车下坡，当转速增大并超过理想空载转速时，电动机就由电动状态转变为回馈制动状态。
当突然降低电枢两端的电压时，在这瞬间，由于转速来不及变化，电枢电势也来不及变化，电枢电流反向，转矩也反向，使电机进入回馈制动状态。
在制动转矩作用下，电机迅速减速。
2、能耗制动
设电动机原处于电动状态运行，制动时，励磁绕组仍接于电源，但将电枢两端从电源断开，并立即把它接到一个附加的制动电阻上。
在这一瞬间，由于磁通与转速都未变，因此电动势没有变，但电枢已切断电源，电流方向改变，转矩方向也改变，成为制动转矩。
在制动过程中，电机由生产机械的惯性作用带动发电，把系统的动能变为电能消耗在电枢回路的电阻上，故称能耗制动，又叫动力制动。
3、反接制动
反接制动可以用两种方法实现，即转速反向与电枢反接。
他励直流电动机制动的特点1、能耗制动
停止时，切断供电，在保持有磁场的状态，把电枢经负载电阻接成闭合回路，此时电机处于发电状态，把电机的动能转化为电能，消耗在电枢和负载电阻的回路。
特点：线路简单，制动时间一般，需加制动接触器、制动电阻、和制动时间继电器。
2、反接制动
停止时，切断供电，经限流电阻改变电枢供电极性，使电枢产生反转力矩，在反转力矩的作用下，使电枢快速停止转动，当转速为零时立即切除反转供电。
特点：制动速度快，需。
2.7 他励直流电机的制动
电枢反接制动时的机械特性为：
反接制 动过程
n
n0
A
B
C D
TL
Ra
0
TL
Tem
Ra R Z
反向电 动运行
第二象 限BC段 为反接 制动特 性
n0
C 工作点变化为： A B 。
n=0后，如果负载为反抗性恒转矩负
载。 |TC|≤|TL| 时，电动机就停止转动， 制动过程结束； 若|TC|＞|TL|，电动机将反向启动， 并沿特性曲线加速到D点，进入反向 电动状态下稳定运行。 当制动的目的就是为了停车时，在电 动机转速接近于零时，必须立即断开 电源(一般由速度继电器控制)。
他励直流电机的电动与制动运行
◆直流电动机的两种运转状态： （1）电动运转状态：电动机的电磁转矩方 向与旋转方向相同 ，此时电网向电动机输 入电能， 并转变为机械能带动负载。
（2）制动运转状态：电动机的电磁转矩方向与 旋转方向相反，此时电动机吸收机械能转变为 电能。
电动机很快停车，或者由高速运行很快进入低 速， 要求制动运行。
电力拖动系统的制动，通常采用机械制动和电气制动。 机械制动是利用摩擦力产生阻转矩来实现的。 电气制动就是使电动机产生一个与转速方向相反的电磁 转矩。电气制动的方法有三种：能耗制动、反接制动和 回馈制动。
制动方式
◆直流电动机的制动方式： 断开电源
抱闸 能耗制动 反接制动 回馈制动 电气制动
自由停车
机械制动
电枢回路总电阻R＝Ra＋RZ。 UN
☞原理：实际上是一台他励直流
发电机。轴上的机械能转化成电能，
全部消耗于电枢回路的电阻上，
所以称为能耗制动。
Ia n RZ Ea
If
他励直流电动机机械特性的测定与绘制
黑龙江科技学院综合性实践报告实践项目名称他励直流电动机各种运行状态下机械特性的测定与绘制所属课程名称电机与拖动实验日期2011.4.18——2011.4.22班级学号姓名成绩电气与信息工程学院实践基地【实践名称】他励直流电动机各种运行状态下机械特性的测定与绘制【实践目的】了解和分析他励直流电动机在各种运行状态下的能量转换情况。
分别测定和绘制他励直流电动机在电动、回馈制动、能耗制动及电动势反接制动状态下的机械特性曲线。
【实践项目】1、他励直流电动机在电动状态下的固有机械特性与回馈制动状态下的机械特性测定2、他励直流电动机在能耗制动状态下的机械特性测定3、他励直流电动机在倒拉反接制动状态下的机械特性的测定【实践原理】机械特性：n = f (T)是指在一定的条件下，电磁转矩和转速两个机械量之间的函数关系。
1．固有机械特性：三个量U 、φ、Ra 可以改变机械特性， U = Un（额定电压），φ =φn （额定磁通），Ra= 0 时的机械特性称为固有机械特性。
其方程为：由于 R a很小，转矩T 增大时， n 下降很小，他励电动机的固有机械特性是一条比较平的下降曲线。
2．人为（人工）机械特性：改变三个量U 、φ、Ra 之一而其他量不变时可以得到人为机械特性。
根据公式可得到以下三种人为的机械特性：（1）电枢回路串电阻时的人为机械特性：对应于不同的 Ra 可以得到一簇斜率不同射线。
（2）改变电枢电压的人为机械特性：斜率不变，理想空载转速 n0 不同的一簇平行线。
(U = UN)，（3）减少电动机气隙磁通的人为机械特性：φ减少时， n0 增大同时φ增大。
【实践环境】 DJ15直流并砺电动机DJ23校正直流测功机 直流电机电源 智能直流电压表 三向可调电阻 涡流测功机控制箱【实践方案设计】实践电路图如下：【实践过程】1. 固有特性及回馈制动状态下机械特性测试步骤：（1） 在静止状态下按图示连接好电路，R a15，R a23置最大，测功机加载钮置零。
3-3(4)他励直流电动机的制动
直流电动机的电力拖动
3．反接制动－－电动势反接
UN Ra Rbk Ra Rbk n T n0 T 2 2 Ce N CeCT N CeCT N
保持If 及端电压UN 不变， 仅在电枢回路串入足够 大的制动电阻Rbk，使该人为特性与负载转矩特性 的交点处于第四象限。不同的Rbk，可得到不同的 稳定转速。
转速高于理想空载转速是回馈制动运行状态的重要特点。
第三章
要求与作业：
◆ ◆
直流电动机的电力拖动
理解制动的过程及特点 了解四种制动的方程、曲线及相关计算 3-36
作业：3-19
四、他励直流电动机的制动
1．制动的一般概念
• 制动的概念：通过某种方法产生一个与拖动系
统转向相反的阻转矩以阻止系统运动的过程。
T
n
拖 动
T n
制 动
第三章
直流电动机的电力拖动
n
四、他励直流电动机的制动
1．制动的一般概念
从机械特性看两种运动形态：
制动 Ⅱ 电动 Ⅰ
Ⅲ 电动
Ⅳ
T
制动
电动状态
T与n同向
拖动转矩
1
2
机械特性曲线1，U U N ；
★ 当U↓→U2时，特性1→2，
n01 U U2 , nA nB ； 则b点：
E A E B U 2即U 2 E B I B Ra IB U 2 EB 0 T 0 Ra
制动方程：
Ra U n T 2 Ce CeCT
原理
制动状态
T与n反向
制动转矩
第三章
直流电动机的电力拖动
四、他励直流电动机的制动
• 制动情况分析：
直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
3.能耗制动状态下的机械特性测量
二、实验原理（或设计方案）
他励直流电动机机械特性测定实验接线图
直流电动机的机械特性是指电机在额定电压与额定励磁电流的供给下，电动机轴上所产生的转矩M和相应的运行转速п之间的关系。机械特性是选用电动机的一个重要依据，各类电动机都因有自己的机械特性而适用于不同的场合。
3.表6-3：UN=220V IfN=85mA R2=400Ω
Ia(A)
0.96
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
n(r/min)
-1482
-1281
-1087
-927
-768
-601
Ia(A)
0.6
0.52
0.45
0.4
0.34
0.3
n(r/min)
-41
0
240
243
580
688
R2=1800Ω能耗制动状态下的机械特性
0.68
0.67
0.66
0.65
0.64
0.63
n(r/min)
-617
-609
-595
-588
-582
-573
-558
-548
6、实验结果及分析（或设计总结）
1.回馈制动，反接制动和能耗制动是什么意思？各自有什么特点？
回馈制动：回馈制动是一种是非常有效的节能方法。避免了制动时对环境及设备的破坏。
反接制动：反接制动是在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。
（3）R1调到最小，R2、R3和R4调到最大。将开关S1合向1电源端，开关s2合向2短接端。
他励直流电机的启动原理与运行
他励直流电机的运行直流电动机的起动电动机接到规定电源后，转速从0上升到稳态转速的过程称为起动过程。
他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。
合闸瞬间的起动电流很大应尽可能的缩短启动时间，减少能量损耗以及减少生产中的损耗起动电流大的原因：１、起动开始时：n=0,Ea=CeΦn=0,２、电枢电流：Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra Ra一般很小这样大的起动电流会引起后果：１、电机换向困难，产生严重的火花２、过大转矩将损坏拖动系统的传动机构和电机电枢３、供电线路产生很大的压降。
变频器整流回路的启动电阻结论：因此必须采取适当的措施限制起动电流，除容量极小的电机外，绝不允许直接起动起动方法：电枢串电阻启动——起动过程中有能量损耗，现在很少用，在实验室中用降压启动——适用于电动机的直流电源是可调的，投资较大，但启动过程中没有能量损耗。
直流启动器电枢串电阻起动：最初起动电流：Ist=U/(Ra+Rst) 最初起动转矩：Tst=ＫＴΦIst启动电阻：Rst＝（UN／λi IN）－Ra为了在限定的电流Ist下获得较大的起动转矩Tst,应该使磁通Φ尽可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。
有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流Ist会逐步减小，转矩Tst 也会逐步减小。
为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速n的增大，串在电枢回路的起动电阻Rst逐级切除，进入稳态后全部切除。
起动电阻Rst一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大的电流。
降压起动：对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流。
起动时电压Umin,起动电流Ist：Ist= Umin/Ra< λiIN启动过程中U随Ea上升逐渐上升，直到U=UN串励电动机绝对不允许空载起动。
串电阻起动设备简单，投资小，但起动电阻上要消耗能量；电枢降压起动设备投资较大，但起动过程节能。
电机及拖动课程设计 他励直流电动机的回馈制动
第一章直流电动机工作原理(a)(b)图1-1直流电动机工作原理示意图图1.1是一台直流电机的最简单模型。
N和S是一对固定的磁极，可以是电磁铁，也可以是永久磁铁。
磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。
铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abed,线圈的两端分别接到相互绝缘的两个半圆形铜片（换向片）上，它们的组合在一起称为换向器，在每个半圆铜片上又分别放置一个固定不动而与之滑动接触的电刷A和B,线圈abed通过换向器和电刷接通外电路。
将外部直流电源加于电刷A（正极）和B（负极）上，则线圈abed中流过电流，在导体ab中，电流由a指向b，在导体ed中，电流由e指向d。
导体ab和ed分别处于N、S 极磁场中，受到电磁力的作用。
用左手定则可知导体ab和ed均受到电磁力的作用，且形成的转矩逆时针方向旋转，如图1T（a）所示。
当电枢旋转180°，导体ed转到N极下，ab转到S极下，如图1-1（b）所示，由于电流仍从电刷A流入，使ed中的电流变为由d 流向c,而ab中的电流由b流向a,从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方同。
由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。
这就是直流电动机的基本工作原理。
第二章直流电动机的分类根据励磁方式的不同，直流电机可以分为他励、并励、串励和复励四种。
他励电机电路圏①并励电机电路图3图2-1直流电动机按励磁方式的分类图3-0他励直流电动机的固有特性其中：n ——C ①EP -R —CC ①2ET称为理想空载转称为机械特性的斜率，大小反映软特性与硬特性;RT 称为负载时的转速降。
CC ①E T由于电枢电路电阻Ra 很小，所以机械特性的斜率很小，硬度很大，固有特性为硬特An 二B T二第三章他励直流电动机的机械特性在他励电动机中，Ua ,Ra ,If 保持不变时，电动机的转速n 与电磁转矩T 之间的关系称为他励电动机的机械特性。
直流电动机机械特性(1)
A’
B’
未串电阻时
A
的工作点
B
Ra
Ra+Rs1
C Ra+Rs1+Rs2
TL
Tem
直流电动机机械特性(1)
2）电枢电流和转速在调速过程中的变化曲线
n ia
IaN
nN n1
t=0
调速过程电流变化曲线 调速前、后电流不变
一、恒转矩负载特性
恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩 与转速 无关的 特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。
1.反抗性恒转矩负载
n
2.位能性恒转矩负载
n
TL
TL
直流电动机机械特性(1)
二、恒功率负载特性
三、泵与风机类负载特性
恒功率负载特点是：负载转 矩与转速的乘积为一常数，即 与 成反比，特性曲线为一条双 曲线。
4、调速的经济性 主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用以及调 速过程中的电能损耗等。
直流电动机机械特性(1)
2.6.2、机械调速：
改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速； 2.6.3、电气调速。
改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。
改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性， 使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工 作在不同的机械特性上，如果机械特性不变，因负载变化
特点：1）弱磁， 增大； 2）弱磁， 增大
注：他励直流电动机起动和运行 过程中，绝不允许励磁回路断开。
直流电动机机械特性(1)
2.3.3 机械特性求取
一、固有特性的求取
已知 点
，求两点:1）理想空载
和额定运行
。
具体步骤： （1）估算
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调节直流电动机M的额定值（三个条件互相制约， 同时满足。） 1、额定电流IN 2、额定励磁电流IfN 3、额定转速nN
二、 实验目的
了解和测定他励直流电动机在R2＝0时电动 及回馈制动状态下的机械特性
三、所需实验设备
由于所列实验 设备在直流并 励电动机实验 中均已做过详 细介绍，不再 赘述。
重复步骤5之后，再顺时针调节“电枢电源”电压 旋钮，使电压增加至220V；
7、减小启动电阻R2至0；
8、减小电阻R3，使A3的读数为100mA；
9、调节电动机M的磁场（增大）电阻 R1的阻值 和电机MG的负载电阻R4（减小）的阻值,使电动 机M的转速n=nN＝1500r/min的同时，兼顾电机M 的IN=If+Ia=1.25A，记录If的值，这时的If即为IfN；
直流他励电动机机械特性
R2＝0时电动及回馈制动状态下的机械特性
刘兴华
一、 预习要点
1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？ 2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运
行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈 制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机 械特性又是和回馈制动特性
14、把开关S2合向电枢电源侧，即1’端；
1值值5， ，、使 直保I到持a =转电0，速枢并约电记为源录1电9此0压0时2r/2m的0iVnI，a，和记Inf，录=I继f电N，续动增增机大大由RR理33阻阻想 空载到1900r/min时的电枢电流Ia和转速n 8-9组；
16 、停机（逆时针调节“电枢电源”电压旋钮， 使电压减小至停0，然后将“电枢电源”开关置 “关”一侧，再将“励磁电源”开关置“关”一 侧，按下红色“关”按键），并将开关S2合向至2’ 端。
电动与回馈制动测试数据表
五、实验注意事项
1、注意人身和设备安全； 2、注意实验中电源的开启顺序和关闭顺序； 3、M由电动状态到回馈制动状态时电枢电流
符号的变化情况（是否反相）； 4、注意实验中的各项保持条件。
10、保持电枢电源电压220V, If =IfN，A3的读数为 100mA；
11、增大R4的阻值，直至空载（将开关S2拨至中 间断开位置），记录增大R4阻值至空载这个范围 内数电据动 ；机的转速n和电枢电流Ia的值，共测取8-9组
12、减小R4阻值至0；
13、减小R3阻值，使MG的空载电压与电枢电源 电压值（在S2两端测）相等，且极性相同；
（2） A1,A3为毫安表，A2,A4为安培表；
3、R1阻值置最小值，R2，R3、R4阻值置最大值；
4、开关S1合向电源端，开关S2合向短接端；
5、依次接通电源总开关，按下绿色“开”按键， “励磁电源”开关置“开”一侧，“电枢电源” 开关置“开”一侧；
6、顺时针调节“电枢电源”电压旋钮，使电压增 加至电机旋转，观察转速表是否正向偏转，若正 向偏转，继续增加电压至220V,若否，切断电源 (“电枢电源”开关置“关”一侧； ，“励磁电源” 开关置“关”一侧，按下红色“关”按键），将 DQ09励磁绕组的两个插孔调换顺序，保证转速表 正向偏转，然后
直流他励电动机机械特性测定的实验原理图
四、实验操作步骤
1、切断总电源，并保证电源控制屏下方左、右两 边的“励磁电源”开关和“电枢电源”开关都必须 置于“关”一侧，且“电枢电源”电压旋钮逆时针 旋转到底；
2、按照原理图连接实验线路，连接线路时需要注 意的事项：
（1）R1，R2，R3，R4均为可变电阻，范围0～最大值， 其最大阻值分别为：R1=3750Ω ,R2=185Ω , R3=1800Ω , R4=2340Ω;