第二章直流电动机的电力拖动.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 直流电动机的电力拖动,第一节 电力拖动系统的运动方程式,第二节 生产机械的负载转矩特性,第三节 他励直流电动机的机械特性,第四节 他励直流电动机的起动,第五节 他励直流电动机的制动,第六节 他励直流电动机的调速,电力拖动是以电动机作为,原动机，,来带动生产机械按,人们所给定的规律运动。,电力拖动系统由,电动机、传动机构、电气控制设备、电源,和,生产机械负载等组成。,学习电动机的目的是为了,使用电动机，,把电动机运用于,拖动控制系统中。,需要用到第一章的基本理论和基本公式来解决,电力拖动系统的起动、制动,和,调速等基本问题。,第一节 电力拖动系统的运动方程式,电力拖动系统有,多种类型，,最简单的系统是,单台电动机,直接与,生产机械同轴连接，称为,单机单轴系统,，简称为,单轴系统,，如图所示。,在多数情况下,，,由于生产机械转速较低或具有直线运动部件,，所以,电动机必须通过,传动机构多根转轴的传动，,才能带动,生产机械运动，称为,单机多轴系统,，简称为,多轴系统,，如图所示。,当电动机与工作机构不同轴时,，,两者之间有,传动机构，,用以,变速,或,变换运动方式。,即实际电力拖动系统中,，,电动机与负载的工作机构间常采用,齿轮传动，蜗轮、蜗杆等传动机构，,使电力拖动系统的轴,不只一根。,在少数场合,，,有两台或多台电动机来带动,一个或多个工作机构，称为,多电动机拖动系统,，简称,多机系统,。,电力拖动系统工作时,，,有些部件是作,直线运动，,如,起重机的吊钩等。,有些部件是作,旋转运动的，,如,齿轮机构等。,分析电力拖动系统的运动规律,，,最主要的任务是要研究,作用在电动机转轴上的转矩,及,负载转矩与电动机转速之间的关系。,包括,稳定运行时的关系,及,处于暂态过程中的关系。,对于单轴系统,较,简单；,对于多轴系统,，,各根转轴的转速和作用于各转轴上的转矩,都不相同，,情况比较,复杂。,一般的分析方法是,先对单轴系统进行,研究，,得出,一般规律。,对于多轴系统,，,则通过折算将其等效成,一个单轴系统，,这样就可以利用单轴系统的规律来分析,多轴系统。,一单轴系统的运动方程式,如图所示，,生产机械的转矩,T,2,是直接作用在,电动机的轴上，所以,电动机轴上所受的总制动转矩为：,T,2,+T,0,=T,Z,（,T,0,为,电动机本身的空载转矩）。,在电力拖动系统中，,通常称,T,Z,为,生产机械的总负载转矩，,即把,T,0,考虑在,负载转矩,T,Z,之中。,这样，,作用在电动机轴上的转矩只有,驱动性质的电磁转矩,T,em,及,制动性质的负载转矩,T,Z,。,当,T,em,T,Z,时,，,转动体的转速就会发生,变化，,产生,角加速度 ，,则转矩方程式为：,T,em,-T,Z,=J式中，,J,为,单轴系统的,转动惯量,（,包括,电动机的转动惯量,和,生产机械的转动惯量），,是衡量,惯性作用的一个物理参数。（单位,kgm,2,）,转动惯量,J,越大，,转动部分的惯性,越大，,改变其角速度,就,越困难。,在工程中,，,常用飞轮矩,GD,2,来表征,转动体的惯性作用，,GD,2,和,J,的关系为：,J=GD,2,/(4g),式中，,g,为,重力加速度，,g=9.8,（,m/s,2,）；,GD,2,为,电动机转子,与,生产机械转动部分的飞轮矩,之和,（单位,Nm,2,），,可从各自的产品目录中,查得。,D,为,转动部分惯性直径（,m,），,G,为,转动部分重量（,N,）。,机械角速度,=2n/60,。,可得单轴系统的运动方程式的实用形式：,T,em,-T,Z,=J =,上式是电力拖动系统的基本运动方程式,，,表征了,电力拖动系统机械运动的普遍规律，,是研究,电力拖动系统各种运动状态的理论基础。,(GD,2,/375)dn/dt,称为,加速转矩,，,其大小和正、负号由,T,em,、,T,Z,的代数和,来决定的,。,如,T,em,、,T,Z,、,n,均为,正时，,可知：,（,1,）,当,T,em,=T,Z,时,，,=0,，,则转速,n,等于,常数，,系统处于,稳定运行状态，,包括,静止状态（,n=0,）。,因此，,要使系统达到,稳定，,必须使,T,em,=T,Z,；,2,）,当,T,em,T,Z,时,，,0,，,则转速,n,在,升高，,系统处于,加速过程中。,因此，,要使电力拖动系统从静止状态,起动运转，,必须使,起动时的电磁转矩,T,em,（,即,起动转矩）,大于,n=0,时的负载转矩,T,Z,。,（,3,）,当,T,em,T,Z,时,，,N,，,即特性,变软；,转速下降,更多。,当,R,不同时,，,理想空载点,不变，,但,值,变化，,R,越大，,对应的,值,越大，,特性,越软。,因此，,电枢回路串电阻的人为特性是,通过理想空载点的,一束直线,。,2,改变端电压的人为特性,为了改变电动机的端电压,U,，,必须采用,电压值可以调节的直流电源，,对该电动机,供电。,常用方法如,由直流发电机供电的,F-D,系统,和,由可控整流电源供电的,KZ-D,系统。,发电机,-,电动机组系统：,他励直流发电机,F,由,三相交流电动机拖动以,n,F,转速旋转，,改变,发电机的励磁电流,I,fF,，,即可改变,其输出电压,U,，,以达到改变,施加于他励直流电动机,D,的端电压值,U,。,可控硅,-,电动机系统：,调节电位器,W,的给定值,，,经触发电路即可改变,可控硅的触发角,，,达到改变,施加于电动机的端电压值,U,。,保持,=,N,（即,I,f,=I,fN,）不变且,R,=0,，,改变,电动机的端电压,U,，所得到的机械特性称为,改变端电压的人为特性,。,表达式为：,式中,n,0,=U/(,C,e,N,),为,端电压改变后的理想空载转速；,由于电动机受耐压的限制,，,不能在,过电压状态下运行，所以,一般都用降低端电压的人为特性,，,也是一条,下降的直线，如图所示。,其特点是：,1,）,理想空载转速,n,0,n,0,，,即比,固有特性的高；,2,）,斜率,N,，,即特性,变软。,四电力拖动系统的稳定运行条件,1,电力拖动系统的平衡状态,如图所示是一个,由他励直流电动机带动,恒转矩负载,的拖动系统的,电动机机械特性,n=f,（,T,em,）,与,负载转矩特性,n=f,（,T,Z,）。,在机械特性与负载转矩特性的交点,A,处,，,T,em,=T,Z,此时，,dn/dt=0,，转速,不变，,电动机的电流,I,a,=T,em,/(,C,T,I,a,)=T,Z,/(,C,T,I,a,),也保持,不变，,则称,该拖动系统处于平衡状态,。,2,电力拖动系统的稳定平衡状态,某电力拖动系统原来处于,平衡状态，,如果由于某种原因,（,如,电压波动、负载变化,或,电机参数的正常调节），,使系统离开了,原来的平衡状态，,但能够在新的条件下自动地达到,新的平衡，,或者,在外界扰动消失后能够恢复到,原来的平衡状态，,则称,该拖动系统原来的运行状态是稳定平衡状态,。,如果不能自动地达到,新的平衡,或,在扰动消失后不能回到,原来的平衡状态，则称,该系统原来的运行状态是平衡状态,，,但,不是稳定的平衡状态,。,对于图中的交点,A,平衡状态,，,如果由于,某种原因，,如端电压突然下降,1%,，,电动机的机械特性也随之,突然下移至特性,2,。,由于机械惯性,，,在端电压突变的瞬间,，,转速来不及,变化，,仍为,n=n,A,，,电动机的工作点从,A,点,突然跳到,B,点。（,U=C,e,n+I,a,R,a,，,使,I,a,下降，,T,em,下降）,此时，,T,em,=T,B,T,Z,，,使系统开始,加速，,I,a,、,T,em,开始下降，,工作点沿特性,1,上升到,A,点，,T,A,=T,Z,，,dn/dt=0,，,n=n,A,，,转速保持,不变，,系统回到原来的平衡状态。,因此，,系统在原来的平衡状态,A,点运行时，是处于,稳定平衡状态,。,对于如图所示的系统,，,设原来也运行于交点,A,，处于,平衡状态。,如果某外界扰动,（,如,电压下降），,使电动机的机械特性突变为,特性,2,时，,由于,n=n,A,不能突变，,工作点突变为,B,点。,由于,B,点的,T,B,T,Z,，,系统开始,加速，,工作点沿特性,2,向上移动，,T,em,越来越大，,dn,/,dt,也,越来越大，,不可能达到,新的平衡点,C,。,即使在加速过程中,，,外界扰动消失了,，,如在,D,点时端电压恢复为,U,N,，,机械特性恢复为,特性,1,，,但电压恢复的瞬间,n=n,D,也不能,突变，,工作点跳至,特性,1,的,E,点，,而,E,点,T,E,T,Z,，,使系统仍然,加速，,工作点沿,特性,1,上升，,结果使,T,em,越来越大，,系统加速度也,越来越大，,不可能回到,原来的平衡状态,A,点。,因此，,此拖动系统是,不能稳定平衡运行的系统。,3,电力拖动系统稳定运行的条件,可以证明电力拖动系统稳定运行的条件为：,1,）,电动机的机械特性与生产机械的负载转矩特性必须有,交点（,必要条件,）；,2,）,在交点处满足,：,T,Z,n,E,a,=U,N,-I,a,R,a,I,a,T,em,T,em,=T,Z,n=n,N,）,但是，,要使系统获得,较大的加速度而顺利起动，,在起动时，必须先加,大的励磁,且使,I,f,=I,fN,。,T,st,=C,T,I,st,即要使,T,st,较大，,而,I,st,又不能,太大，,所以先要加足,磁场，,使,=,N,，,再接通,电枢电源，,产生,T,st,，,电动机,开始起动。,(,若无,，则,T,st,=0,，无起动转矩,T,st,=0,，,T,st,T,Z,，,电动机加速度,dn,/,dt,0,，,保证电动机,能够起动，,且起动过程时间,较短，,以提高,生产率。,2,）,起动电流的起始值,I,st,不能太大，,否则使,换向,困难，,产生,强烈火花，,损坏,电动机；,还会产生,转矩冲击（,T,st,太大），,影响,传动机构。,3,）,起动设备与控制装置,简单，可靠，方便。,起动条件,互相联系又互相制约，,应结合具体情况,进行取舍。,任何一种起动方法,，,最根本的原则是,确保,足够大的起动转矩,和限制,起动电流。,所以,每种起动方法均应保证有,足够大的磁通。,直接起动方法特点是：,不必另设,起动设备，,起动转矩,大，,但起动电流,大。,2,降压起动,起动时，先加上,励磁电压,U,f,，,保持,励磁电流,I,f,为额定值不变。,降低端电压,U,，,使,I,st,=U,/,R,a,（,1.52.0,）,I,N,，,且,T,st,=C,T,N,I,st,（,1.52.0,）,T,N,。,在不大的起动电流下,，,使系统顺利起动。,随着转速的升高,，,反电动势,E,a,=C,e,N,n,增大，,电枢电流,I,a,=,(U-E,a,)/R,a,开始下降，,电磁转矩,T,em,下降，这时，,为了保持,起动过程中电磁转矩较大,，,电枢电流在一定范围，,可以逐渐升高,端电压,U,，,使,I,a,、,T,em,回升，,直至,U=U,N,，,起动完毕,。,若不逐渐升高,U,，,则,n,增加时，,E,a,增加，,I,a,减小，,T,em,减小，,起动时间,长。,根据起动条件，可以确定,起始电压,U,的大小，,即,U,（,1.52.0,）,I,N,R,a,这种起动方法的特点是：,起动平稳，起动电流小，起动过程中的能量损耗小但需专用电源，设备投资较大。,3,电枢回路串电阻起动,起动前，先把起动变阻器的电阻调到,最大值，,加上,励磁电压,U,f,，,保持,励磁电流,I,f,为额定值不变。,再接通,电枢电源，,电动机开始,起动。,随着,转速的升高，,I,a,、,T,em,开始减小，,可以逐级切除,起动电阻，,使,I,a,、,T,em,回升，,直至全部切除,起动电阻，,起动完毕,。（,I,a,=,(U-,E,a,)/,（,R,a,+R,）,额定功率较大的电动机一般采用,分级起动的方法，,以保证,起动过程中,既有,比较大的起动转矩，,又使,起动电流不会超过允许值。,根据起动条件，可确定,起始串入电阻的大小，即,I,a,U,N,/(,R,a,+R,),R,=U,N,/(1.52.0)I,N,)-R,a,如图所示为,电枢回路串三级起动电阻原理图。,起动时，接入全部起动电阻,，,并加上,额定电压,U,N,，,则瞬时起动电流为,：,(n=0,，,E,a,=0),I,1,=U,N,/(R,3,+R,2,+R,1,+R,a,)=U,N,/R,3,其中，,R,3,=R,3,+R,2,+R,1,+R,a,，为,全部起动电阻均接入时的电枢回路总电阻。,与,R,3,对应的人为特性,如图的,n,0,ba,线，,与横轴的交点,a,为,起动转矩,T,1,=C,T,N,I,1,。,只要合理选择,R,3,+R,2,+R,1,的阻值，,可使,I,1,=,（,1.52.0,）,I,N,，,T,1,=,（,1.52.0,）,T,N,T,Z,，,系统可以,安全顺利起动。,随着转速的升高,，,E,a,增大，,使,I,a,=,(U-E,a,)/R,a,减小，,T,em,=C,T,N,I,a,也减小，,工作点沿着,特性,abn,0,上移。,当,T,em,减小到,b,点，,T,em,=T,2,=(1.11.2)T,N,时，,为了得到,较大的加速度，,可将触点,C,3,闭合，,把,R,3,切除，,则电枢回路电阻突变为,R,2,=R,2,+R,1,+R,a,，,对应的人为特性为,n,0,dc,。,由于,切换时转速,n=n,b,不能突变，所以,工作点突变为,c,点。,如果各级起动电阻,设计得当，,可以做到,T,c,=T,1,，,系统又获得,较大的加速度，,而电流仍与,I,1,相等，,不会,过大。,当工作点沿,cdn,0,上移到,d,点,即,T,em,=T,2,时，,触点,C,2,闭合，,把,R,2,切除，,则电枢回路电阻突变为,R,1,=R,1,+R,a,，,对应的人为特性为,n,0,fe,，,工作点突变为,e,点，,电动机又得到,较大的加速度。,当工作点沿,efn,0,上移到,f,点,即,T,em,=T,2,时，,触点,C,1,闭合，,把,R,1,切除，,工作点从,f,突变至,固有特性,ghn,0,的,g,点，,电动机又得到,较大的加速度，,工作点沿,ghn,0,上升至,h,而稳定，,起动过程,结束。（,T=T,Z,，,n=n,h,）,此方法特点是：,耗能大，不经济，但所需的起动设备不多。,二他励直流电动机分级起动电阻的计算,起动电阻的分段数,m,、最大起动电流,I,1,与切换电流,I,2,的大小是根据,生产过程,与,起动要求,来选定的,。,最大起动电流一般为,I,1,=,（,1.52.0,）,I,N,或,最大起动转矩为,T,1,=,（,1.52.0,）,T,N,；,为保证一定的加速转矩，减少起动时间,，,切换电流,I,2,必须大于,稳态负载电流,I,Z,=T,Z,/(C,T,N,),，,一般取切换电流为,I,2,=,1.11.2,）,I,N,或,I,2,=,（,1.11.2,）,I,Z,，,切换转矩为,T,2,=,（,1.11.2,）,T,N,或,T,2,=,（,1.11.2,）,T,Z,。,I,Z,为,起动时所带负载对应电枢电流值；,若未知，可以用,I,N,代替。,T,Z,为,起动时所带负载转矩。,若,T,Z,未知，可以用,T,N,代替。,I,2,越小，,m,越少,，,但起动过程中，,电流的变化范围大,，,转矩脉动大,。,如图中，由于,n,f,=n,g,，则,E,f,=C,e,N,n,f,=E,g,，即：,U,N,-I,2,R,1,=U,N,-I,1,R,a,则有,：,I,1,/I,2,=R,1,/R,a,同理可得：,n,d,=n,e,，则,E,d,=C,e,N,n,d,=E,e,，,U,N,-I,2,R,2,=U,N,-I,1,R,1,I,1,/I,2,=R,2,/R,1,n,b,=n,c,，则,E,b,=C,e,N,n,b,=E,c,，,U,N,-I,2,R,3,=U,N,-I,1,R,2,I,1,/I,2,=R,3,/R,2,有：,R,3,/R,2,=R,2,/R,1,=R,1,/R,a,=I,1,/I,2,=,式中，,=I,1,/I,2,（或,T,1,/T,2,）为,起动电流比（,或,起动转矩比）。,对于,m,级起动的一般情况有：,R,m,/R,m-1,=R,2,/R,1,=R,1,/R,a,=I,1,/I,2,=,式中，,R,m,=,R,m,+,+R,2,+R,1,+R,a,为,第,m,级起动（,即,起动电阻全部接入）时的电枢回路总电阻；,R,2,=R,2,+R,1,+R,a,第,2,级,R,1,=R,1,+R,a,第,1,级,可得各级电枢回路总电阻,：,R,1,=R,a,R,2,=R,1,=R,a,2,R,m,=,R,m-1,=,R,a,m,可得到起动电流比,=,对,m,=,R,m,/,R,a,两边取对数，,得到级数,m=,若得到的,m,不是,整数，,可以取,相近整数。,则各级起动电阻为：,R,1,=R,1,-R,a,=(-1)R,a,R,2,=R,2,-R,1,2,-)R,a,=R,1,R,m,=R,m,-R,m-1,=(,m,-,m-1,)R,a,=,m-1,R,1,若已知,、,R,a,、,m,，,可以算出,各级电阻,R,i,。,计算各级起动电阻值的步骤：,1,）,根据电动机名牌数据,，,估算电枢回路电阻,R,a,，,R,a,=,(U,N,I,N,-P,N,)/(2*I,N,2,),2,）,选取最大起动电流,I,1,，,取,I,1,=,（,1.52.0,）,I,N,，,算出电枢最大起动电阻,R,m,=U,N,/I,1,；（第,m,级电枢回路总电阻）,3,）,如分级数,m,未定,，,则应先确定,m,数,。,初选切换电流,I,2,，取,I,2,=1.11.2,）,I,N,或,I,2,=,（,1.11.2,）,I,Z,，,初得起动电流比,=I,1,/I,2,，,初得,m=,ln,(,R,m,/,R,a,)/,ln,，,取,接近整数值，,即为,分级数,m,；,4,）,若,m,是取相近整数,，,则需要重新计算,。,反计算起动电流比,=,，,然后算出实际值,I,2,=I,1,/,，,并校验,I,2,的大小，符合,I,2,=,（,1.11.2,）,I,N,或,I,2,=,（,1.11.2,）,I,Z,。,若,I,2,不符合,，,应重新选择,m,值。,若,I,2,太小,，,应增大,m,值，以减小,值，,使,I,2,增大。,5,）,将,值代入公式，,算出各级起动电阻值,R,i,。,R,m,=R,m,-R,m-1,=(,m,-,m-1,)R,a,=,m-1,R,1,若分级数,m,已定,。,则选择,I,1,，,算出,R,m,，,将,R,m,、,m,、,R,a,代入公式,=,，,算出,值，,然后算出,I,2,=I,1,/,，,并校验,I,2,的大小。,以后同前,（,4,、,5,步）。,例：某,他励,直流电动机额定数据为：,P,N,=21kW,，,U,N,=220V,，,I,N,=115A,，,n,N,=980r/min,。,负载电流为,I,Z,=92A,，,最大起动电流,不超过,2I,N,，,试求,分级起动数,m,及各段起动电阻值,Ri,。,解：,估算电枢电阻：,R,a,=,(U,N,I,N,-P,N,)/(2*I,N,2,),=(220*115-21*103)/(2*1152),=0.163,取最大起动电流,I,1,=2I,N,=2*115=230A,则：,R,m,=U,N,/I,1,=220/230=0.957,m,未知,。,初取切换电流,I,2,=1.2I,Z,=1.2*92=110A,则,起动电流比,=I,1,/I,2,=230/110=2.09,得级数,m=ln,(,R,m,/,R,a,)/,ln,=ln,(0.957/0.163)/ln2.09,=2.4,取,m=3,，则,校验,I,2,=I,1,/=230/1.804=127A1.2I,Z,=110A,所以，,m=3,是,合适的，则,各级电枢回路总电阻：,R,1,=R,a,=1.804*0.163=0.294,R,2,=,2,R,a,=1.8042*0.163=0.530,R,3,=,3,R,a,=1.8043*0.163=0.957,各级起动电阻：,R,1,=R,1,-R,a,=0.294-0.163=0.131,R,2,=R,2,-R,1,=0.530-0.294=0.236,R,3,=R,3,-R,2,=0.957-0.530=0.427,返回,第五节 他励直流电动机的制动,电动机的停车方法有：,1,）自由停车：,断开电源,，,I,a,=0T,em,=0,，,在总负载转矩,T,Z,的作用下,，,转速降至,停车。,此方法,，停车时间长，特别是在空载（,T,Z,=T,0,小）时，,|dn,/,dt|,很小，所需时间更长。,（,I,a,=0,，,T,em,=0,，,-,T,Z,=kdn,/,dt,0,）,08.10.9.,（自动化,06A,）,2,）机械制动：,断开电源,，,I,a,=0,，,T,em,=0,，,利用机械摩擦获得,制动转矩,T,m,的方法（抱轴），,|dn,/,dt|,增大。,此方法,，更快速停车，有机械磨损。,（,-,（,T,Z,+T,m,）,=kdn,/,dt,0,）,3,）电气制动：,靠电动机本身产生一个与转速,n,转向相反的电磁转矩,T,em,，,成为,制动转矩，,使系统,快速停车,或,使位能性负载稳速下放。,|dn,/,dt|,增大。,此方法,，更快速停车，无机械磨损，容易实现自动控制。,（,-,（,T,Z,+T,em,）,=kdn,/,dt,0,）,其特点是：,它从轴上吸收,机械能,转换成,电能（,消耗在,电机内部,或,反馈回电网），,其电磁转矩,T,em,与,转速,n,方向,相反,，,是,制动性质。,电动机的这种运行状态称为,制动状态,。,他励直流电动机制动运行时,，,一般是保持,磁通,的大小与方向,不变,。,当需要快速停车时,，,由于转向,未变，所以,必须使,I,a,反向，,才能使,T,em,与,n,相反；,(,T,em,=C,T,N,I,a,),当需要将位能性负载稳速下放时,，,由于,n,反向，所以,I,a,即,T,em,的方向必须与,电动状态（即提升）时的方向一致，,才能达到,制动的目的。,分析时，仍采用,该机原电动状态时的正方向规定、基本方程式、机械特性表达式，,只是各物理量的大小及正负,，,由,各制动方式的实际情况,而定,。,一能耗制动,1,能耗制动的原理与方法,如图所示是,他励直流电动机能耗制动原理图，,电动状态时各量的正方向,如图所示。,该机进行能耗制动的方法是：,保持励磁电流,I,f,的大小及方向,不变，,将电源开关,倒向,R,z,，,使电枢从,电网脱离，,而经制动电阻,R,z,闭合。,参数特点是,：,=,N,，,U=0,，,且,电枢回路总电阻为,R=R,a,+,R,z,。,带入电动状态时的电动势平衡方程式,：,0=E,a,+I,a,(,R,a,+,R,z,),可得到制动时的电枢电流为：,I,a,=-E,a,/(R,a,+,R,z,)=-,C,e,N,n/(R,a,+,R,z,)0,制动初瞬,，,由于惯性,，,n,来不及,变化，方向也不变。,则,I,a,0,，,使,T,em,0,，反向，,系统在,T,Z,与,T,em,（,=C,T,N,I,a,）的共同制动下,，,减速,n,，,I,a,，,T,em,，,直至停车,（,n=0,，,T,em,=0,）T,Z,+T,em,）,=kdn,/,dt,0,时,，,T,em,0,；,当,n=0,时,，,T,em,=0,；,当,n0,；,所以，,能耗制动的机械特性是一条,通过原点穿过第二,和,第四象限的直线，如图所示的,BOF,线。,对应于两种制动状态：,（,1,）能耗制动停车过程,设电机原来运行于,电动状态固有特性的,A,点。,制动初瞬时,，,由于,n=n,A,来不及,变化，所以,工作点突变跳到与,R,z,相对应的,BOF,线上的,B,点。这时，,电枢电流,I,a,0,，,电磁转矩,T,em,0,，而,转速从,n,A,至零的整个制动过程中,（,n,为正,），,无论是,反抗性,或,位能性负载，,T,Z,的方向,均不改变。因此，,在,T,em,与,T,Z,的共同制动作用下,（,-,（,T,Z,+T,em,）,=kdn,/,dt,0,），,系统,很快减速，,工作点沿,BO,段,下移，,直至,n=0,。,08.10.13.,（自动化,06B,）,制动电阻,R,z,的作用是,将制动电流初瞬最大电流,I,1,限制在,允许范围内。,可知，制动初瞬的最大电流为：,E,A,=E,B,I,1,=I,B,=-E,A,/(,R,a,+R,z,),=-,C,e,N,n,A,/(,R,a,+R,z,),=I,a,式中，,C,e,N,n,A,=E,A,，为,电动状态时,A,点所对应的电枢电动势。（,即制动前的电枢电动势）,n,A,为,制动前的转速（电动状态时）。,可得到制动电阻为：,R,z,=,-C,e,N,n,A,/I,1,-R,a,若近似地取,E,A,=U,N,-,I,N,R,a,U,N,，,则,I,1,-U,N,/(,R,a,+R,z,),如果制动电阻,R,z,=0,，,即,不串入制动电阻，,则,I,1,-U,N,/R,a,，相当于,直接起动电流，,这是,不允许的。,R,z,值越大,，,则制动初瞬的冲击电流,I,1,越小，但是,z,越大，,特性,越陡，平均制动转矩,T,em,越小，,制动时间,越长。,R,z,值越小,，,则制动初瞬的冲击电流,I,1,越大，但是,z,越小，,特性,越平坦，平均制动转矩,T,em,越大，,制动时间,越短。,通常选取,I,1,为,额定电流,I,N,的,2,倍，,将,I,1,=-2I,N,带入,上式，,可求出所需的,R,z,值,。,即制动电阻为：,R,z,=,-C,e,N,n,A,/(-2I,N,)-R,a,=C,e,N,n,A,/(2I,N,)-R,a,当工作点沿,BOF,线下移至,转速,n,较低时，,对应的,T,em,也很小，,制动效果,很差。,通常在转速很低时,，,借助电磁抱闸,，,使系统,准确停车。,能耗制动停车的特点是：,当,n=0,时,，,T,em,=0,。,对于反抗性负载采用能耗制动,，,能可靠停机,，,T,em,=0,，,不会重新,反向起动。但是，,n,较低时,，,T,em,较小,，,制动效果,较差。,对于位能性负载,，,制动到,n=0,，,T,em,=0,时，,应采取,其他方法停车，,如,抱轴，,否则，由于,n=0,，,T,em,=0,时，,T,Z,0,，,系统会,反转起来，,即,n0,，下放。,能耗制动停车能量关系：（,BO,段）,I,a,0,E,a,0,E,a,I,a,0,从轴上输入,机械能,转换成,电能，,消耗在,电枢回路电阻（,R,a,+R,z,）上。,（,2,）位能性负载稳速下放,如果是位能性负载,，,能耗制动至,n=0,时，,虽然,T,em,=0,，但是，,重物的负载转矩,T,Z,0,大小和方向,均不变重物的下降，迫使,电机反转，,n0,，,电磁转矩方向与,电动状态,即,提升时一致，,对重物下放起,制动作用。（,T,em,与,n,方向相反）,此时，,T,em,0,U=0,I,a,U=0,不吸收,电网电能。,n0,E,a,0,E,a,I,a,T,em,，,n,下降，,T,em,回升，,工作点沿,BC,段,下移，,直至,n=0,。,转速从,n,A,到零的过程中,，,T,em,与,n,方向均未变（为正），所以,还是正向电动状态,，,只是,提升速度越来越慢。,在,C,点,，,T,Z,T,em,，,T,Z,的方向,不变（为正），,在重力的作用下，使重物开始,下放，,工作点沿,CD,段,下移，,进入第四象限。这时，,T,em,0,，,n0,，,T,em,与,n,的方向,相反,，,起制动作用,。,n,反向,增加，,T,em,增加，,下放加速到,D,点时，,T,em,=T,Z,相平衡，,系统以,n,d,的速度,稳速下放。,其,机械特性不变，即为：,可得稳定下放的速度为：,0,式中，,I,z,=T,z,/(C,T,N,),，为,稳定下放时的电枢电流。,如果不计传动机械的损耗，,则下放时稳态电枢电流,I,z,与,提升（即电动状态）时,A,点的稳态电枢电流,相等,。,可知，当,R,z,值选择得当时,，,可使,n,z,0,。所以，,用电动势反向的反接制动使,重物下放时，,可以获得,极低的稳定下放速度。,R,z,越大，,n,Z,越大,。,此制动方法,，,虽然电枢,不反接，,也不,切断电源，,但在第四象限的,CD,段仍具有,反接制动的特点。,而且此时的电枢电动势,E,a,=C,e,N,n,0,，,I,a,0,，,E,a,0,，,n0,，,从电网吸收,电能；,E,a,I,a,0,，,轴上机械能转换成,电能；,即,从电网吸收的电能及轴上机械能转换成的电能都消耗在,电枢回路的电阻,(,R,a,+R,z,),上。,2,电压反向的反接制动,（,用于快速停车,）,如图所示是,他励直流电动机电压反接制动的原理图。,该机原来运行在,电动状态时，,各量正方向,如图所示。,电压反接制动的方法是：,保持,I,f不变（,不变），,将开关向下,合闸，,使电枢经制动电阻,R,z,反接于,电网上。,其参数特点是：,=,N,，,U=-U,N,，,且,电枢回路总电阻为,R=R,a,+,R,z,。,带入电动状态时的电动势平衡方程式：,-,U,N,=E,a,+I,a,(,R,a,+R,z,),可得到制动时的电枢电流为：,I,a,=,(-U,N,-,E,a,)/(,R,a,+R,z,),=(-U,N,-,C,e,N,n,)/(,R,a,+R,z,)0,制动初瞬,，,由于惯性,n,来不及,变化（,n,为正），,方向,也不变。,则,I,a,0,，,使,T,em,0,，反向，,系统在,T,Z,与,T,em,（,=C,T,N,I,a,）的共同制动下,（,-,（,T,Z,+T,em,）,=kdn,/,dt,0,），,很快减速,n,，,I,a,，,T,em,，,直至,停车（,n=0,，,T,em,0,）。,（,当,n=0,时,，,I,a,=,(-U,N,)/(,R,a,+R,z,)0,，,T,em,=T,c,=,C,T,N,I,a,0,）,由于,T,em,与,n,方向,相反,，所以是,制动状态,。,由于制动过程中,，,端电压,U,极性与,原电动状态时相反，所以称为,电压反向的反接制动,。,将电压反向制动的参数特点带入,电动状态时的机械特性表达式，,可得到电压反向时的机械特性为：,式中，,z,=,(,R,a,+R,z)/(,C,e,C,T,N,2,),，为,电压反接制动时机械特性的斜率。,n,0,=U,N,/(,C,e,N,),，为,电动状态固有特性的理想空载转速。,其机械特性,如图所示，其中，,特性,2,为,电压反向,且,R,z,=0,的固有特性，,特性,3,为,电压反向,且,电枢回路串,R,z,的人为特性。,可知，电压反向后,，,机械特性是一条,穿过第二、三、四象限的直线，,其理想空载转速,n,0,=-n,0,。,在三个象限中,，,分别对应三种状态：,（,1,）反接制动停机状态,（快速停车）,如果原来运行于,电动状态的,A,点，,电枢反接后,，,特性变为,BCE,，但是,n=n,A,不能,突变，,瞬时使工作点突变为,B,点，,对应的,T,em,0,，但,n,转向及,T,Z,的方向,均未变，,在,T,em,与,T,Z,的共同制动下,，,系统开始,减速，,工作点沿,BC,段,下移，,直至,C,点,停机。,只有,BC,段才符合,反接制动的特点，所以，,电压反向反接制动的机械特性只有,BC,段。（,即从电网吸收电能，并从轴上输入机械能转换为电能,，,共同消耗在,电枢回路电阻,R,a,+R,z,上。）,R,Z,的作用也是,为了将起始制动电流,I,1,限制在允许的范围内。,可得反接制动初瞬（即,B,点）的电枢电流为：,I,1,=(-U,N,-,C,e,N,n,A,)/(,R,a,+R,z,),取起始最大电流,I,1,=-2I,N,，带入上式，,可得到所需的制动电阻,R,z,值，即,R,z,=,(-U,N,-,C,e,N,n,A,)/(-2I,N,)-,R,a,=(,U,N,+C,e,N,n,A,)/(2I,N,)-,R,a,C,e,N,n,A,为,制动前电动势，,n,A,为,制动前转速。,比较可知,，,对于,相同的起始制动电流值,I,1,，,反接制动所需的制动电阻,R,z,约为,能耗制动的,2,倍。,(,因为,U,N,C,e,N,n,A,),由图可知，,在转速从,n,A,到零的整个制动过程中,，,电磁制动转矩,T,em,都很大，且,当转速接近零时,，,仍有一个很大的制动转矩,T,c,=-C,T,N,U,N,/(,R,a,+R,z,),，,制动效果比,能耗制动好，,可用于,快速停机。,但是，,正因为,n=0,时,，,T,em,=T,c,0,，因此，,如果仅要求,制动停机的话，,应在转速降到零时,，,立即切断,电源。,否则在,T,c,的作用下,，,系统有可能,反向起动。,n=0,时，切断电源,，,U=0,，,I,a,=,(-U,N,)/(,R,a,+R,z,)=0,，,使,T,c,=,C,T,N,I,a,=0,。,（,对位能性负载,切断电源后还应抱轴。）,电压反向的反接制动能量关系：,（,BC,段）,U=-U,N,0,I,a,0,，,E,a,0,。,I,a,U,0,从电网吸收,电能；,E,a,I,a,|T,z,|,时，,系统就会,反向起动，,工作点沿,CDn,0,下移而进入,第三象限。,T,c,0,，,T,z,0,。,由于在第三象限中,，,n0,且,T,em,0,，这时,T,em,与,n,的方向,一致,，,是,驱动转矩,，所以,电动机处于,反向旋转的电动状态,。,反向起动后,，,负载转矩,T,z,也,随之反向，,变成,T,z,0,，,交点,D,就是,反向电动状态的稳定运行点。,n,反向增大时,，,T,em,反向,减小，,到,T,em,=T,Z,时，,电动机稳定在,D,点,反向电动状态运行。,所以，,对于要求快速停机,，,而且随后即反向起动的场合,，,采用电枢反接的反接制动是,较合适的。,2,）,对于位能性负载,，,在,n=0,时,，,不切断,电源的话，,系统必然会,反向起动（,即,重物开始下放）。,T,em,0,，,T,z,方向,不变（为正），,在,T,em,与,T,z,的共同驱动下,（,-,（,T,z,+T,em,）,=kdn,/,dt,0,），,系统不断,加速，,加速过程持续到,n=n,0,点时，,T,em,=0,，,但在,T,z,的作用下,（,-,（,T,z,）,=kdn,/,dt,|n,0,|,，从而,进入,第四象限。,（,对位能性负载,，,不可能在第三象限,稳定运行，,即不可能工作在,反向电动状态。）,（,3,）回馈制动状态,（高速下放）,继上述位能性负载的下放速度,|n|n,0,|,，,而进入,第四象限后，,工作点沿,n,0,E,下移。这时,T,em,0,，,其方向与,电动状态时相同，所以,对重物的下放起,制动作用。,n,反向,增大时，,T,em,正向,增大，,当下放加速到,交点,E,时，,T,E,=T,z,，,系统达到,新的平衡状态，,重物以,n,E,的速度,稳速下放。,08.10.14.,（自动化,06A,）,回馈制动能量关系,：（,n,0,E,段）,U=-U,N,0,，,n0,，,E,a,0,I,a,U,0,向电网回送,电能；,E,a,I,a,|n,0,|,，,E,a,=C,e,N,n,，,-U,N,=C,e,N,n,0,