他励直流电动机的反接制动(电机与拖动课程设计)

引 言

直流电动机以其结构复杂、价格较贵、体积较大、维护较难而使其应用受到了影响。随着交流电动机变频调速系统的发展，在不少应用领域中已为交流电动机所取代。但是直流电动机又以起动转矩大、调速性能好、制动控制方便而著称，因此，在工业等应用领域中仍占有一席之地。本课题将讨论他励电动机的基本结构、工作原理以及反接制动的原理及机械制动。

1 课程设计的目的及内容

电机与拖动是电气专业的一门重要专业基础课。它主要是研究电机与电力拖动的基本原理，以及它与科学实验、生产实际之间的联系。通过学习使学生掌握常用交、直流电机、变压器及控制电机的基本结构和工作原理；掌握电力拖动系统的运行性能、分析计算，电动机选择及实验方法等。

电机与拖动课程设计是理论教学之后的一个实践环节，通过完成一定的工程设计任务，学会运用本课程所学的基本理论解决工程技术问题，为学习后续有关课程打好必要的基础。

本设计主要研究他励直流电动机的反接制动。

1

2 他励直流电动的基本结构

底脚

图2 他励直流电动机的基本结构

2.1定子

直流电机的定子由以下几部分组成：

主磁极 换向磁极（简称换向极） 机座 端盖

2.2转子

电枢铁心 电枢绕组 换向器 风扇等

2

3 他励直流电动机的工作原理

3.1直流电动机的工作原理图

n

图3-1 直流电动机的工作原理图

图中N和S是一对固定不动的磁极，用以产生所需要的磁场。在N极S极之间有一个可以绕轴旋转地绕组。直流电机的这一部分称为电枢。如图3-1所示将电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的转轴与机械负载相连，这是便有电流从电源的正极流出，经电刷A流入电枢绕组，然后经电刷B流回电源的负极。载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力f的作用f BLIa 。

3．2他励直流电动机的运行分析

If

I+

-图3-2 它励电动机

电枢电路中它励电动机的电枢和励磁绕组分别由两个独立的直流电源供电。它励电动机的电路如图三所示。在励磁电压Uf的作用下，励磁绕组中通过励磁电流If，从而产生

3

主磁极磁通 。在电枢电压Ua的作用下，电枢绕组中通过电枢电流Ia。电枢电流与磁场相互作用产生电磁转矩T，从而拖动产生机械以某一转速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。

在励磁电路中，励磁电流 If

UfRf

（3-2-1）

在电枢电路中，根据基尔霍夫定律 Ua E RaIa （3-2-2） 由此求得电枢电流为 Ia

Ua E

(3-2-3) RaT

(3-2-4) CT

根据电枢转矩公式，电枢电流还应满足下式 Ia

根据上式可得到转速用下式表示 n

U RaIaE

a (3-3-5) CE CE UaRa

T (3-3-6)2

CE CECT

转速与转矩之间的关系为 n

他励电动机在运行时，如果励磁电路断电，If 0，主磁极只有很小的剩磁，由于机械惯性，励磁电路断开瞬间，转速尚来不及变化，将立即剧减，Ia立即剧增。仍有一定数值。电动机将发生两种事故：

（1）当Ia增加的比例小于 减少的比例时，断电瞬间，T将减小，T TL，电动机不断减速而至停转，即“闷车”或“堵转”。这是Ia过大，换向器和点数绕组都有被烧坏的危险。这种情况一般在重载或满载时容易发生。

（2）当Ia增加的比例大于 减少的比例时，断电瞬间，T将增大，T TL，电动机不断加速直至超过允许值，即“飞车”。这时不仅使换向器和电枢绕组又被烧坏的危险，而且还会使电动机在机械方面遭受严重损伤，甚至危及操作人员的安全。这种情况般在轻载和空载时容易发生。

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4 制动原理及机械特性

4.1电压反向反接制动—迅速停机

当电动机在电动运转状态下以稳定的转速n运行时候，如图4-1所示，为了使工作机构迅速停车，可在维持励磁电流不变的情况下，突然改变电枢两端外施电压的极性，并同时串入电阻，如图4-2所示。由于电枢反接这样操作，制动作用会更加强烈，制动更快。电机反接制动时候，电网供给的能量和生产机械的动能都消耗在电阻Ra+Rb上面。

Uf

( a )电动状态

图4-1 制动前的电路图

E

Uf

(b)制动状态

图4-2 制动后的电路图

同时也可以用机械特性来说明制动过程。电动状态的机械特性如下图4-3的特性1，n与T的关系为

E CE n ( 4-1-1)

T CT Ia

(4-1-2) (4-1-3)

E Ua RaIa

n

U RaIaURaE

a a TCE CE CE CECT 2 (4-1-4)

5

电压反向反接制动时，n与T的关系为

n (

UaR Rb

aT)

CE CECT 2 (4-1-5)

其机械特性如图4-3中的特性2。设电动机拖动反抗性恒转矩负载，负载特性如图4-3中的特性3。

2

n

no3a

1

b

Lc

o

TL

T

图4-3 反接制动迅速停机过程

制动前，系统工作在机械特性1与负载特性3的交点a上，制动瞬间，工作点平移到特性2上的b点，T反向，成为制动转矩，制动过程开始。在T和TL的共同作用下，转速n迅速下降，工作点沿特性2由b移至c点，这是n 0，应立即断开电源，使制动过程结束。否则电动机将反向起动，到d点去反向稳定运行。

电压反向反接制动的效果与制动电阻Rb的大小有关，Rb小，制动过程短，停机快，但制动过程中的但制动过程中的最大电枢电流，即工作于b点时的电枢电流Iab不得超过

Iamax (1.5 2.0)IaN。由图4-3可知，只考虑绝对值时

Iab

Ua Eb

(4-1-5)

Ra Rb

式中，Eb=Ea。由此求得电压反接制动的制动电阻为 Rb

Ua Eb

Ra (4-1-6) Iamax

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