电机与拖动课程设计他励直流电动机的能耗制动
第14讲他励直流电动机能耗制动
系 统 惯 性 产 生 的 机 械 功 率
大 部 分 转 换 成 电 功 率
电功率的全部消耗在 电枢回路的电阻上
Ia
Ea
R
W T
能耗制动过程最小制动电阻
能耗制动过程开始瞬间，制动电流(电枢电流)最大且与阻值 (R+Ra)成反比。R越小，制动电流越大，起制动作用的电磁转矩 T越大，制动越快。 但制动电流Ia受换向限制，有个上限Iamax,这样制动电阻R就 有个下限，即最小制动电阻。
第 17 讲
他励直流电动机能耗制动
1.制动概述 2.能耗制动
1 概述
直流拖动系统工作点分析
系统工作点就是电动机机械特性与负载转矩特性的交点。 在工作点之外，电磁转矩(动力转矩)与负载转矩(阻力转矩) 不相等，系统处于加速或减速的过渡过程。 通过改变电枢电压、电枢串电阻、改变磁通可以使他励直流 电动机机械特性分布于四个象限之内。 典型的生产机械有反抗性恒转矩、位能性恒转矩、泵类、恒 功率等机械特性，也有由典型机械特性组合成的各种复杂负载 机械特性，它们也分布于四个象限之内。 不难想象，各种人为机械特性与各种复杂负载的转矩特性配 合而成的拖动系统的工作点遍布四个象限之内，也就是说，电 动机会在四个象限内运行。
n
B
A
n
B nA
A
nA
O
O
TB
C
TL
T
TB
TL
T
C
【例题】一台他励直流电动机，已知
PN = 22kW U N = 220V
I N = 115A nN = 1500r / min
他励直流电动机的能耗制动
课程设计名称：电机与拖动课程设计题目：他励直流电动机的能耗制动学期：2013-2014学年第2学期专业：班级：姓名：学号：指导教师：课程设计任务书一、设计题目他励直流电动机的能耗制动二、设计任务对一台已知额定参数的他励直流电动机进行能耗制动，设计求出合适的制动电阻Rb，并设计求出在已知制动电阻Rb采用稳定下放重物时的转速n。
已知一台他励直流电动机PN =22kW,UaN=220V，IaN=115A,nN=1500r/min.Iamax=230A,T忽略不计。
（1）拖动TL=120N•m的反抗性恒转矩负载运行，采用能耗制动迅速停机，电枢电路中至少要串联多大的制动电阻Rb？（2）拖动TL=120N•m的位能性恒转矩负载运行，采用能耗制动以1000r/min的速度稳定下放重物，电枢电路中至少要串联多大的制动电阻Rb？三、设计计划第一天，熟悉题目，查阅有关资料，并进行初步的规划。
第二天，进行设计，并记录有关的数据和过程。
第三天，继续完善设计。
第四天，完成课程设计任务书。
第五天，进行答辩。
课程设计成绩评定表目录1.直流电动机的基本结构和工作原理 (1)1．1直流电动机的基本结构 (1)1．2直流电动机的工作原理 (3)2.他励直流电动机的制动方法和制动过程 (4)2.1直流电动机之他励直流电动机 (4)2.1.1 电流 (4)2.1.2 转速 (5)2.2他励直流电动机的制动方法和制动过程 (5)2.2.1他励直流电动机能耗制动过程之迅速停机 (6)2.2.2他励直流电动机能耗制动过程之下放重物 (7)3、参数的设定与计算 (9)3.1中间参数的计算 (9)3.2迅速停机时的制动电阻b R (10)3.3下放重物时的制动电阻b R (10)3.4迅速停机过程参数与稳定下放重物过程参数的对比 (11)4．结论 (12)参考文献 (13)摘要直流电动机的能耗制动具有制动平稳、准确、能量消耗小等优点，被广泛用于电动绞盘。
《电机与拖动基础》课程教案
日期：
地点： 教
第 2 章
电力拖动系统的动力学基础
第 1 节 典型生产机械的运动形式及转矩
第 2 节 电力拖动系统的运动方程式
第 3 节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算
第 4 节 负载的机械特性
教学重点:
运动方程式、负载机械特性。
教学难点:
运动方程式。
讲授主要内容:
典型生产机械的运动形式及转矩、电力拖动系统的运动方程式、多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算、负载的机械特性等。
本次课主体教学方式、方法：
教师主讲、习题课（第二章内容）
布置作业
思考题：P48 2-1、2-2、2-3、2-4、2-7、补充题
作业： P48 2-9
教学后记
下次从第三章直流电动机的电力拖动讲起。
课程第 7 讲
第 4 周
日期：
地点： 教
第 3 章
直流电动机的电力拖动
第 1 节 他励直流电动机的机械特性
作业：P33 1-3 、 1-4
教学后记
下次从直流机的感应电动势和电磁转矩讲起
课程第 3 讲
第 2 周
日期：
地点： 教
第 1 章
直流电机原理
第 5 节 直流电机的电枢电动势与电磁转矩
第 6 节 直流发电机
第 节
第 节
教学重点:
直流机电枢电动势与电磁转矩、直流发电机基本方程式和工作特性
教学难点:
并励直流发电机自励过程
转子转动时的电磁关系、转子电路、定转字的磁动势平衡关系、折算与等值电路、功率传递与损耗、电磁转矩与转矩平衡关系等。
本次课主体教学方式、方法：
教师主讲
布置作业
思考题：P179 5-23
(完整版)电机拖动与控制-教案
2。他励直流电动机的反接制动
1
3。他励直流电动机的回馈制动
1
重 点
他励直流电动机的回馈制动
难 点
掌握他励直流电动机的能耗制动
教学过程
设 计
1.简单复习下上一节的内容
2.介绍为什么要用这几种制动,它们与机械制动相比有哪些优点
3.讲解能耗制动
4。两种反接制动的讲解, 各自的特点与应用
3.讨论变压器空载运行时的电磁关系, 介绍感应电动势和空载电流的意义
4.解算例题
5。等效电路的讲解
6。重点讲解变压器的负载运行,折算和等效电路
7.变压器参数的测定
8.总结本节课的内容,提出要求
9。布置预习下一节
教学手段
板书和多媒体、视频录像相结合的教学方法
作业
3-——6.7、8
教研室
主 任
（签字）
课程: 电机拖动与控制 班级: 13矿机3班
教学过程
设 计
1。简单复习下上一节的内容
2.讲解他励直流电动机的直接启动
3.讲解他励直流电动机的降压启动
4。讲解他励直流电动机的串电阻启动
5。谈一谈这几种启动在实际中的应用, 尤其是在我们煤矿中的应用
6。例题提讲解
7。总结本节课的内容, 提出要求
8。布置预习下一节
教学手段
板书和多媒体、视频录像相结合的教学方法
5.变压器的并联运行
理想情况
不满足条件时的并联情况
6.总结本节
7.布置预习下一节
教学手段
板书和多媒体、视频录像相结合的教学方法
作业
3-—-10、12.19、20、
教研室
主 任
（签字）
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。
电机与拖动 他励直流电动机的调速、他励直流电动机的制动
电机与拖动他励直流电动机的调速、他励直流电动机的制动、他励直流电机的四象限运行主题：直流电动机的电力拖动的辅导文章——他励直流电动机的调速、他励直流电动机的制动、他励直流电机的四象限运行学习时间：2016年12月26日—2017年1月1日内容：我们这周主要还是学习课件第8章直流电动机的电力拖动的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电动机的电力拖动相关知识的理解。
注意：请同学根据老师标注的侧重点选择性学习。
一、他励直流电动机的调速（要求学生重点掌握的内容）电动机的调速是通过改变其机械特性来实现的。
他励直流电动机的调速方法有三种，分别为：1．电枢回路串电阻调速：保持电枢电压和励磁磁通为额定值不变，在电枢回路中串联不同的调速电阻，即可调节电动机的转速，如图1所示。
图1电枢回路串电阻调速的特点：R越大，机械特性越软，1）串联电阻调速属于向下调速方式，串联电阻c新的稳定工作点温度越低。
2）串联电阻的实质是利用电阻耗能减速，调速时，转速越低，效率越低。
3）由于串联电阻很难做到平滑切除，因此这种方法一般为有级调速。
4）稳定性差。
5）调速时允许负载为恒转矩负载。
2．降低电枢电压调速：保持励磁磁通为额定值不变，电枢回路不串联电阻，当改变电枢电压时，他励直流电动机的机械特性是一组斜率相同的平行线，如图2所示。
图2降低电枢电压调速的特点：1）机械特性较硬，转速稳定性较好。
2）调压时，只能从额定电压下调，属于向下调速。
3）降压调速属无级调速，调速平滑性好，调速范围宽。
4）调速时允许负载为恒转矩负载。
3.减弱磁通调速：保持电动机电源电压为额定值不变，电枢回路不串调速电阻，通过在励磁回路中串入调节电阻或降低励磁电压减弱励磁磁通，可调节电动机转速，如图3所示。
图3减弱磁通调速的特点：1）弱磁调速属于向上调速，但是转速受到电枢反应去磁作用、换向能力和机械强度的限制，最高转速max (1.2~1.5)Nn n，所以调速范围不大。
直流电动机能耗制动设计——电机与拖动课程设计
课程设计名称：电机与拖动课程设计题目：直流电动机能耗制动设计专业：自动化班级：自动化08-7班姓名： X X X学号： 0000000000辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表课程设计任务书一、设计题目直流电动机能耗制动设计二、设计任务1、说明直流电动机的基本结构和工作原理；2、说明直流电动机的制动方法和制动过程；3、选择能耗制动方式，按给定参数计算制动电阻值。
三、设计计划电机与拖动课程设计共计1周内完成。
第l～2天查资料，熟悉题目；第3～5天方案分析，具体按步骤进行设计及整理设计说明书；第6天准备答辩；第7天答辩。
四、设计要求1、设计工作量为按要求完成设计说明书一份；2、设计必须根据进度计划按期完成；3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。
指导教师：教研室主任：时间：年月日本次课程设计的主题是他励直流电动机的制动。
文章首先介绍了他励直流电动机的工作方式，在此只是大略讲解，是为后面电动机制动作铺垫。
先做好基础理论知识的讲解。
重点在于他励直流电动机的制动，在此我们小组分两种情况来讨论制动的情况：迅速停机和下放重物。
我们主要以两种方式讲解：图示法和公式法。
在图示上直观的解释了他励直流电动机的停机过程，讲解了在不同的阶段，电动机的工作特性曲线的变动，在关键点的(电动机的瞬时态)讲解。
在公式法中，我们将严格依据电动的工作特性曲线来讨论不同时态的变动，并且最重要的是在公式法中我们讨论了Rb的电阻要求，并讲解了为什么必须要串入电阻Rb。
在下放重物的过程中方式同迅速停机一致，重点放在反向启动后，电动机的运行情况。
并且运用之前所介绍的基础知识来讲解T，TL，To之间的关系。
最后，我们列写了一些实验中的数据，其中一些存在相对较大的误差，那是因为一些偶尔的人为因素，和环境因素造成的。
关键字:制动；迅速停机；下放重物；电阻综述 (1)1 直流电动机的基本机构和工作原理 (2)2 制动方法制动和制动过程 (3)2.1能耗制动之迅速停机 (4)2.1.1迅速停机之机械特性 (5)2.1.1迅速停机之状态分析 (5)2.2能耗制动之下放重物 (4)2.2.1下放重物之机械特性 (5)2.2.2下放重物之状态分析 (5)3 参数设定和计算 (6)4 结论 (5)5 参考文献 (5)能耗制动是一种制动形式。
他励直流电动机的能耗制动
他励直流电动机的能耗制动交直流电动机在工业生产操控中广泛应用，而其能耗制动技术是制动技术的一种进展。
本文主要探讨的是直流电动机的能耗制动技术。
直流电动机的能耗制动是通过直流电动机的电动励磁系统控制电流方向的改变来实现制动的。
在正常工作状态下，直流电动机的电动励磁系统通过外加直流电源使电机转子的励磁电流与电源电流同向。
当需要制动时，切断正常工作的直流电源，通过切换电源的方式改变励磁电流的方向，使电机内部转矩产生反向，形成制动力矩。
同时，制动力会将电机转子转动反向转动，将电能转化为机械能并耗散。
在直流电动机的能耗制动技术中，制动过程中发生的能量转化被称为能量回收。
因为制动过程中消耗的能量主要是机械能，能够通过能耗制动回收并重新利用，降低了电机的能耗，延长了其使用寿命，同时也减少了对环境的影响。
与其他制动方式相比，直流电动机的能耗制动技术具有以下优点：1. 能够回收制动能量，降低了能耗，提高了效率。
2. 制动力矩平稳可靠，可以更好地保护机械设备。
3. 抗干扰能力强，能够在强电磁干扰的环境中正常工作。
4. 安全性高，避免了其他制动方式可能带来的意外损失。
直流电动机的能耗制动技术在工业生产中得到了广泛应用。
在现代自动化生产中，自动化设备的运作高速运动和快速停止，能耗制动技术能有效保护设备和机械，防止设备的惯性损失和增加维护成本，同时也能避免减速机等外部附件的道路设计。
此外，能耗制动技术还可有效降低电机在制动时产生的噪音和振动，维护起来更方便。
在直流电动机的能耗制动技术中，我们应该更加注重调整电机的电流大小和电机的停止时间，保证制动质量的高度和安全性的保障。
我们应该注意稳定输出工作电流，控制制动时变速器的停止时间，使电机制动平稳可靠，达到高品质的制动效果。
总之，直流电动机的能耗制动技术在工业生产中具有极大的价值和应用前景。
通过精细化调整和控制，能够更好地保护机械设备、提高生产效率、降低能耗、减少维护成本，为工业生产的可持续发展注入新的动力。
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第一天，熟悉题目，查阅有关资料，并进行初步的规划。
第二天，进行设计，并记录有关的数据和过程。
第三天，继续完善设计。
第四天，完成课程设计任务书。
第五天，进行答辩。
课程设计成绩评定表
学期
第四学期
姓名
专业
电气技术
班级
课题名称
《电机与拖动》课程设计
论文题目
他励直流电动机的能耗制动
评定标准
评定指标
由此可以得到他励直流电动机的固有机械特性如图2.1.2所示
图2.1.2
2.2他励直流电动机的制动方法和制动过程
一般来说，他励直流电动机的制动方式有3种：能耗制动、反接制动和回馈制动。在此我们选择的研究方向是能耗制动。
他励直流电动机能耗制动的特点是：将电枢与电源断开，串联一个制动电阻R ，使电机处于发电状态，将系统的动能转换成电能消耗在电枢回路的电阻上。
分值
得分
知识创新性
20
理论正确性
20
内容难易性
15
综合实际性
10
知识掌握程度
15
书写规范性
10
工作量
10
总成绩
100
评语：
任课教师
王巍
时间
年月日
备注
摘要
直流电动机的能耗制动具有制动平稳、准确、能量消耗小等优点，被广泛用于电动绞盘。电动绞盘需要用电，依靠车辆自身的电力系统即电机驱动绞盘，而根据直流电动机能耗制动的平稳性等优点，所以研究直流电动机的能耗制动有很大的实际意义。
（4）端盖等 机座的两边各有一个端盖。端盖的中心处装有轴承，用来支撑转子的转轴。电刷插在电刷架的刷握中，顶上有一个弹簧压板，使电刷在换向器上保持一定的接触压力。电刷架固定在端盖上。
图1.2
2、转子
直流电机的转子主体如图1.3（左）所示，它包括以下几部分：
(1)电枢铁心 由图1.3（右）所示的硅钢片叠成，表面有许多均匀分布的槽。
图2.1
2.1.1 电流
在励磁电路中，励磁电流
I =
式中， 是励磁绕组的电阻， 一般来说比较大。
在电枢回路中，根据基尔霍夫电压定律
U=E + R I
由此求得电枢电流
I =
式中R 为电枢电路的电阻，它的数值一般远小于励磁绕组的电阻R 。
根据电磁转矩公式，电枢电流I 还满足下式
I =
2.1.2 转速
他励直流电动机的转速可以用下式表示
图1.3
(2)电枢绕组 实际的电枢绕组并不像原理图那样只有一个线圈，而是由很多线圈按一定规则连接起来的。绕组嵌放在电枢铁心槽内。
(3)换向器 由很多换向片组成，外表呈圆柱形，片与片之间用云母绝缘。
(4)风扇等。
图1.4是直流电机组装后的结构图。
图1.4
1．2直流电动机的工作原理
电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的安培力方向不变，所以电机能保持一个方向转动，产生保持方向不变的转矩。在电磁转矩的作用下，电机拖动生产机械沿着与电磁转矩相同的方向旋转时，电机向负载输出机械功率。与此同时，电源却向电机输出电功率。可见，直流电动机是将直流电能转换为机械能的转动装置。
课程设计名称：电机与拖动课程设计
题 目：他励直流电动机的能耗制动
学期：2013-2014学年第2学期
专 业：
班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师：
课程设计任务书
一、设计题目
他励直流电动机的能耗制动
二、设计任务
对一台已知额定参数的他励直流电动机进行能耗制动，设计求出合适的制动电阻R ，并设计求出在已知制动电阻R 采用稳定下放重物时的转速n。
（2）换向磁极 简称换向极。他是位于主磁极之间的比较小的磁极[图1.2（右）]，也由铁芯和绕组两部分组成。铁芯一般用整块钢和钢板加工而成。换向极绕组和电枢绕组串联。换向极的作用是用来改善换向。
（3定在机座的内壁上。机座是构成直流电机磁路的一部分。
2.2.1他励直流电动机能耗制动过程之迅速停机
本设计主要设计他励直流电动机的能耗制动过程，（包括迅速停机过程和下放重物过程），采用图解法和公式法两种方法结合既直观又严谨的描述他励直流电动机的能耗制动过程。其中包括对制动电阻的选择等，以便能耗制动更顺利的进行，让我们更加了解能耗制动的全过程。
关键词：他励直流电动机；能耗；制动
1.直流电动机的基本结构和工作原理
2.他励直流电动机的制动方法和制动过程
2.1直流电动机之他励直流电动机
他励直流电动机的电路图如图2.1所示。励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电。在励磁电压U 的作用下，励磁绕组中通过励磁电流I ,从而产生主磁通 。在电枢电压U作用下，电枢绕组中通过电枢电流I 。电枢电流与磁场相互作用产生电磁转矩T，从而拖动生产机械以某一转速n运转。电枢旋转时，切割磁感线产生电动势E ，电动势的方向与电枢电流的方向相反。
已知一台他励直流电动机PN=22kW,U =220V，I =115A,n =1500r/min.I =230A,T0忽略不计。
（1）拖动TL=120N m的反抗性恒转矩负载运行，采用能耗制动迅速停机，电枢电路中至少要串联多大的制动电阻R ？
（2）拖动TL=120N m的位能性恒转矩负载运行，采用能耗制动以1000r/min的速度稳定下放重物，电枢电路中至少要串联多大的制动电阻R ？
1．1直流电动机的基本结构
直流电动机可分为两部分：定子与转子。其中定子包括：主磁极，换向磁极，机座，端盖等。转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，风扇等。如图1.1所示：
图1.1
1、定子
直流电机的定子由以下几部分组成：
（1）主磁极 即原理图中的N和S级。它由励磁绕组和主磁极铁芯两部分组成，如图1.2（左）所示。主磁极铁芯通常用1~1.5mm厚的钢板叠压而成。
他励直流电动机开始制动后，电动机的转速从稳态转速到零（迅速停机的情况）或反向一个转速值（下放重物的情况）的过程称为制动过程。对于电动机来讲，我们有时候希望它能迅速制动，停止下来，如在精密仪器的制动过程中，液晶显示屏幕的切割等等，但有的时候我们却希望电机能够慢慢地停下来，利用惯性来工作。于是，直流电动机能耗制动又分为迅速停机和下放重物两种方式。