1、直流電動機以其結構復雜、價格較貴、體積較大、維護較難而使其應用受到了影響。 隨著交流電動機變頻調速系統(tǒng)的發(fā)展，在不少應用領域中已為交流電動機所取代。但是直 流電動機又以起動轉矩大、調速性能好、制動控制方便而著稱，因此，在工業(yè)等應用領域 中仍占有一席之地。本課題將討論他勵電動機的基本結構、工作原理以及反接制動的原理 及機械制動。1課程設計的目的及內容電機與拖動是電氣專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課。它主要是研究電機與電力拖動的基本 原理，以及它與科學實驗、生產(chǎn)實際之間的聯(lián)系。通過學習使學生掌握常用交、直流電機、 變壓器及控制電機的基本結構和工作原理；掌握電力拖動系統(tǒng)的運行性能、分析計算，電 動機選擇及實

2、驗方法等。電機與拖動課程設計是理論教學之后的一個實踐環(huán)節(jié)， 通過完成一定的工程設計任務， 學會運用本課程所學的基本理論解決工程技術問題，為學習后續(xù)有關課程打好必要的基 礎。本設計主要研究他勵直流電動機的反接制動。電樞齒電樞繞組電樞槽極掌電樞磁扼定子磁扼換向極繞組換向極激磁繞組電動結構底腳2他勵直流電動的基本結構圖2他勵直流電動機的基本結構2.1定子直流電機的定子由以下幾部分組成： 主磁極換向磁極（簡稱換向極）機座端蓋2.2轉子電樞鐵心電樞繞組換向器風扇等3他勵直流電動機的工作原理3.1直流電動機的工作原理圖0圖3-1直流電動機的工作原理圖圖中N和S是一對固定不動的磁極，用以產(chǎn)生所需要的磁場。在

3、N極S極之間有一個可以繞軸旋轉地繞組。直流電機的這一部分稱為電樞。如圖3-1所示將電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉軸與機械負載相連，這是便有電流從電源的正極流出，經(jīng)電刷 A流入電樞繞組，然后經(jīng)電刷 B流回電源的負極。載流的轉子（即電樞）導體將受到電磁 力f的作用f BLI a。3. 2他勵直流電動機的運行分析IfIa+圖3-2它勵電動機電樞電路中它勵電動機的電樞和勵磁繞組分別由兩個獨立的直流電源供電。它勵電動機的電路如圖三所示。在勵磁電壓 Uf的作用下，勵磁繞組中通過勵磁電流 I f，從而產(chǎn)生主磁極磁通 。在電樞電壓Ua的作用下，電樞繞組中通過電樞電流 la。電樞電流與磁場 相互作用產(chǎn)

4、生電磁轉矩T ,從而拖動產(chǎn)生機械以某一轉速 n運轉。電樞旋轉時，切割磁感 線產(chǎn)生電動勢E。電動勢的方向與電樞電流的方向相反。在勵磁電路中，勵磁電流在電樞電路中，根據(jù)基爾霍夫定律由此求得電樞電流為根據(jù)電樞轉矩公式，電樞電流還應滿足下式根據(jù)上式可得到轉速用下式表示轉速與轉矩之間的關系為他勵電動機在運行時，如果勵磁電路斷電，I fUf(3-2-1)lfRfUaERala(3-2-2)UaElaRa(3-2-3)laT(3-2-4)CtnEUaRal a(3-3-5)CeCeUaRan2T(3-3-6)CeCeCt0，主磁極只有很小的剩磁，由于機械慣性，勵磁電路斷開瞬間，轉速尚來不及變化，將立即劇減，

5、la立即劇增。仍有一定數(shù)值。電動機將發(fā)生兩種事故：（1） 當la增加的比例小于 減少的比例時，斷電瞬間，T將減小，T Tl，電動機不 斷減速而至停轉，即“悶車”或“堵轉”。這是la過大，換向器和點數(shù)繞組都有被燒壞的 危險。這種情況一般在重載或滿載時容易發(fā)生。（2） 當la增加的比例大于 減少的比例時，斷電瞬間，T將增大，T Tl，電動機不 斷加速直至超過允許值，即“飛車”。這時不僅使換向器和電樞繞組又被燒壞的危險，而 且還會使電動機在機械方面遭受嚴重損傷，甚至危及操作人員的安全。這種情況般在輕載 和空載時容易發(fā)生。4制動原理及機械特性4.1電壓反向反接制動一迅速停機當電動機在電動運轉狀態(tài)下以穩(wěn)

6、定的轉速n運行時候，如圖4-1所示，為了使工作機構迅速停車，可在維持勵磁電流不變的情況下，突然改變電樞兩端外施電壓的極性，并同 時串入電阻，如圖4-2所示。由于電樞反接這樣操作，制動作用會更加強烈，制動更快。 電機反接制動時候，電網(wǎng)供給的能量和生產(chǎn)機械的動能都消耗在電阻Ra+Rb上面。laTUf(a )電動狀態(tài)圖4-1制動前的電路圖圖4-2 制動后的電路圖4-3的特性1，n同時也可以用機械特性來說明制動過程。電動狀態(tài)的機械特性如下圖 與T的關系為EC e n(4-1-1)TCt I a(4-1-2)EU aRaia(4-1-3)CeU aRaiaUaCeRaCeCt(4-1-4)電壓反向反接制

7、動時，n與T的關系為RaRbCeCtT)(4-1-5)其機械特性如圖4-3中的特性2。設電動機拖動反抗性恒轉矩負載，負載特性如圖4-3中的特性3。1T圖4-3反接制動迅速停機過程制動前，系統(tǒng)工作在機械特性1與負載特性3的交點a上，制動瞬間，工作點平移到 特性2上的b點，T反向，成為制動轉矩，制動過程開始。在 T和Tl的共同作用下，轉速 n迅速下降，工作點沿特性2由b移至c點，這是n 0，應立即斷開電源，使制動過程結 束。否則電動機將反向起動，到 d點去反向穩(wěn)定運行。電壓反向反接制動的效果與制動電阻 Rb的大小有關，Rb小，制動過程短，停機快，但制動過程中的但制動過程中的最大電樞電流，即工作于b

8、點時的電樞電流Iab不得超過a max(1.5 2.0)IaN。由圖4-3可知，只考慮絕對值時abUaEbRaRb(4-1-5)式中，Eb=Ea。由此求得電壓反接制動的制動電阻為RbUa巳1 a maxRa(4-1-6)4.2迅速停機串聯(lián)電阻的計算由于lamax取值的不同，導致串入電阻的不同。一般的取值丨ab不得超過丨amax =(5-2.0)l aNo 取 lamaFl.5 I aN,設 PN 22KW , U aN 440V , I aN 65.3 , nN 600r/mi n ,To忽略不計。拖動Tl=0.8Tn的反抗性恒轉矩負載，計算電樞電路中應串入的制動電阻值不 能小于多少？解：由額

9、定數(shù)據(jù)求得U aNPnRaI aNI aN3一c 2210440 -1.5865.3PnI aN22 103336.91V65.3CeE336型 0.562600Ct600.5625.3652 3.14Tn60PN_260nN迅速停機時22000 N ?m 350.32N ?m2 3.14600Tl0.8Tn0.8 350.32N ?m 280.256N ?mIaTl280.256Ct5.36552.24Ua Eb Ra (440 357.46 1.58)4.5262 65.3RbUa RaIa (440 1.58 52.24)V357.46VI amax即電樞電路中應串入的 制動電阻值不能于

10、4.526的電阻。4.3電動勢反向反接制動一下放重物制動前的電路如圖4-4所示，制動后的電路如圖4-5所示。制動時，電樞電壓不反向, 只在電樞電路中串聯(lián)一個適當?shù)闹苿与娮鑂b。機械特性方程邊變?yōu)镽aRbCeCeCt(4-3-1)laUf圖4-4制動前的電路圖圖4-5制動后的電路圖若電動機拖動若電動機拖動位能性恒轉矩負載，則如圖4-6所示。制動前，系統(tǒng)工作在固有特性1與負載特性3的交點a上。制動瞬間，工作點由a平移到人為特性上的b點。 由于T Tl，n下降，工作點沿特性2由b點向c點移動。當工作點到達c點時，T Tc，但Tl Tc，在重物的重力作用下，系統(tǒng)反向起動，工作點由 c點下移到d點，T

11、Tc，系統(tǒng) 重新穩(wěn)定運行。這是n反向，電動機處在制動運行狀態(tài)穩(wěn)定下放重物。在這種情況下制動運行時，由于 n反向，E也隨之反向，由圖可以看出，這時 E與Ua 的作用方向也變?yōu)橐恢?，但?T的方向不變，T與n方向相反，成為制動轉矩，與負載轉 矩保持平衡，穩(wěn)定下放重物。所以這種反接制動稱為電動勢反向的反接制動運行。電動勢反接制動的效果與制動電阻 Rb的大小有關。Rb小，特性2的斜率小，轉速低, 下放重物滿。由圖五知，在d點運行時，為簡化分析，只取各量的絕對值，而不考慮其正 負，則RaRb 曽1 adC(UaCe n)(4-3-2)可見，若要以轉速n下放負載轉矩為Tl的重物，制動電阻應為TC(Ua C

12、e n)TL ToRa(4-3-3)忽略T。，則(Ua Ce n)RaRbTCttL圖4-6反接制動下放重物過程4.4下放重物串聯(lián)電阻的計算由于下放速度n取值的不同，導致串入電阻Rb的不同。取n 300r/min恒速下放重物,設 Pn 22KW,UaN 440V , I aN 65.3 , n” 600r/mi n , To 忽略不計。拖動 Tl 0.8Tn 的位能性恒轉矩負載，計算電樞電路中應串入多大的制動電阻? 解：根據(jù)上一計算的數(shù)據(jù)，求得Tl(UaCEn)Ra5 365(4400.562 300)1.58280.25610.075結論他勵電動機反接制動的特點是:使Ua與E的作用方向變?yōu)橐恢?共同產(chǎn)生電樞電流Ia，于是由動能轉化而來電功率 EIa和電源輸入的電功率Uala 起消耗在電樞電路中。 在電壓反向制動時，強迫電動機朝相反的方向轉動而促進電動機立即停轉。制動時， 在保持勵磁電流條件（方向和值的大小）不的情況下，禾【J用倒向開關將電樞兩端反接在電源 上，此時電樞電流將變成負值，且電流相大Ia 丄三，隨之產(chǎn)生很大的制動性電磁轉Ra Rb矩使電動機停轉。電動勢反向反接制動在保持勵磁電流條件 （方向和值的大?。┎坏那闆r 下，在電路中串聯(lián)一個適當?shù)闹苿与娮瑁罐D速迅速下降至零后再反轉，此時方向改變 E 和Ua同向，兩者共同提供電流la U Ce n，并以速度n下放重物。這里的R