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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。
. . . 资料. .
他励直流电动机的反接制动的设计
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。
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2 他励直流电动的基本结构
图2 他励直流电动机的基本结构
底脚
他励直流电动机的反接制动的设计
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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
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
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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a BLI =f 。
3．2他励直流电动机的运行分析
+
-
I 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f U 的作用下，励磁绕组中通过励磁电流f I ，从而产生主磁极磁通Φ。在电枢电压a U 的作用下，电枢绕组中通过电枢电流a I 。电枢电流与磁场
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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 f
f R U =
f I （3-2-1）
在电枢电路中，根据基尔霍夫定律 a a I R +=E U a （3-2-2） 由此求得电枢电流为 a
a a R E
U I -=
(3-2-3) 根据电枢转矩公式，电枢电流还应满足下式 Φ
=
T a C T
I (3-2-4) 根据上式可得到转速用下式表示 Φ-=Φ=
E a a a
E C I R U C E
n (3-3-5) 转速与转矩之间的关系为 T C C R C U T E a
E a 2
n Φ
-Φ=
(3-3-6)他励电动机在运行时，如果励磁电路断电，0=f I ，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，a I 立即剧增。仍有一定数值。电动机将发生两种事故：
（1）当a I 增加的比例小于Φ减少的比例时，断电瞬间，T 将减小，L T T <，电动机不断减速而至停转，即“闷车”或“堵转”。这是a I 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a I 增加的比例大于Φ减少的比例时，断电瞬间，T 将增大，L T T >，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
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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
n C E Φ=E ( 4-1-1) a
T I C T Φ= (4-1-2)
a
a a I R U E -= (4-1-3)
T C C R C U C I R U C E
n T E a E a E a a a E 2
Φ-Φ=Φ-=Φ=
(4-1-4)
电压反向反接制动时，n 与T 的关系为
)(
2
T C C R R C U n T E b
a E a Φ+-Φ-= (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。
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)
实验二直流并励电动机实验（一） 一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 二、预习要点 1、什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 三、实验项目 1、工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。 四、实验方法 1 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44、D55-3 3、并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图2-1接线。校正直流测功机 MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的 负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2 选用D42 的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2 选用D42的900Ω串 联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 2）检查接线是否正确。选择好各电压表和电流表的量程。将M的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，测功机的励磁电阻Rf2调到最大，R2调到最大。对D55-3挂件进行功能选择。闭合开关S后进行电机的起动。
图2－1 直流并励电动机接线图 3）M 起动正常后，将其电枢串联电阻R 1调至零，调节电枢电源的电压为220V ，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值：U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 4）保持U ＝U N ，I f =I fN ，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载（增加R2）， 直到空载（断开开关S ）。测取电动机M 的电枢电流I a ，转速n ，转矩T2、输出功率P2和校正电机的负载电流I F 。共取数据9-10组，记录于表7-1中。 五、实验报告 1、由表2-1计算出P 1和η，并绘出n 、T 2、η＝f （I a ）及n ＝f （T 2）的特性曲线。 电枢电源 励磁电源I 2
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。
.专业整理. 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。 .学习帮手.
辽宁工程技术大学课程设计 2 2 他励直流电动的基本结构 图2-1 直流电动机结构图 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 电枢绕组电枢磁扼定子磁扼 换向极绕组换向极 底脚 激磁绕组 极身极掌电枢槽电枢齿
.专业整理. .学习帮手. 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 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a BLI f 。 3．2他励直流电动机的运行分析 M Uf + -+ -Ua I a I f 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f U 的作用下，励磁绕组中通过励磁电流f I ，从而产生 N S A B a d b c i +-e n U + -i
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械 特性，及其工作特性与应用领域 一、他励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域 图中：n0为理想空载转速 n’0是实际空载转速。 他励电机的机械特性曲 线斜率小，机械硬度高。 他励直流电动机工作特性 1. 转速特性 2. 转矩特性 T T C C '=Φ 3. 效率特性 a a e e R U n I C C = + Φ Φ e T a T a T C I C I '==Φ2Fe mec Cuf a a a c 21a f 2Δ100%1() p p p I R I U P P U I I ??++++η= ?=- ?? +? ?
应用领域 他励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。如大型车床、龙门刨床。 二、串励直流电动机的机械特性， 串励电动机的机械特性为双曲线， 转速随转矩的增加而下降速率很快，称为软特性 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 工作特性
电动势平衡方程式 电动势公式 转矩平衡方程式 转矩公式 （其中，R fc 为串励绕组电阻） 应用领域 串励电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。 a e a a E C n C I n '==Φe 20 T T T =+2e T a T a T C I C I '==Φa e f C C K '=T T f C C K '=2e 200 602πP T T T T n =+=+?
三、并励直流电动机的机械特性 n0为理想空载转速,与端电压有关， 直线斜率k<0,表明n是T的减函数， 其下降速率与调节电阻Rj大小有关。 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。即硬度高。工作特性
他励直流电动机的机械特性 一、实验目的 了解和测定他励直流电动机在各种运转状态的机械特性 二、预习要点 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 2、电动及反接制动状态下的机械特性 3、能耗制动状态下的机械特性 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D51、D31、D42、D41、D31、D44 按图1接线，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。 3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性
(1) R 1、R 2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻 值，R 3选用D42上4 只900 Ω串联共3600Ω阻值，R 4 选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。 (2) R 1阻值置最小位置，R 2、R 3及R 4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。开关S 1、S 2选用D51挂箱上的对应开关，并将S 1合向1电源端，S 2合向2'短接端。 (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R 2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”电压为 220V ；调节R 2阻值至零位置，调节R 3阻值，使电流表A 3为100mA 。 (4) 调节电动机M 的磁场调节电阻R 1阻值，和电机MG 的负载电阻R 4阻值(先调节D42上1800Ω阻值，调至最小后应用导线短接)。使电动机M 的n=n N =1600r/min ，I N =I f +I a =1.2A 。此时他励直流电动机的励磁电流I f 为额定励磁电流I fN 。保持U=U N =220V ，I f =I fN ，A 3表为100mA 。增大R 4阻值，直至空载(拆掉开关S 2的2'上的短接线)，测取电动机M 在额定负载至空载范围的n 、I a ，共取8-9组数据记录于表1中。 (5) 在确定S 2上短接线仍拆掉的情况下，把R 4调至零值位置(其中D42上1800Ω阻值调至零值后用导线短接)，再减小R 3阻值，使MG 的空载电压与电枢电源电压值接近相等 (在开关S 2两端测)，并且极性相同，把开关S 2合向1'端。 (6) 保持电枢电源电压U=U N =220V ，I f =I fN ，调节R 3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A 2表的电流值为0A 时，此时电动机转速为理想空载转速（此时转速表量程应打向正向3600r/min 档），继续增加R 3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900 r/min ，测取M 的n 、I a 。共取8～9组数据记录于表2中。 电枢电源 图 1他励直流电动机机械特性测定的实验接线图
串励直流电动机工作原理 一、清点人数，记考勤 二、复习上节课相关知识 三、引入新课 1、组成：由定子、转子、电刷和换向器组成，如图2所示转子（电枢）：产 生电磁转矩。 转子（磁场）：产生磁场。 电刷：将直流电引入到电枢中。 换向器：保证同一磁极下电流的方向一致 1 —风扇； 2 —机座； 3 —电枢；4—主磁极；5 —电刷；6 —换向器；7 —接线板；8
—出线盒；9 —换向极；10 —端盖 图2直流电动机的组成 2、电动机的工作原理 基本工作原理：通电导体在磁场中产生电磁力，使导体产生旋转运动，实现了电能与机械能的转变。 工作情况：当蓄电池电流经过电刷引入电枢后，在线圈中有电流流过，方向如图所示根据左手定则，可以确定电磁力的方向，可见线圈在电磁力的作用下沿逆时针方向旋转。当线圈旋转过半圈后，两个换向片更换了接触的电刷，流过线圈的电流也发生了改变，但是电磁力矩的方向没有改变，这样就保证了电机始终向一个方向旋转，如图3所示。 图3直流电动机的工作原理 3、电动机的工作特性工作特性：直流串励式电动机的力矩M、转速n和功率P随电 枢电流变化的规律，如图4所示
空转制动 图4直流电动机的特性 转矩特性: 定义：电动机的转矩与电动机电流之间的关系 分析： ⑴起动瞬间，制动状态，电流值最大，电枢转速为零，力矩也相应达到最大值。且力矩与电流的平方成正比，因此力矩最大，易于发动机的起动。这就是汽车采用直流串励式电动机的主要原因。 ⑵随着转速的提高，力矩不断下降。 转速特性: 定义：电动机的转速与电动机电流之间的关系分析： ⑴当电枢电流增加时，电压降Is习R增加，在磁路未饱和时，①的值也增加，故n急剧下降。 ⑵直流串励电动机另一特性：重载时转速低，可保证发动机的安全起动，而在轻载时转速高，易造成飞车
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。
直流电动机分类 直流电动机按结构及工作原理可划分：（1）无刷直流电动机和（2）有刷直流电动机。 （1）无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。 （2）有刷直流电动机可划分：（2.1）永磁直流电动机和（2.2）电磁直流电动机。 （2.1）永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 （2.1.1）稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等。 （2.1.2）铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域。 （2.1.3）铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。 （2.2）电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 （2.2.1）串励直流电动机：电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。 （2.2.2）并励直流电动机：并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。 （2.2.3）他励直流电动机：励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。 （2.2.4）复励直流电动机：复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。
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。
一选择题 1、直流串励式起动机中的“串励”是指（B ）。 A 吸引线圈和保持线圈串联连接 B 励磁绕组和电枢绕组串联连接 C 吸引线圈和电枢绕组串联连接 2、下列不属于起动机控制装置作用的是（ B ）。 A 使可动铁心移动，带动拨叉使驱动齿轮和飞轮啮合或脱离 B 使可动铁心移动，带动接触盘使起动机的两个主接线柱接触或分开 C 产生电磁力，使起动机旋转 3、永磁式起动机中用永久磁铁代替常规起动机的（ B ）。 A 电枢绕组 B 励磁绕组 C 电磁开关中的两个线圈 4、起动机空转的原因之一是（ B ）。 A 蓄电池亏电 B 单向离合器打滑 C 电刷过短 5、下列不会引起起动机运转无力的是（ A ）。 A 吸引线圈断路 B 蓄电池亏电 C 换向器脏污 D 电磁开关中接触片烧蚀、变形 6、在起动机的解体检测过程中，（ A ）是电枢的不正常现象。 A 换向器片和电枢轴之间绝缘 B 换向器片和电枢铁心之间绝缘 C 各换向器片之间绝缘 7、在判断起动机不能运转的过程中，在车上短接电磁开关端子30和端子C时，起动机 不运转，说明故障在（ B ）。 A 起动机的控制系统中 B 起动机本身 C 不能进行区分 8、在（ A ）起动机中，采用直推的方式使驱动齿轮伸出和飞轮齿圈啮合。 A 常规起动机 B 平行轴式减速起动机 C 行星齿轮式减速起动机 9、减速起动机和常规起动机的主要区别在于（ C ）不同。 A 直流电动机 B 控制装置 C 传动机构 10、在行星齿轮式减速起动机中，行星齿轮（ B ）。 A 只是围绕各自的中心轴线转动 B 沿着内齿圈公转 C 边自转边公转 11、起动机驱动轮的啮合位置由电磁开关中的( A )线圈的吸力保持。 A 保持 B 吸引 C 初级D次级 12、电动车窗中的电动机一般为（ C ）。 A 单向直流动电机 B 双向交流电动机 C 永磁双向直流电动机 13、车窗继电器，1、3端子间是线圈，如果用蓄电池将两端子连接，则2、4端子之间应（ A ） A 通路 B 断路 C 时通时断 14、检查电动车窗左后电动机时，用蓄电池的正负极分别接电动机连接器端子后，电动机转动，互换正负极和端子的连接后，电机反转，说明（ A ）。 A 电动机状况良好 B 不能判断电动机的好坏 C 电机损坏 15、在电加热座椅电路图中，节温器开关断开，将会使（ A ）。 A 快速加热系统失效 B 低速加热系统失效 C 快速和低速加热均系统失效 16、在电动座椅中，一般一个电机可完成座椅的（ B ）。 A 一个方向的调整 B 两个方向的调整 C 三个方向的调整 17、每个电动后视镜的后面都有（ B ）电动机驱动。 A 一个 B 两个 C 四个 18、中控门锁系统中的门锁控制开关用于控制所有门锁的开关，安装在（ A ）。 A 驾驶员侧门的内侧扶手上 B 每个门上 C 门锁总成中 19、门锁位置开关位于（ A ）。
运动控制系统课程设计 课题：他励直流电动机启动 系别：电气与信息工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师：
城建学院 2015年1月4日 成绩评定· 一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。
二、评分 课程设计成绩评定
目录 一、设计目的 (1) 二、设计要求 (1) 三、设计容 (1) 3.1、直流电动机 (1) 3.1.1直流电动机 (1) 3.1.2直流电动机的分类 (2) 3.1.3他励直流电机工作原理 (2) 3.2 他励直流电动机的启动 (3) 3.2.1 他励直流电动机串电阻启动 (3) 3.2.2 直流电动机电枢串电阻起动设计方案 (6) 3.2.3 多级启动的规律 (7) 3.3 结论 (7) 3.4他励直流电动机串电阻起动特性分析 (8) 四、设计体会 (10) 五、参考文献 (10)
一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算；课程设计报告的整理工作。 三、设计容 有一台他励直流电动机，已知参数如下Pan=200kw ；Uan=440v ；Ian=497A ；Nn=1500r/min；Ra=0.076Ω；采用分级启动，启动电流最大不超过2IA,，求出各段电阻值，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。 他励直流电动机的启动时间虽然很短，但是如果不能采用正确的启动方法，电动机就不能正常地投入运行。为此，应对电动机的启动过程和方法进行必要的分析。 直接启动时，他励直流电动机电枢加额定电压Un，电枢回路不串任何电阻，此时由于n=0，Ea=0，所以启动电流Ist=Un/Ra，由于电枢回路总电阻Ra较小，所以Ist可以达到额定电流In的十几甚至几十倍。这样大的电流可能造成电机换向严重不良，产生火花，甚至正、负电刷间出现电弧，烧毁电刷及换向器。另外，过大的启动电流使启动转矩Tst过大，会使机械撞击，也会引起供电电网电波动，从而引起其他接于同一电网上的电气设备的正常运行，因此是不允许的。一般只有微型直流电动机，由于自身电枢电阻大，转动惯量小，启动时间短，可以直接启动，其他直流电机都不允许直接启动。 在拖动装置要求不高的场合下，可以采用降低启动电压或在电枢回路串电阻的方法。他励直流电动机在电枢回路中串电阻，具有良好的启动特性、较大的启动转矩和较小的启
她励直流电动机反接制动仿真 一、 工作原理 直流电动机的反接制动分为电压反向的反接制动与倒拉反接制动。电压反向反接制动作用用于电动机的快速停机,而倒拉反接制动用于低速下放位能负载。反接制动就就是通过调换电动机电枢电压方向以改变电枢电流方向,从而使电动机的电磁转矩方向发生改变,最终实现电动机制动。 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1-1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1-2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,电网供给的能量与生产机械的动能都消耗在电阻Ra+Rb 上面。 E Uf ( a )电动状态 图1-1 制动前的电路图 E Uf (b)制动状态 图1-2 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三的特性1 n 与T 的关系为
T C C R C U C I R U C E n I R U E I C T n C T E a E a E a a a E a a a a T E 2 E Φ -Φ=Φ-=Φ= -=Φ=Φ= 电压反向反接制动时,n 与T 的关系为 其机械特性如图1-3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1-3中的特性3。 T T L n 2 31 b a c o n o T L 图1-3 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 与L T 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,这就是0=n ,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b R 的大小有关,b R 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 ab I 不得超过aN a I I )0.25.1(max -=。由图1-3可知,只考虑绝对值时 b ab I R R E U a b a ++= 式中,E b =E a 。由此求得电压反接制动的制动电阻为 )(2 T C C R R C U n T E b a E a Φ+-Φ-=
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。
7.2.2 直流电动机工作原理与结构 图7-4 直流电动机模型 图7-4是一个最简单的直流电动机模型。在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕Z-Z'轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的两端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环1和2上。换向片1和2之间是彼此绝缘的，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间是滑动接触的。来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。
图7-5 换向器在直流电机中的作用 当电刷A和B分别与直流电源的正极和负极接通时，电流从电刷A流入，而从电刷B流出。这时线圈中的电流方向是从a流向b，再从c流向d。我们知道，载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则来决定。当电枢在图7-5（a）所示的位置时，线圈ab边的电流从a流向b，用表示，cd边的电流从c流向d，用⊙表示。根据左手定则可以判断出，ab边受力的方向是从右向左，而cd边受力的方向是从左向右。这样，在电枢上就产生了反时针方向的转矩，因此电枢就将沿着反时针方向转动起来。 当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N极时，与线圈a端联接的换向片1跟电刷B接触，而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触，如图7-5（b）所示。这样，线圈内的电流方向变为从d流向c，再从b流向a，从而保持在N极下面的导体中的电流方向不变。因此转矩的方向也不改变，电枢仍然按照原来的反时针方向继续旋转。由此可以看出，换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。
三相异步电动机反接制动控制线路 一、填空题 1、速度继电器主要作用是以旋转速度的快慢为指令信号，与接触器配合实现对电动机的控制，故又称为继电器。 2、速度继电器的动作转速一般不低于r/min，复位转速约在r/min。 3、虽然能耗制动能量消耗较小，但其较长，且需要附加电源设备，制动力较。对于一些制动要求迅速，系统惯性较大的场合则不能满足要求，需采用制动的方法。 4、反接制动是依靠改变电动机定子绕组的______来产生制动力矩，迫使电动机迅速停转的。在反接制动中常利用______在制动结束时自动切断电源，以防止电动机反向启动运转。 5、反接制动时，旋转磁场与转子的相对转速为______，致使定子绕组中的电流一般约为电动机额定电流的______倍左右。因此这种制动方法适用于______KW 以下小容量电动机的制动，并且对______KW以上的电动机进行反接制动时，需在定子回路中串入______，以限制反接制动电流 6、反接制动经常用于、等主轴的制动控制。 7、速度继电器是一种可以按照被控电动机的高低接通或断开控制电路的电器。其主要作用是与配合使用实现对电动机的制动，故又称为反接制动继电器。 8、速度继电器主要根据电动机的、及电压、电流来选用。 9、反接制动时，由于旋转磁场与转子的很高，故转子绕组中很大，致使定子绕组中的电流也很大，一般约为电动机额定电流的倍左右。因此，反接时，需在定子回路中串入电阻R，以限制反接制动电流， 二、选择题 1、速度继电器的主要作用是实现对电动机的（）。 A、运行速度限制 B、速度计量 C、反接制动控制 2、电动机反接制动电流比直接起动电流大，其原因是旋转磁场以（）的速度切割转子导体，故感应电动势大。 A、(n s-n) B、 n s C、n D、(n s+n) 3、在三相笼式电动机的反接制动控制电路中，为了避免电动机反转，需要用到（）。 A、制动电阻 B、中间继电器 C、直流电源 D、速度继电器 4、异步电动机的反接制动是指改变（）。 A、电源电压 B、电源电流 C、电源相序 D、电源频率
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。
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--= =-－
直流串励电动机 一．实验目的 1.用实验方法测取串励电动机工作特性和机械特性。 2.了解串励电动机起动、调速及改变转向的方法。 二．预习要点 1.串励电动机与并励电动机的工作特性有何差别。串励电动机的转速变化率是怎样定义的？ 2.串励电动机的调速方法及其注意问题。 三．实验项目 1.工作特性和机械特性 在保持U=U N的条件下，测取n、T2、η=f(I a)以及n=f(T2)。 2.人为机械特性 保持U=U N和电枢回路串入电阻R1=常值的条件下，测取n=f(T2)。 3.调速特性 (1)电枢回路串电阻调速 保持U=U N和T2=常值的条件下，测取n=f(U a)。 (2)磁场绕组并联电阻调速 保持U=U N、T2=常数及R1=0的条件下，测取n=f(I f)。 四．实验设备及仪器 1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B） 2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13） 3．可调直流稳压电源（含直流电压、毫安、安倍表） 4．直流电压、毫安、安倍表（MEL-06）
压电流 V1、V2：直流电压表，分别位于直流电源和MEL-06 A1、A2：直流电流表，分别位于直流电源和MEL-06 R1、R f：分别采用MEL-04两只90Ω电阻相串联。 M：直流串励电动机M02 G：涡流测功机 I S：测功机可调励磁电源，位于MEL-13，通过航空插座和测功机相连。 开关S选用MEL-05 1．串励电动机的工作特性和机械特性。 a．由于串励电动机不允许空载起动，所以测功机“转矩设定”电位器顺时针转过一定角度，即给串励电动机施加一定负载（MEL-13的开关设置同实验三） b．调节直流串励电动机M的电枢串联起动电阻R1和磁场调节电阻R f到最大值，断开开关S，按实验一方法起动直流电源，并观察转向是否正确。 c．电机运转后，调节R1至零，调节可调直流稳压电源使电动机的电枢电压U=U N=220V，同时调节测功机“转矩设定”电位器，使电机电枢电流I=1.2I N。 d．在保持U1=U N的条件下，逐次减小负载直至n＜1.5n N为止，每次测取I、N、T2，共取6-7组数据填入表1-10中。 表1-10 U e．若要在实验中使串励电动机M停机，须将电枢回路的串联起动电阻R1调回到最大值，断开直流电源。 2．测取电枢串电阻后的人为机械特性。 a．按前述方法起动串励电动机M后，调节可调直流稳压电源至220V，并同时调节串入电枢的电阻R1和测功机“转矩设定”电位器旋钮，使电机的电枢电流I=I N，转速n=0.8n N。 b．保持此时的R1不变和U=U N，逐次减小电动机的负载，直至n≤1.5nN为止，每次测取U2、I、n、T2，共取6-7组数据填入表1-11 中。
一台他励直流电动机额 定数据 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
1、一台他励直流电动机额定数据为：U N =220V，I N =，n N =1500r/min，电枢电阻R a =Ω。 如保持负载转矩为额定值不变，试求下列情况下转速的稳定值：（1）电枢回路串入R Ω=Ω的电阻时；（2）电枢电压降为U=160V时；（3）主磁通减弱为Φ=ΦN 时。(同例题9-6类似，只改数字） 2、一台他励直流电动机额定数据为：P N =29KW U N =440V，I N =，n N =1050r/min，电枢电 阻R a=Ω。（例题9-4 课后9-7结合） （1）电动机带动一个位能负载，在固有特性工作回馈制动下放，I a =60A，求R N 和电 动机反 向下放转速 （2）电动机带动位能负载，作反接制动下放，I a =50A时，转速n=-600r/min，求串接在电 枢电路中的电阻值、电网输入的功率、从轴上输入的功率、电枢电路电阻上消耗的功 率和电动机轴上的转距 （3）电动机带动反作用负载，从n=500r/min进行能耗制动，若其最大制动电流限制在 100A，试计算串接在电枢电路中的电阻值和电动机轴上的转矩 解：（1）R N=U N/I N=440/=Ω CeΦ=U N -I N Ra/n N =*/1050= 电机反向下方转速n n= -U N-I N Ra/C NΩ=-U N-IaRa/CeΦ=-440-60*=-1189r/min
（2）电枢电路总电阻R R=Ra+R Ω=U N -CeΦn/Ia=*(-600)/50=Ω 电枢电路串接电阻R Ω R Ω=R-Ra= 电网输入功率为 P 1=U N Ia=440*50=22000W=22KW 电枢电路电阻上消耗的功率为ΔP=Ia平方R=50*50*=33700W= 轴上功率为 P 2=EaIa=(U N -IaRa）Ia=(440-50**50W=-11700W= P 2 为负，即轴上输入功率为电动机轴上的转距为 T撇=T*（Ia/I N ）=9550*(P N /n N )*（Ia/I N )=9550*(29/1050)*(50/=·m （3）能耗制动时最大电流出现在制动开始时，此时感应电动势Est为 Est=CeΦn st =*500=195V 电枢电路总电阻为 R=Ra+R Ω=Est/Ist=195/100=Ω 电枢电路串接电阻为 R Ω=R-Ra= 电动机轴上的转矩 T=9550*(P N /n N )=9550*(29/1050)=264N·m 3.一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额定转速n N =900r/min，高速机械特性的理想空载转速n0=1000r/min;如果额定负载下低速机械特性的转速 n min =100r/min，而相应的理想空载转速n 撇=200r/min（例题9-5）