《电机控制及拖动技术》课第3单元课程单元教学设计
（2012～ 2013学年第1学期）
单元名称：直流电动机的拆装
所属院部：工程学院
制定人：郭光振
合作人：张风明
制定时间： 2012年8月20日
聊城职业技术学院
电机控制及拖动技术课程单元教学设计
案例
和
教学
材料
（指教材或讲义、课件、参考资料、仪器、设备等）
一、直流电机到底是如何转起来的呢？（直流电机
的原理）（启发教学）（PPT及实物演示）
图中、为一对固定的磁极，是装在可
以转动的圆柱体表面上的一个线圈称为电枢，把线
圈的两端分别接到两个圆环（称为滑环）上，在滑
环上分别放上两个固定不动的由石墨制成的电刷
和。通过电刷和把旋转着的电路与外
部电路相联接。载流导体、上受到的电磁力为
导体受力的方向用左手定则确定，导体的受力方向是从右向左，导体的受力方
向是从左向右，如图所示。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转
电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，电枢一经转动，由于换向器配合电刷
对电流的换向作用，直流电流交替地由导体和流入，使线圈边只要处于极下，其中通过电流的方向总是由电刷流入的方向，而在极下时，总是从电刷流出的
方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的
转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。
二、电机的初步拆装操作（边拆边讲直流电机的结构及物理参数）（PPT及挂图）
1、结构：
直流电机是由静止的定子部分和转动的转子部分构成的，定、转子之间有一定大小的间隙（以后称为气隙）。
1、定子部分：直流电机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。
（1）主磁极又称主极。在一般大中型直流电机中，主磁极是一种电磁铁。
（2）换向极容量在1kw以上的直流电机，在相邻两主磁极之间要装上换向极。换向
极又称附加极或间极，其作用为了改善直流电机的换向。
1—换向器；2—电刷装置；
3—机座；4—主磁极；
5—换向极；6—端盖；
7—风扇；8—电枢绕组；
9—电枢铁心
（3）机座一般直流电机都用整体机座。所谓整体机座，就是一个机座同时起两方面
的作用：一方面起导磁的作用，一方面起机械支撑的作用。
（4）电刷装置电刷装置是把直流电压、直流电流引入或引出的装置。
2、转子部分：直流电机转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。
（1）电枢铁心电枢铁心作用有二，一个是作为主磁路的主要部分；另一个是嵌放电枢绕组。
（2）电枢绕组它是直流电机的主要电路部分，是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换。
（3）换向器在直流发电机中，它的作用是将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势；在直流电动机中，它将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流。
2、物理参数：
当电机带上负载后，电枢绕组中就有电流流过，在电机磁路中，又形成一个磁通势，这个磁通势称为电枢磁通势。因此，负载时的气隙磁场将由励磁磁通势和电枢磁通势共同作用所建立。电枢磁通势的出现，必然会影响空载时只有励磁磁通势单独建立的磁场，有可能改变气隙磁密分布及每极磁通量的大小。通常把负载时电枢磁通势对主磁场的这种影响称为电枢反应，电枢反应对直流电机的运行性能影响很大。电枢磁通势如何影响电机中的主磁场呢？
电枢磁通势是由电枢电流所产生的，从对电枢绕组的分析可知，不论什么型式的绕组，其各支路中的电流是通过电刷引入或引出的。在一个极下元件边中电流方向是相同的，相邻的不同极性的磁极下元件边中电流方向总是相反的。因此，电刷是电枢表面电流分布的分界线。在电枢磁通势的作用下，电刷在几何中性线上时的电枢磁场分布如图所示。
由于电刷和换向器的作用，尽管电枢是旋转的，但是每极下元件边中的电流方向是不变的，因此电枢磁通势以及由它建立的电枢磁场是不动的。电枢磁场的轴线总是与电刷轴线重合，并与励磁磁通势产生的主磁场轴线相互垂直。
现在研究电枢磁通势的大小和电枢磁场的磁密沿电枢表面分布的情况。首先讨论一个元件所产生的电枢磁通势。
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 b ， 并设计求出在已知制动电阻R b 采用稳定下放重物时的转速n。 已知一台他励直流电动机P N =22kW,U aN =220V，I aN =115A,n N =1500r/min.I amax =230A,T 忽略不计。 （1）拖动T L =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 b ？ （2）拖动T L =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 b ？ 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)
烟台南山学院 电机与拖动课程设计题目直流电动机的反接制动 姓名： XXX 所在学院：计算机与电气自动化学院 所学专业：自动化 班级：自动化XXXX 学号： XXXXXXXXXXX 指导教师：XXX 完成时间： 2013.12.20
目录 绪论 (1) 第一章直流电动机的制动 (2) 1.1 制动的定义 (2) 1.2 制动的目的 (2) 1.3 制动的分类 (2) 1.4 各种制动的特点 (2) 第二章直流电动机反接制动的工作原理 (3) 2.1 电压反向反接制动——迅速停机 (3) 2.1.1 制动原理 (3) 2.1.2 机械特性 (3) 2.1.3 特性分析 (4) 2.1.4 适用场合 (5) 2.2 电动势反向反接制动——下放重物 (5) 2.2.1 制动原理 (5) 2.2.2 机械特性 (5) 2.2.3 特性分析 (6) 2.2.4 适用场合 (7) 第三章反接制动制动电阻的计算 (8) 3.1 电枢电阻的计算 (8) 3.2 相关参数的计算 (8) 3.3 迅速停机 (8) 3.4 下放重物（以800r/min下放重物） (8) 结论 (9) 总结 (10) 参考文献 (11)
绪论 直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其优良的起动、调速和制动性能而在电力拖动中得到广泛应用。 直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。 直流电动机有三种制动状态：能耗制动、反接制动(电压反向反接和电动势反向反接)和回馈制动。 本文在直流电动机的结构与工作原理的基础上，给出了电机制动的定义，对电机制动的方法进行了简单介绍，并着重介绍了他励直流电动机反接制动的工作原理、特点及使用条件。
电动机全波能耗制动控制电路（附图） 电动机全波能耗制动控制电路原理图 很多生产机械都希望在停车时有适当的制动作用，使运动部件迅速停车。停车制动有机械制动和电气制动等多种方法。能耗制动是一种应用很广泛的一种电气制动方法。 能耗制动就是将运行中的电动机，从交流电源上切除并立即接通直流电源，在定子绕组接通直流电源时，直流电流会在定子内产生一个静止的直流磁场，转子因惯性在磁场内旋转，并在转子导体中产生感应电势有感应电流流过。并与恒定磁场相互作用消耗电动机转子惯性能量产生制动力矩，使电动机迅速减速，最后停止转动。 1、合上空气开关QF接通三电源
2、按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，主触头闭合电动机接入三相电源而启动运行。 3、当需要停止时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，其主触头全部释放电动机脱离电源。 4、此时，接触器KM2和时间继电器KT线圈通电并自锁，KT开始计时KM2主触点闭合将直流电源接入电动机定子绕组，电动机在能耗制动下迅速停车。 另外，时间继电器KT的常闭触点延时断开时接触器KM2线圈断电，KM2常开触点断开直流电源，脱离电源及脱离定子绕组，能耗制动及时结束，保证了停止准确。 5、该电路的过载保护由热继电器完成 6、互锁环节： ⑴ KM2常闭触点与KM1线圈回路串联，KM1常闭触点与KM2线圈回路串联。保证了KM1与KM2线圈不可能同时通电，也就是在电动机没脱离三相交流电源时，直流电源不可能接入定子绕组。 ⑵按纽SB1的常闭触点接入KM1线圈回路，SB1的常开触点接入KM2线圈回路，这是按纽互锁也保证了KM1、KM2不可能同时通电，与上面的互锁触点起到同样作用。 7、直流电源采用二极管单相桥式整流电路，电阻R用来调节制动电流大小，改变制动力的大小。 电动机全波能耗制动控制接线示意图
淮阴工学院 课程设计说明书 作者: 俞晨羲学号：1121106125 学院: 机械工程学院 专业: 机械电子工程 题目: 三相异步电动机能耗制动系统设计指导者：高荣殷永华
目录 1 引言................................................. 错误！未定义书签。 2 能耗制动线路设计..................................... 错误！未定义书签。2.1能耗制动的基本原理.. (2) 2.2 能耗制动主体电路介绍 (2) 2.3能耗控制电路初选及改进 (4) 3能耗控制电路参数计算 (7) 3.1能耗制动状态机械特性 (7) 3.2三相异步电动机机械特性的三种表达式 (7) 3.3有关参数的计算 (9) 结束语 (10) 参考文献 (11)
1 引言 三相异步电机转子结构有笼型和绕线式两种。定子由定子铁芯，定子绕组和机座三部分构成。定子铁芯的作用作为电机磁路的一部分和嵌放定子绕组。铁芯一般采用导磁性良好，比损耗小的0.5mm厚的低硅钢片叠成。定子绕组是电机的电路，其作用是感应电动势，流过电流。定子绕组在槽内部分与铁芯间绝缘。转子由铁芯，转子绕组和转轴构成。转子铁芯是电机磁路的一部分，一般由0.5mm硅钢片冲制后叠压而成。转轴起支撑转子铁芯和输出机械转矩的作用。转子绕组有笼型和绕线式。本次设计主要用到笼型，重点介绍下笼型。在转子铁芯均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁芯两端放置两个端环，分别把所有伸出槽外部分与端环连接起来。如果去掉铁芯剩下的绕组就像一个松鼠笼子。 三相异步电机之所以得到广泛应用，主要由于它结构简单，运行可靠，制造容易，价格低廉，兼顾耐用，而且有较高的效率和相当好的的工作特性。但是尚不能较大范围内平滑调速以及它必须从电网吸收之后的无功功率。 在交流电力拖动系统中, 异步电动机既可运行于电动状态, 又可运行于电磁制动状态, 随生产机械的不同要求而定。三相异步电动机的能耗制动, 是通过将运行在电动状态的异步电机的定子脱离交流电源时, 立即在定子两相绕组通入直流励磁电流的方法, 使定子产生静止磁场的。当转子由于惯性仍在旋转时, 其导体切割此磁场便感应电流并产生与转子转向相反的电磁制动转矩而实现制动。它广泛用于矿井提升及起重运输等生产机械上。 能耗制动是笼型电动机的制动方法之一，本设计就能异步电动机耗制动做下简要的探讨。
直流电动机回馈制动原理及应用毕业论文 毕业设计 课题名称直流电动机回馈制动原理及应用 姓名 000 学号 000000000 所在系电子电气工程系专业年级 P08电气10班 指导教师 000 职称教授 二O一一年四月二000 目录 摘要 3 ABSTRACT 4 第1章绪论 5 1.1、电动机的工作状态 5 1.2、制动与电动的本质区别 6 1.3、制动的概括 6 1.4、制动的分类比较7 第2章回馈制动8 2.1、回馈制动条件8 2.2、电动机回馈制动9 、回馈制动的原理 9
、回馈制动的机械特性9 2.3、回馈制动实现的条件 10 2.4、位能负载下放重物时回馈制动10 2.5、直流电动机回馈制动工作状态分析10 2.6、正向回馈制动12 2.7、反向回馈制动13 第3章回馈制动的应用领域14 3.1回馈制动的优点14 3.2回馈制动的缺点14 3.3回馈制动的控制15 3.4回馈制动的适用场合15 结束语15 参考文献16 致谢17 摘要 回馈制动是变频器制动方式的一种，也是非常有效的节能方法。回馈制动采用的是有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。要实现回馈制动，就必须要将回馈电能进行同频同相控制、回馈电流控制等条件，才能将回馈电能安全送达电网上。并且避免了制动时对环境及设备的破坏。在电力机车等行业中取得了令人满意的效果。在新型电力电子器件不断出现,性价比不断提高的情况下有着广阔的应用前景。Regenerative braking is one of the frequency converter braking mode, is also a very
直流电机制动方式 直流电机的制动，有机械制动，再生制动，能耗制动，反接制动机械制动就是抱闸，是电动的抱闸。反接制动：当切断正向电源后，立即加上反向电源，使电动机快速停止，当电动机速度降到零时，装在电动机轴上的“反接继电器”立即发出信号，切断反向电源，防止电动机真的反转。 1、能耗制动。指运行中的直流电机突然断开电枢电源，然后在电枢回路串入制动电阻，使电枢绕组的惯性能量消耗在电阻上，使电机快速制动。由于电压和输入功率都为0，所以制动平衡，线路简单； 2、反接制动。为了实现快速停车，突然把正在运行的电动机的电枢电压反接，并在电枢回路中串入电阻，称为电源反接制动。制动期间电源仍输入功率，负载释放的动能和电磁功率均消耗在电阻上，适用于快速停转并反转的场合，对设备冲击力大。 3、倒拉反转反接制动适用于低速下放重物。制动时在电路串入一个大电阻，此时电枢电流变小，电磁转矩变小。由于串入电阻很大，可以通过改变串入电阻值的大小来得到不同的下放速度。 反接制动时，切换极性相反的电源电压，使电枢回路内产生反向电流：反接制动时，从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路制动电阻上。
4、回馈制动。电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现由负载拖动电机运行的情况，此时出现 n >n0、Ea >U、 Ia 反向，电机由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态——回馈制动状态。 正向回馈：当电机减速时，电机转速从高到低所释放的动能转变为电能，一部分消耗在电枢回路的电阻上，一部分返回电源； 反向回馈：电机拖位能负载（如下放重物）时，可能会出现这种状态。重物拖动电机超过给定速度运行，电机处于发电状态。电磁功率反向，功率回馈电源。
1 综述 直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其优良的起动、调速和制动性能而在电力拖动中得到广泛应用。 直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。 直流电动机有三种制动状态：能耗制动、反接制动(电压反向反接和电动势反向反接)和回馈制动。 本文在直流电动机的结构与工作原理的基础上，给出了电机制动的定义，对电机制动的方法进行了简单介绍，并着重介绍了他励直流电动机反接制动的工作原理、特点及使用条件。
2 直流电动机的制动 2.1 制动的定义 制动，就是让电动机产生一个与转子转向相反的电磁转矩，以使电力拖动系统迅速停机或稳定放下重物。这时电机所处的状态称为制动状态，这时的电磁转矩为制动转矩。 2.2 制动的目的 在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转，或者从某高速降到某低速运转，或者限制位能性负载在某一转速下稳定运转，这就是电动机的制动问题。 2.3 制动的分类 实现制动有两种方法，机械制动和电磁制动。 电磁制动是使电机在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁转矩,其特点是制动转矩大,操作控制方便。 现代通用电机的电磁制动类型有能耗制动、反接制动和回馈制动。 2.4 各种制动的特点 1）反接制动：设备简单，制动迅速，准确性差，制动冲击力强。 2）能耗制动：制动准确度高，需直流电源，设备投入费用高。
3）回馈制动：经济性好，将负载的机械能转换为电能反送电网，但应用范围不广。电容制动对高速、低速运转的电动机均能迅速制动，能量损耗小设备简单，一般用语10KW以下的小容量电动机，可适用于制动频繁的场合。 3 直流电动机反接制动的工作原理 以他励直流电动机为例。 他励电动机反接制动的特点是使U a 与E的作用方向变为一致，共同产生电枢电 流I a ，于是由动能转换而来的电功率EI a 和由电源输入的电功率U a I a 一起消耗在 电枢电路中。 具体实现的方法有两种，分别用于不同的场合。 3.1 电压反向反接制动——迅速停机 3.1.1 制动原理
他励直流电动机的制动 电力拖动系统的制动就是产生一个与转速方向相反的制动力矩，使电动机停车或限速运行。这个制动力矩可由摩擦力产生、可由机械抱闸产生、甚至可用人力产生，但我们现讨论的是电气制动：即制动转矩由电动机本身产生。因此： 电动：电磁转矩T 与n 同向，T 是驱动转矩 制动：电磁转矩T 与n 反向，T 是制动转矩 1．由直流电动机的机械特性可知，T 与n 同向时，机械特性在Ⅰ、Ⅲ象限。 在第Ⅰ象限：n>0、T>0，称为正向电动。 在第Ⅲ象限：n<0、T<0，称为反向电动。 故电动机制动时，机械特性一定在Ⅱ、Ⅳ象限。 2．由于电力拖动系统的稳定工作点是负载特性与机械特性的交点，而任何负载特性都不会出现在第Ⅱ象限，系统不会在第Ⅱ象限有稳态运行点，因此凡第Ⅱ象限即n>0、T<0时的制动仅是一个过渡过程，称为制动过程。第Ⅱ象限的制动仅可用于令拖动系统减速停车。 只有位能性负载如起重机拖动的重物，才会出现在第Ⅳ象限，故电动机只有拖动位能性负载才可能以制动状态稳定运行，称为制动运行。此时n<0、T>0，电机以稳定的速度下降重物。故第Ⅳ象限的制动用于限速下放重物，阻止重物以自由落体速度下降。 根据电动机制动转矩产生的方法不同，就称为不同的制动方法。讨论各种不同的制动方法所用的都是同一个公式，只是根据不同的制动情况代入不同的数据就行了，应依靠机械特性曲线帮助判断应代入的数据及其正负。 机械特性公式：a a c e N U I R R n C φ-（＋）＝ 或：n ＝e N U C φ－29.55()a c e N R R T C φ＋ 若要计算电流或所串电阻的大小，由上式移项即可： a e N a a c a c U E U C n I R R R R φ--= =+＋ 其中：由于是他励机，故e N C φ是常数不变。 a e N c a a a a U E U C n R R R I I φ--= =-－
摘要 本设计先介绍了他励直流电动机的工作方式，是为后面电动机制动作铺垫。对于制动，直流电机制动有很多种方式,一般有大致可分为三类，能耗制动，反接制动，回馈制动。他励直流电机能耗制动在工程上得到了广泛的使用，因为这种制动方式，简单可靠，安全经济。能耗制动原理其实就是将电流方向反向，产生相反的电磁转矩，从而产生一个与转速方向相反的力矩，达到减速制动的目的。在这次的设计中，我们着重讨论的是他励直流电机能耗制动。主要讨论关于能耗制动一些技术方面问题的分析与设计。 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。 关键词：能耗制动；迅速停机；放下重物；
目录 摘要................................................... I 1 设计任务和要求 .. (3) 1.1 设计任务 (3) 1.2 直流电动机的工作原理 (3) 1.3 他励电动机电路模型 (4) 2 他励直流电动机的机械特性 (5) 2.1 他励直流电动机固有机械特性 (6) 2.2 他励直流电动机人为特性 (6) 3 他励直流电动机的能耗制动 (8) 3.1 能耗制动过程——迅速停机 (9) 3.2 能耗制动运行——下放重物 (10) 4 能耗制动设计电路与参数确定 (13) 4.1 主电路与控制电路 (13) 4.2 电路参数确定 (14) 5 总结 (16) 参考文献..................................错误！未定义书签。
直流电动机的回馈制动过程 仿真实验报告 班级： 学号： 姓名： 完成时间：
一、仿真内容及目的(1.5分) 1）了解回馈制动的方法、原理以及电机制动过程中的电枢电流、转速、转矩随着时间的变化，以及转矩和转速之间的关系； 2）了解回馈制动中电机状态的改变。 二、仿真要求及要点描述(2.5分) (1) 根据电机学中所学到的知识，对电车下坡过程进行动态分析； (2) 建立电机的工作特性方程，并且求解电枢电流、电机转速、电磁转矩等变量的表达式； (3) 建立MATLAB 的m 文件，编写程序，求解微分方程以及各个变量的值，并且通过屏幕动态的呈现出整个过程相关变量的变化规律； (4) 对整个仿真过程进行总结。 三、基本知识及仿真方法描述(3分) 直流电动机的制动措施主要有三种：1、能耗制动：将由机械能转化的电能消耗掉。2、反接制动：制动时使电机的电枢极性反接。3、回馈制动：将由机械能转化的电能回馈给电网。本次采用编写MATLAB 仿真程序研究直流电动机回馈制动过程。 当串励直流电机驱动的电车下坡时，如果不加制动，则机车的转速会越来越高而达到危险高速。此时如果把串励改为他励，有其他电源供给适量的励磁电流，电枢仍接在电网上，则当转速高于某一数值时，电枢电动势a E U >，于是电机将进入发电机状态；此时电磁转矩将起制动作用，限制转速继续上升。由于此法是把下坡时机车位能的变化转换为电能而回馈给电网，故称为回馈制动。 基于回馈制动的思路和原理，我们对如下的问题建立模型，并且利用MA TLAB 进行仿真。 问题描述如下： 假设有一电车正在下坡运行，实时机械角速度Ω=100rad/s ，电枢电阻0.5a R ohm =，电机的系数 1.53/T C Nm A Φ=，转动惯量2 1.0J kgm =。电枢电压220a U V =，假设电车下坡的过程中重力加给它的负载转矩恒定为100L T Nm =，采用回馈制动的方式分析其制动过程。 问题分析： 电车在平地行驶或上坡时，负载转矩L T 阻碍电车前往行驶。如图1所示：
电机拖动课程实践 设计题目：直流电动机的制动设计 班级：11级自动化一班 姓名： 学号： 指导老师： 时间：2012年6月25日
综述 能耗制动是一种制动形式。又分为直流电机的能耗制动和交流电机的能耗制动。他励直流电机的能耗制动：电动机在电动状态运行时若把外施电枢电压U突然降为零，而将电枢串接一个附加电阻R，即将电枢两端从电网断开，并迅速接到一个适当的电阻上。电动机处于发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻上。随着动能的消耗，转速下降，制动转矩也越来越小，因此这种制动方法在转速还比较高时制动作用比较大，随着转速的下降，制动作用也随着减小。 能耗制动又分两种，分别用于不同场合：迅速停机和下放重物。若电动机拖动的是反抗性恒转矩负载，则通过迅速停机的方法进行能耗制动，若拖动位能性恒转矩负载，则通过下放重物进行能耗制动。 能耗制动是一种常见的制动方法，广泛应用在工业生产中，有优点同时也存在着缺点，在这份课程设计中，我们将会仔细分析能耗制动是怎么实现的，使得我们更好的了解和利用它，同时尽最大努力提出改进。 1、他励直流电动机的基本结构和工作原理 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，机座，换向极，电刷装置等。转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。如下图所示： 图2-1（1）定子
定子就是发动机中固定不动的部分，它主要由主磁极、机座和电刷装置组成。主磁极是由主磁极铁芯（极心和极掌）和励磁绕组组成，其作用是用来产生磁场。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度分配最为合理，并用来阻挡励磁绕组。主磁极用硅钢片叠成，固定在机座上。机座也是磁路的一部分，常用铸钢制成。电刷是引入电流的装置，其位置固定不变。它与转动的交换器作滑动连接，将外加的直流电流引入电枢绕组中，使其转化为交流电流。 直流电动机的磁场是一个恒定不变的磁场，是由励志绕组中的直流电流形成的磁场方向和励磁电流的关系确定。在微型直流电动机中，也有用永久磁铁作磁极的。（2）转子 转子是电动机的转动部分，主要由电枢和换向器组成。电枢是电动机中产生感应电动势的部分，主要包括电枢铁芯和电枢饶组。电枢铁芯成圆柱形，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放电枢绕组。通有电流的电枢绕组在磁场中受到电磁力矩的作用，驱动转子旋转，起了能量转换的枢纽作用，故称“电枢”。 换向器又称整流子，是直流电动机的一种特殊装置。它是由楔形铜片叠成，片间用云母垫片绝缘。换向片嵌放在套筒上，用压圈固定后成为换向器再压装，在转轴上电枢绕组的导线按一定的规则焊接在换向片突出的叉口中。 在换向器表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接起来，并实现将外部直流电流转化为电枢绕组内的交流电流。 2、制动方法制动和制动过程 直流电动机的制动方式有多种：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。 直流电动机开始制动后，电动机的转速从稳态转速到零或反向一个转速值（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。 2.1能耗制动之迅速停机 2.1.1迅速停机之机械特性 如图2-1-1所示，制动之前，转速n不为零，甚至相对较大，电动机平稳的运行。此时直
第一章直流电动机工作原理 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abcd，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abcd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abcd中流过电流，在导体ab 中，电流由a指向b，在导体cd中，电流由c指向d。导体ab和cd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cd均受到电磁力的作用，且形成的转矩逆时针方向旋转，如图1-1(a)所示。当电枢旋转180°，导体cd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cd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。 图2-1直流电动机按励磁方式的分类
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。根据公式： a I C T T Φ= n Φ=E C E a a a R I E U += 可得，他励电动机的转速与转矩之间有如下关系： T T C C R C U C R I C U C R I U C E T E E E E E E β-=Φ-Φ=Φ-Φ=Φ-=Φ=02 a a a a a a a a n n 当Φ、、a a R U 为常数时，()T f n =为一条向下倾斜的直线，如图3所示： 图3-0 他励直流电动机的固有特性 其中： Φ = E C U a 0n 称为理想空载转速； 2a Φ =T E C C R β 称为机械特性的斜率，大小反映软特性与硬特性； T C C R T n T E Φ ==?a β 称为负载时的转速降。 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,固有特性为硬特性。
实验一他励直流电动机电动及回馈制动状态下的机械特 性测定 一、实验目的 测定他励直流电动机在电动及回馈运行转状态下的机械特性 二、预习作业 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什么情况？ 3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。 三、实验项目 1、电动及回馈制动状态下的机械特性 四、实验方法及步骤 1、实验设备 序号型号名称数量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表1件 2 DJ15 直流并励电动机1件 3 DJ23 校正直流测功机1件 4 D31 直流电压、毫安、安培表2件 5 D41 三相可调电阻器1件 6 D42 三相可调电阻器1件 7 D44 可调电阻器1件 8 D51 波形测试及开关板1件 2、屏上挂件排列顺序D51、D31、D42、D41、D31、D44 3、接线原理图如图1—1所示：
图1-1他励直流电动机机械特性测定实验接线图 按图1-1接线（接线时，必须确保试验台及实验屏总电源开关处于断开状态），图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。 4、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性 (1) R1、R2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻值，R3选用D42上4 只900Ω串联共3600Ω阻值，R4选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。 (2) R1阻值置最小位置，R2、R3及R4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。开关S1、S2选用D51挂箱上的对应开关，并将S1合向1电源端，S2合向2'短接端(见图1-1)。 (3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M起动运转。调节“电枢电源”电压
综述 能耗制动是一种制动形式。又分为直流电机的能耗制动和交流电机的能耗制动。他励直流电机的能耗制动：电动机在电动状态运行时若把外施电枢电压U突然降为零，而将电枢串接一个附加电阻R，即将电枢两端从电网断开，并迅速接到一个适当的电阻上。电动机处于发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻上。随着动能的消耗，转速下降，制动转矩也越来越小，因此这种制动方法在转速还比较高时制动作用比较大，随着转速的下降，制动作用也随着减小。 能耗制动又分两种，分别用于不同场合：迅速停机和下放重物。若电动机拖动的是反抗性恒转矩负载，则通过迅速停机的方法进行能耗制动，若拖动位能性恒转矩负载，则通过下放重物进行能耗制动。 能耗制动是一种常见的制动方法，广泛应用在工业生产中，有优点同时也存在着缺点，在这份课程设计中，我们将会仔细分析能耗制动是怎么实现的，使得我们更好的了解和利用它，同时尽最大努力提出改进。
2 他励直流电动机的基本结构和工作原理 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，机座，换向极，电刷装置等。转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。如下图所示： 图2-1 （1）定子 定子就是发动机中固定不动的部分，它主要由主磁极、机座和电刷装置组成。主磁极是由主磁极铁芯（极心和极掌）和励磁绕组组成，其作用是用来产生磁场。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度分配最为合理，并用来阻挡励磁绕组。主磁极用硅钢片叠成，固定在机座上。机座也是磁路的一部分，常用铸钢制成。电刷是引入电流的装置，其位置固定不变。它与转动的交换器作滑动连接，将外加的直流电流引入电枢绕组中，使其转化为交流电流。 直流电动机的磁场是一个恒定不变的磁场，是由励志绕组中的直流电流形成的磁场方向和励磁电流的关系确定。在微型直流电动机中，也有用永久磁铁作磁极的。（2）转子 转子是电动机的转动部分，主要由电枢和换向器组成。电枢是电动机中产生
简单实用的电动机能耗制动电路图由电动机带动的设备要加快停车，一般都用机械摩擦法制动，在制动过程中操作不当，会产生爆振现象。在此介绍几种简单实用的电动机能耗制动的电路供参考。 能耗制动原理是，在定子绕组断电后，立即使其两相定子绕组接上一个直流电源，于是在定子绕组中产生一个静止磁场；转子在这个磁场中旋转产生感应电动势，转子电流与固定磁场所产生的转矩阻碍转子继续转动，因而产生制动作用，使电动机迅速停转。 一、单管整流能耗制动 见图1，当停车时，按下停止按钮TA，C、SJ失电释放，这时SJ延时断开的触点仍然闭合，使制动接触器ZC获电动作，电源经制动接触器接到电动机的两相绕组，另一相经整流管回到零线。达到整定时间后，SJ常开触点断开，ZC失电释放，制动过程结束。这个电路简单，成本低，常用于10kW以下电动机且对制动要求不高的场合。
二、单相桥式整流能耗制动 见图2，当电动机停转时，按下停止按钮TA，QC失电释放，同时TA常开触点闭合，使TC、SJ获电动作，将变压器降压整流后的直流电接入电动机定子绕组，开始制动。达到整定时间后，SJ延时断开的常闭触点断开，TC失电释放，制动过程结束，TC同时断开变压器B的电源。 三、直流能耗制动 见图3，本电路简单可靠，适用于5kW以下的电动机。工作过程：按下启动按钮QA，接触器IC线圈得电，电动机转动，同时电容器C被充电，停车时按下TA按钮，接触器IC 失电断开电动机，电容C对线圈阻值为3kΩ的高灵敏继电器J放电，使J吸合，2C接触器线圈得电吸合，从而进行直流能耗制动，经一定时间后，电容C放电完毕，继电器J释放，此时制动结束。选择电容C容量的大小，可改变制动时间的长短。
直流电动机回馈制动原理及应用 目录 摘要 (3) ABSTRACT (4) 第1章绪论 (5) 1.1、电动机的工作状态 (5) 1.2、制动与电动的本质区别 (6) 1.3、制动的概括 (6) 1.4、制动的分类比较 (7) 第2章回馈制动 (8) 2.1、回馈制动条件 (8) 2.2、电动机回馈制动 (9) 2.2.1、回馈制动的原理 (9) 2.2.2、回馈制动的机械特性 (9) 2.3、回馈制动实现的条件 (10) 2.4、位能负载下放重物时回馈制动 (10) 2.5、直流电动机回馈制动工作状态分析 (10) 2.6、正向回馈制动 (12) 2.7、反向回馈制动 (13) 第3章回馈制动的应用领域 (14) 3.1回馈制动的优点 (14) 3.2回馈制动的缺点 (14) 3.3回馈制动的控制 (15) 3.4回馈制动的适用场合 (15) 结束语 (15) 参考文献 (16) 致谢 (17)
摘要 回馈制动是变频器制动方式的一种，也是非常有效的节能方法。回馈制动采用的是有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。要实现回馈制动，就必须要将回馈电能进行同频同相控制、回馈电流控制等条件，才能将回馈电能安全送达电网上。并且避免了制动时对环境及设备的破坏。在电力机车等行业中取得了令人满意的效果。在新型电力电子器件不断出现,性价比不断提高的情况下有着广阔的应用前景。 关键字：直流电机回馈制动
ABSTRACT Regenerative braking is one of the frequency converter braking mode, is also a very effective method of energy saving. Regenerative braking is active inverter technology, regeneration of power inverse to AC grid frequency and phase echo power, to achieve the braking. To achieve the regenerative braking, it is necessary to contribute to the power the same frequency with phase control, contribute to the current control conditions, served to contribute to energy security on the network. And avoid braking on the environment and equipment damage. In sectors such as electric locomotives has achieved satisfactory results. In the emerging new power electronic devices, cost-effective case has broad application prospects of continuous improvement. Keywords: direct-current motor Regenerative braking
电动机全波能耗制动控制电路（附图）电动机全波能耗制动控制电路原理图 很多生产机械都希望在停车时有适当的制动作用，使运动部件迅速停车。停车制动有机械制动和电气制动等多种方法。能耗制动是一种应用很广泛的一种电气制动方法。 能耗制动就是将运行中的电动机，从交流电源上切除并立即接通直流电源，在定子绕组接通直流电源时，直流电流会在定子内产生一个静止的直流磁场，转子因惯性在磁场内旋转，并在转子导体中产生感应电势有感应电流流过。并与恒定磁场相互作用消耗电动机转子惯性能量产生制动力矩，使电动机迅速减速，最后停止转动。 1、合上空气开关QF接通三电源 2、按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，主触头闭合电动机接入三相电源而启动运行。 3、当需要停止时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，其主触头全部释放电动机脱离电源。 4、此时，接触器KM2和时间继电器KT线圈通电并自锁，KT开始计时KM2主触点闭合将直流电源接入电动机定子绕组，电动机在能耗制动下迅速停车。 另外，时间继电器KT的常闭触点延时断开时接触器KM2线圈断电，KM2常开触点断开直流电源，脱离电源及脱离定子绕组，能耗制动及时结束，保证了停止准确。 5、该电路的过载保护由热继电器完成 6、互锁环节： ⑴KM2常闭触点与KM1线圈回路串联，KM1常闭触点与KM2线圈回路串联。
保证了KM1与KM2线圈不可能同时通电，也就是在电动机没脱离三相交流电源时，直流电源不可能接入定子绕组。 ⑵按纽SB1的常闭触点接入KM1线圈回路，SB1的常开触点接入KM2线圈回路，这是按纽互锁也保证了KM 1、KM2不可能同时通电，与上面的互锁触点起到同样作用。 7、直流电源采用二极管单相桥式整流电路，电阻R用来调节制动电流大小，改变制动力的大小。 电动机全波能耗制动控制接线示意图
毕业设计 课题名称直流电动机回馈制动原理及应用 1
目录 摘要 (3) ABSTRACT (4) 第1章绪论 (5) 1.1、电动机的工作状态 (5) 1.2、制动与电动的本质区别 (6) 1.3、制动的概括 (6) 1.4、制动的分类比较 (7) 第2章回馈制动 (8) 2.1、回馈制动条件 (8) 2.2、电动机回馈制动 (8) 2.2.1、回馈制动的原理 (8) 2.2.2、回馈制动的机械特性 (9) 2.3、回馈制动实现的条件 (9) 2.4、位能负载下放重物时回馈制动 (9) 2.5、直流电动机回馈制动工作状态分析 (10) 2.6、正向回馈制动 (12) 2.7、反向回馈制动 (13) 第3章回馈制动的应用领域 (14) 3.1回馈制动的优点 (14) 3.2回馈制动的缺点 (14) 3.3回馈制动的控制 (14) 3.4回馈制动的适用场合 (14) 结束语 (15) 参考文献 (16) 致谢 (17) 2
摘要 回馈制动是变频器制动方式的一种，也是非常有效的节能方法。回馈制动采用的是有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。要实现回馈制动，就必须要将回馈电能进行同频同相控制、回馈电流控制等条件，才能将回馈电能安全送达电网上。并且避免了制动时对环境及设备的破坏。在电力机车等行业中取得了令人满意的效果。在新型电力电子器件不断出现,性价比不断提高的情况下有着广阔的应用前景。 关键字：直流电机回馈制动 3
ABSTRACT Regenerative braking is one of the frequency converter braking mode, is also a very effective method of energy saving. Regenerative braking is active inverter technology, regeneration of power inverse to AC grid frequency and phase echo power, to achieve the braking. To achieve the regenerative braking, it is necessary to contribute to the power the same frequency with phase control, contribute to the current control conditions, served to contribute to energy security on the network. And avoid braking on the environment and equipment damage. In sectors such as electric locomotives has achieved satisfactory results. In the emerging new power electronic devices, cost-effective case has broad application prospects of continuous improvement. Keywords: direct-current motor Regenerative braking 4
一、绪论 1、本课题研究意义 直流电动机具有良好的启动、制动性能，宜于在较大范围内平滑调速。长期以来，在电动机调速领域中，直流调速方法一直占主要地位。与交流电动机相比，直流电动机有良好的调速性能，它的调速范围较广；调速连续平滑；经济性好，设备投资较少，调速损耗较小，经济指标高;调速方法简便，工作可靠。 在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。 Matlab语言是一种面向科学工程计算的高级语言，它集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络、图像处理等功能于一体，是一种高级的数学分析与运算软件，可用作动态系统的建模和仿真。 目前，电机控制系统越来越复杂，不断有新的控制算法被采用。仿真是对其进行研究的一个重要的不可缺少的手段。Matlab的仿真研究功能被成功方便地应用到各种科研过程中。 直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，通过这次课程设计使我学会用MATLAB进行基本仿真，通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用MATLAB进行仿真，提高对直流电机知识的理解能力，解决实际问题的能力。学习使用MATLAB的一般方法、步骤，掌握Simulink的使用方法，以及其强大的仿真功能。学会用MATLAB仿真软件仿真直流电动机的机械特性，直流电动机的起动和制动，直流电动机调速仿真，其中包括直流电动机的直接起动仿真，直流电动机电枢串联电阻起动仿真，直流电动机的能耗制动仿真，直流电动机反接制动仿真，直流电动机改变电枢电压调速仿真和直流电动机改变励磁电流调速仿真。 通过此次设计，增强了我的自我动手能力，了解直流电动机的各种人为改变参数的操作特性，理论联系实际，在实际的工作过程中积极地去发现问题、解决问题。