直流电动机的电磁制动1.0

教案（首页）授课班级机电高职1002授课日期课题序号 1.3 授课形式讲授授课时数 2 课题名称直流电动机的起动、反转和制动教学目标1. 了解直流电动机启动时存在的问题。

2．掌握直流电动机常用的启动方法。

3．掌握直流电动机的反转方法。

4．熟悉直流电动机的制动方法。

5．学会直流电动机常用启动、反转和制动方法的操作。

教学重点1、直流电动机常用的启动、反转和制动的方法。

2、直流电动机常用启动、反转和制动方法的操作。

教学难点1、直流电动机常用的启动、反转和制动的方法。

2、直流电动机常用启动、反转和制动方法的操作。

教材内容更新、补充及删减无课外作业见教案教学后记送审记录盐城生物工程高等职业技术学校课堂时间安排和板书设计复习5导入5新授60练习15小结5一、直流电动机的起动1、起动条件2、起动方法（1）电枢回路串电阻起动（2）降压起动二、直流电动机的反转三、直流电动机的制动1、能耗制动2、反接制动（1）倒拉反接制动（2）电枢电源反接制动3、回馈制动课堂教学安排课题序号 1.3 课题名称直流电动机的起动、反转和制动第1 页共8 页导入新授使用一台电动机时，首先碰到的问题是怎样把它启动起来。

要使电动机启动的过程达到最优，主要应考虑以下几个方面的问题：启动电流Ist的大小；启动转矩Tst的大小；启动设备是否简单等。

电动机驱动的生产机械，常常需要改变运动方向，例如起重机、刨床、轧钢机等，这就需要电动机能快速地正反转。

某些生产机械除了需要电动机提供驱动力矩外，还要电动机在必要时，提供制动的力矩，以便限制转速或快速停车。

例如电车下坡和刹车时，起重机下放重物时，机床反向运动开始时，都需要电动机进行制动。

因此掌握直流电动机启动、反转和制动的方法，对电气技术人员是很重要的。

一、直流电动机的启动直流电动机从接入电源开始，转速由零上升到某一稳定转速为止的过程称为启动过程或启动。

1．启动条件当电动机启动瞬间，n=0，Ea=0，此时电动机中流过的电流叫启动电流Ist，对应的电磁转矩叫启动转矩Tst。

直流电动机的分类直流电动机是一种常见的电动机类型，根据其不同的特性和用途，可以进行多种分类。

本文将从不同的角度对直流电动机进行分类介绍，以帮助读者更好地了解和理解直流电动机的特点和应用。

一、按照励磁方式分类1. 永磁直流电动机：永磁直流电动机是利用永磁材料产生磁场，用于产生转矩的一种直流电动机。

永磁直流电动机具有结构简单、体积小、效率高等优点，广泛应用于家用电器、机械设备等领域。

2. 电磁励磁直流电动机：电磁励磁直流电动机是通过外部电源提供电流，产生磁场，用于产生转矩的一种直流电动机。

电磁励磁直流电动机可根据不同的励磁方式进一步分为串激直流电动机、并激直流电动机和复合励磁直流电动机等。

二、按照转子结构分类1. 锚定转子直流电动机：锚定转子直流电动机是指转子上的绕组通过集电环与外部电源相连接的一种直流电动机。

锚定转子直流电动机具有结构简单、启动扭矩大等特点，广泛应用于起动和变速控制等场合。

2. 无刷直流电动机：无刷直流电动机是指转子上的绕组通过电子换向器与外部电源相连接的一种直流电动机。

无刷直流电动机不需要使用集电环和刷子，具有无摩擦、无火花、寿命长等优点，被广泛应用于航空航天、机器人等高精度领域。

三、按照工作原理分类1. 制动型直流电动机：制动型直流电动机又称为发电制动电动机，是指在发电状态下产生电能，用于制动负载的一种直流电动机。

制动型直流电动机通常用于电动车辆、电梯等需要制动的场合。

2. 发电型直流电动机：发电型直流电动机是指在机械转动的过程中产生电能的一种直流电动机。

发电型直流电动机通常用于风力发电、水力发电等领域。

四、按照用途分类1. 直流电机：直流电机是指用于将电能转换为机械能的一种电动机，广泛应用于各种机械设备和家用电器中。

2. 直流发电机：直流发电机是指将机械能转换为电能的一种电动机，常用于独立发电系统和特殊的工业用途。

以上是对直流电动机的分类介绍，希望能够帮助读者更好地理解直流电动机的不同类型和应用场景。

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＋ 假设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--==-－一． 能耗制动实现：设电动机正在固有机械特性上正向电动运行，工作点A 。

直流电动机的制动控制⒈直流电动机的制动状态直流电动机的制动状态是指电动机的电磁转矩和转子转速方向相反的一种运行状态。

制动的目的是为了限制电动机转速的过度升高，将转速限制在某一个允许的范围内，或者使电动机很快地减速停车，为下一步的工作做好准备。

制动分为机械制动和电磁制动。

在这里只关心电磁制动。

电磁制动就是产生一个和电动机转速方向相反的电磁转矩。

电磁制动的优点是制动转矩大，制动强度控制比较容易。

对电磁制动的要求：要有足够大的制动转矩，一般以电动机及其传动机构不致受到过大的冲击而损伤为宜。

制动电流不要超过电动机换向所允许的数值，一般取1.5～2.5倍的额定电流。

根据电动机电磁制动时的能量传递方向，制动状态又分为三种：如果制动时转速减少，电动机的机械能（动能或势能）转换为电能被电枢回路的电阻消耗掉，这种制动状态就是能耗制动。

如果电动机吸收机械能量（动能或势能），转换为电能输送给后面的其他负载，这种制动状态就是发电回馈制动。

如果电动机即从电网吸收电能又从机械装置吸收机械能量（位能或动能）并转换为电能，以上两部分电能共同消耗在电枢回路所串联的制动电阻上，这种制动状态就是就是反接制动，反接制动又分为电源反接制动和倒拉反接制动。

在后面会有更加详细的分析。

⒉能耗制动⑴假设直流电动机原来处于稳定的电动运行状态，电动机外接合适的直流电源，电动机从直流电源吸收电能转换成机械能量传送给后面的负载。

这时电动机的转速方向和电磁转矩方向相同，电枢电流和电动机的电动势方向相反。

在制动的瞬间，切断电动机电枢的外接直流电R。

这时电动机进入能源，电动机的励磁电源不变，同时在电枢回路外界合适的制动电阻Z耗制动状态。

由于惯性的作用电动机的转速和反电动势不会突然发生改变。

由于外接电源被切除，电枢回路的电流在电动势的作用下马上改变方向，电磁转矩的方向也随之改变，即电动势和电枢电流的方向相同，电磁转矩和电动机转速的方向相反，电动机进入制动状态，电动机变成发电机向电枢回路提供电能，电能完全被电枢回路的总电阻（包括电枢内电阻和外接电阻）消耗，因此这种制动被称为能耗制动。

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 &gt;n0、Ea &gt;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。

电工中级工理论知识模考试题+答案一、单选题（共30题，每题1分，共30分）1、电力系统电压互感器的二次侧额定电压均（）V。

( )A、36B、100C、380D、220正确答案：B2、低压断路器中的电磁脱扣承担（）保护作用。

( )A、欠电压B、过载C、失电压D、过流正确答案：D3、与停电设备有关的变压器和电压互感器，必须从（）断开，防止向停电检修设备反送电。

( )A、高、低压两侧B、高压侧C、低压侧D、接地侧正确答案：A4、电气线路中采用了两地控制方式，其控制按钮连接的规律是（）。

( )A、停止按钮串联，启动按钮并联B、停止按钮并联，启动按钮串联C、全为并联D、全为串联正确答案：A5、断路器之所以具有灭弧能力，主要是因为它具有（）。

( )A、绝缘油B、并联电容器C、快速机构D、灭弧室正确答案：D6、设备发生事故而损坏，必须立即进行的恢复性检修称为（）检修。

( )A、事故性B、临时性C、计划D、异常性正确答案：A7、变压器相间之间的绝缘,高压套管对外壳的绝缘是（）。

( )A、外绝缘B、次绝缘C、主绝缘D、纵绝缘正确答案：C8、电路中只有一台电动机运行时，熔体额定电流≥（）倍电机额定电流。

( )A、3B、1.5～2.5C、2.7D、1.4正确答案：B9、变压器绕组若采用交叠式放置，为了绝缘方便，一般在靠近上下磁轭的位置安放（）。

( )A、任意B、中压绕组C、高压绕组D、低压绕组正确答案：D10、两只额定电压相同的电阻,串联接在电路中,则阻值较大的电阻（）。

( )A、有明显差别B、发热量较大C、有明显差别D、发热量较小正确答案：B11、当变压器重瓦斯保护跳闸后，应（）。

( )A、将变压器退出运行，进行检查试验B、检查负荷后，投入运行C、检查出故障原因后，投入运行D、对变压器进行外观检查后，投入运行正确答案：A12、直流电动机如要实现反转，需要对调电柜电源的极性，其励磁电源的极性（）。

( )A、保持不变B、同时对调C、变与不变均可D、需变化正确答案：A13、照明负荷采用的是（）。

一、引言从广义上讲，电机是电能的变换装置，包括旋转电机和静止电机。

旋转电机是根据电磁感应原理实现电能与机械能之间相互转换的一种能量转换装置；静止电机是根据电磁感应定律和磁势平衡原理实现电压变化的一种电磁装置，也称其为变压器。

这里我们主要讨论旋转电机，旋转电机的种类很多，在现代工业领域中应用极其广泛，可以说，有电能应用的场合都会有旋转电机的身影。

与内燃机和蒸汽机相比，旋转电机的运行效率要高的多；并且电能比其它能源传输更方便、费用更廉价，此外电能还具有清洁无污、容易控制等特点，所以在实际生活中和工程实践中，旋转电机的应用日益广泛。

不同的电机有不同的应用场合，随着电机制造技术的不断发展和对电机工作原理研究的不断深入，目前还出现了许多新型的电机，例如，美国EAD公司研制的无槽无刷直流电动机，日本SERVO公司研制的小功率混合式步进电机，我国自行研制适用于工业机床和电动自行车上的大力矩低转速电机等。

1 旋转电机分类在旋转电机中，由于发电机是电能的生产机器，所以和电动机相比，它的种类要少的多；而电动机是工业中的应用机器，所以和发电机相比，人们对电动机的研究要多的多，对其分类也要详细的多。

实际上，我们通常所说的旋转电机都是狭义的，也就是电动机——俗称“马达”。

众所周知，电动机是传动以及控制系统中的重要组成部分，随着现代科学技术的发展，电动机在实际应用中的重点已经开始从过去简单的传动向复杂的控制转移；尤其是对电动机的速度、位置、转矩的精确控制。

由此可见，对于一个电气工程技术人员来说，熟悉各种电机的类型及其性能是很重要的一件事情。

通常人们根据旋转电机的用途进行基本分类。

下面我们就从控制电动机开始，逐步介绍电机中最有代表性、最常用、最基本的电动机——控制电动机和功率电动机以及信号电机。

2 控制电动机2.1 伺服电动机伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。

直流电机与交流电机的制动方法
直流电机与交流电机的制动方法主要包括以下几种：
1. 能耗制动：这是一种电制动方式，通过将运转中的电动机与电源断开并改接为发电机，使电能在其绕组中消耗（必要时还可消耗在外接电阻中）来产生制动转矩。

对于交流笼型和绕线转子异步电动机，需要在交流供电电源断开后，立即向定子绕组（可取任意两相绕组）通入直流励磁电流If，以便产生制动转矩。

2. 反接制动：这是一种机械制动方式，通过在电动机转子上施加与转动方向相反的转矩来使电动机减速或限速。

3. 回馈制动：也称为再生制动或发电制动，这种制动方法是将电动机的动能转化为电能，并将其回馈给电网或其他负载。

这种制动方法适用于需要快速减速或定位的情况，并且可以减少能量损失。

4. 机械制动：这是一种通过机械摩擦力来阻止电动机转动的制动方式，通常通过在电动机轴上安装刹车片来实现。

需要注意的是，不同的电机和不同的应用场景需要采用不同的制动方法，并且还需要考虑制动的效率和安全性。

第二章直流电机2.1直流电机的基本工作原理及结构一、基本工作原理（一）直流电机的构成（1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；（2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴（3）气隙**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。

1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；（1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势（2）特点：e=BLV；a、电枢绕组中电动势是交流电动势b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向）2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；（1）原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来（2）特点：f=BiLa、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩的方向不变。

c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n同向）**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。

3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成（二）直流电机的基本结构1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚3.电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）4.电枢绕组——电路。

电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路）换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料）电刷装置a、电刷——石墨或金属石墨b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨）5.换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电枢绕组串联）（三）励磁方式1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；2.分类：以直流发电机为例分为：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）他励：激磁电流较稳定；并励：激磁电流随电枢端电压而变；串励：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复励：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。

直流电动机的制动方法
直流电动机是一种常用的电动机，广泛应用于各种机械设备中。

在使用直流电动机时，往往需要对其进行制动，以确保设备安全运行。

目前，常用的直流电动机制动方法主要有以下几种：
1. 电阻制动法：通过接入电阻，使电动机绕组形成环路，从而在电动机转子上产生电磁力矩，使电机减速制动。

2. 电励磁制动法：在电动机电枢和磁极之间接入直流电源，使磁极磁通量增加，形成电磁力矩，从而使电机减速制动。

3. 机械制动法：通过接入制动器，采用机械接触方式制动电动机，使电机减速停止。

4. 反电动势制动法：在电动机电枢断电时，电机转子继续运转，形成反电动势，产生制动力矩，从而使电机减速制动。

以上几种制动方法各有优缺点，应根据具体情况选择合适的制动方法。

在实际应用中，还需要考虑制动时间、制动效果等因素，以确保设备安全运行。

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《电机与电力拖动》（第三版）习题参考答案第1章思考题和习题一、填空题1．直流电动机主磁极的作用是产生，它由和两大部分组成。

气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组2．直流电动机的电刷装置主要由、、、和等部件组成。

电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫3．电枢绕组的作用是产生或流过而产生电磁转矩实现机电能量转换。

感应电动势、电枢电流4．电动机按励磁方式分类，有、、和等。

他励、并励、串励、复励5．在直流电动机中产生的电枢电动势Ea方向与外加电源电压及电流方向，称为，用来与外加电压相平衡。

相反、反电势6．直流电动机吸取电能在电动机内部产生的电磁转矩，一小部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效转矩，它们之间的平衡关系可用表示。

输出、电磁转矩=损耗转矩+输出转矩二、判断题(在括号内打“√”或打“×”)1．直流发电机和直流电动机作用不同，所以其基本结构也不同。

（×）2．直流电动机励磁绕组和电枢绕组中流过的都是直流电流。

（×）3．串励直流电动机和并励直流电动机都具有很大的启动转矩，所以它们具有相似的机械特性曲线。

（×）4．电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。

（√）5．直流电机的电枢电动势的大小与电机结构、磁场强弱、转速有关。

（×）6．直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。

（√）三、选择题(将正确答案的序号填入括号内)1．直流电动机在旋转一周的过程中，某一个绕组元件(线圈)中通过的电流是( B )。

A．直流电流B．交流电流C．互相抵消，正好为零2．在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组( B )。

A．应与主极绕组串联B．应与电枢绕组串联C．应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联3．直流电动机的额定功率P N是指电动机在额定工况下长期运行所允许的( A )。

A．从转轴上输出的机械功率B．输入电功率C．电磁功率4．直流电动机铭牌上的额定电流是。

他励直流电动机的制动电机有两种运转状态：电动运转与同向。

制动运转与反向。

制动的目的使系统停车或限速。

自由停车法，电气制动，机械制动。

能耗制动；反接制动；回馈制动。

分析每种制动过程产生的条件，机械特性，及特点等。

１、能耗制动：产生条件：电机顺时针方向旋转，与之同方向。

电机在电动状态下运行.各物理量正方向如图所示：电机在电动状态下运行,合上，断开,制动。

不变，U＝0.制动瞬间：励磁不变，因惯性转速不变，不变，但电枢电流与同方向，而转变了方向，使反向，电机处于制动状态。

若带位能性负载最终将稳定在C点，等速下放。

越大，制动越快。

2、反接制动：1)、转速反向的反接制动：正接反转。

产生条件：起重机起吊重物，电机的起动转矩小于重物的负载转矩，电机被负载拖动反向起动，使电机的转速逆电磁转矩的方向旋转，n 与反向，电机处于制动状态。

功率全消耗于上。

2)、电枢反接的反接制动：正转反接。

产生条件：电机在电动状态下运行，突将电枢反接，即U为负，电枢电流转变方向，使转变方向，电机处于制动状态。

在 C 应即时断开电源，否则电机将反转。

3、回馈制动：再生制动。

1)、位能负载拖动电动机，电机运行在反向电动状态，某缘由使电机的转速达到某一数值时，电机的，使电枢电流反向，即T 反向，电机进入发电机运行状态，而起制动作用。

电机将轴上输入的机械功率大部分回馈给电网，小部分消耗在电阻上。

2)、转变电枢电压：电机在正向电动状态运行，突降电枢电压,来不及变化，使,消失回馈制动,特性在其次象限。

同一电动机在相同电枢电阻时各种运行状态：。