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第三章 他励直流电动机的制动

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他励直流电动机的制动方法

他励直流电动机的制动方法

他励直流电动机的制动方法
他励直流电动机的制动方法1、回馈制动
回馈制动有两种方式可以实现，即位能负载拖动电动机或降低电压减速的过程，都会产生回馈制动。

在具有位能负载的拖动系统中，如提升机下放重物，电车下坡，当转速增大并超过理想空载转速时，电动机就由电动状态转变为回馈制动状态。

当突然降低电枢两端的电压时，在这瞬间，由于转速来不及变化，电枢电势也来不及变化，电枢电流反向，转矩也反向，使电机进入回馈制动状态。

在制动转矩作用下，电机迅速减速。

2、能耗制动
设电动机原处于电动状态运行，制动时，励磁绕组仍接于电源，但将电枢两端从电源断开，并立即把它接到一个附加的制动电阻上。

在这一瞬间，由于磁通与转速都未变，因此电动势没有变，但电枢已切断电源，电流方向改变，转矩方向也改变，成为制动转矩。

在制动过程中，电机由生产机械的惯性作用带动发电，把系统的动能变为电能消耗在电枢回路的电阻上，故称能耗制动，又叫动力制动。

3、反接制动
反接制动可以用两种方法实现，即转速反向与电枢反接。

他励直流电动机制动的特点1、能耗制动
停止时，切断供电，在保持有磁场的状态，把电枢经负载电阻接成闭合回路，此时电机处于发电状态，把电机的动能转化为电能，消耗在电枢和负载电阻的回路。

特点：线路简单，制动时间一般，需加制动接触器、制动电阻、和制动时间继电器。

2、反接制动
停止时，切断供电，经限流电阻改变电枢供电极性，使电枢产生反转力矩，在反转力矩的作用下，使电枢快速停止转动，当转速为零时立即切除反转供电。

特点：制动速度快，需。

他励直流电动机的反接制动(电机与拖动课程设计)

他励直流电动机的反接制动(电机与拖动课程设计)

他励直流电动机的反接制动(电机与拖动课程设计)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。

1课程设计的目的及内容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。

2他励直流电动的基本结构底脚图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23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fBLIa3．2他励直流电动机的运行分析IfI+-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Uf的作用下，励磁绕组中通过励磁电流If，从而产生3主磁极磁通在电枢电压Ua的作用下，电枢绕组中通过电枢电流Ia。

电枢电流与磁场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IfUfRf（3-2-1）在电枢电路中，根据基尔霍夫定律UaERaIa（3-2-2）由此求得电枢电流为IaUaE(3-2-3)RaT(3-2-4)CT根据电枢转矩公式，电枢电流还应满足下式Ia根据上式可得到转速用下式表示nURaIaEa(3-3-5)CECEUaRaT(3-3-6)2CECECT转速与转矩之间的关系为n他励电动机在运行时，如果励磁电路断电，If0，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，Ia立即剧增。

2.7 他励直流电机的制动

2.7 他励直流电机的制动

电枢反接制动时的机械特性为：
反接制 动过程
n
n0
A
B
C D
TL
Ra
0
TL
Tem
Ra R Z
反向电 动运行
第二象 限BC段 为反接 制动特 性
n0
C 工作点变化为： A B 。
n=0后，如果负载为反抗性恒转矩负
载。 |TC|≤|TL| 时，电动机就停止转动， 制动过程结束； 若|TC|＞|TL|，电动机将反向启动， 并沿特性曲线加速到D点，进入反向 电动状态下稳定运行。 当制动的目的就是为了停车时，在电 动机转速接近于零时，必须立即断开 电源(一般由速度继电器控制)。
他励直流电机的电动与制动运行
◆直流电动机的两种运转状态： （1）电动运转状态：电动机的电磁转矩方 向与旋转方向相同 ，此时电网向电动机输 入电能， 并转变为机械能带动负载。
（2）制动运转状态：电动机的电磁转矩方向与 旋转方向相反，此时电动机吸收机械能转变为 电能。
电动机很快停车，或者由高速运行很快进入低 速， 要求制动运行。
电力拖动系统的制动，通常采用机械制动和电气制动。 机械制动是利用摩擦力产生阻转矩来实现的。 电气制动就是使电动机产生一个与转速方向相反的电磁 转矩。电气制动的方法有三种：能耗制动、反接制动和 回馈制动。
制动方式
◆直流电动机的制动方式： 断开电源
抱闸 能耗制动 反接制动 回馈制动 电气制动
自由停车
机械制动
电枢回路总电阻R＝Ra＋RZ。 UN
☞原理：实际上是一台他励直流
发电机。轴上的机械能转化成电能，
全部消耗于电枢回路的电阻上，
所以称为能耗制动。
Ia n RZ Ea
If

他励直流电动机三种制动原理

他励直流电动机三种制动原理

他励直流电动机三种制动原理直流电动机是一种常用的电动机类型，广泛应用于工业生产和日常生活中。

在使用直流电动机时，为了确保其安全性和可靠性，制动是非常重要的一部分。

本文将介绍以他励直流电动机的三种制动原理。

一、电阻制动原理电阻制动是以他励直流电动机常用的制动方法之一，其原理是通过与电动机并联连接的可调电阻来降低电动机的转速。

当制动命令下达时，电路会将电源与电阻并联连接，形成一个回路，电动机的电流将通过电阻流过，由于电阻的存在，电动机的转矩减小，转速逐渐降低，从而实现制动的效果。

电阻制动的优点是制动效果稳定可靠，缺点是制动时会产生大量的热量，需要散热设备来降低温度。

二、反接电动势制动原理反接电动势制动是以他励直流电动机常用的制动方法之二，其原理是通过改变电动机的接线方式，使其产生反向电动势，从而实现制动的效果。

当制动命令下达时，电路会将电源的正极与电动机的负极相连，电源的负极与电动机的正极相连，从而改变了电动机的电流方向，使电动机产生反向电动势，电动机的转速逐渐减小，实现制动。

反接电动势制动的优点是制动效果快速，缺点是制动时会产生较大的电流，可能对电路和电动机产生冲击。

三、短路制动原理短路制动是以他励直流电动机常用的制动方法之三，其原理是通过将电动机的两端短路连接，使电动机产生较大的电流，从而实现制动的效果。

当制动命令下达时，电路会将电动机的两端通过一个接触器或开关短路连接，电流会在电动机内部形成一个闭环，电动机的转速逐渐减小，实现制动。

短路制动的优点是制动效果快速，制动力度大，缺点是制动时会产生较大的电流，可能对电路和电动机产生冲击。

以他励直流电动机的三种制动原理分别为电阻制动、反接电动势制动和短路制动。

这三种制动方法各有优缺点，根据实际需求选择合适的制动方式能够确保电动机的安全可靠运行。

在实际应用中，需要根据具体情况选择适当的制动方法，并合理设计制动电路，以达到预期的制动效果。

同时，也需要注意制动过程中产生的热量和电流对电路和电动机的影响，采取相应的措施进行散热和保护。

电机与电力拖动基础教程第3章(3)

电机与电力拖动基础教程第3章(3)

(0，-n0)，斜率为b，与电动状态时 电枢串入电阻RW时的人为机械特性 相平行的直线。
b
Ra RW CeCT Φ 2
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(3)电压反接制动过程 电压反接时，n不能突变，工 作点由第一象限A点平移至第 二象限B点。T＝-TB＜0，T与 TL共同作用使电机减速，直至 n＝0。反接制动过程结束。 如果电机拖动反抗性负载，n＝0时， T＝-TC＞-TL，电动机反向电动(第三 象限)直至T＝-TL(D点)，电动机稳定 运行。
第3章
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2.电动势反接的反接制动 电动势反接的反接制动仅 适用于位能性恒转矩负载， 又称倒拉反接制动或转速 反向反接制动。 (1)电动势反接制动的实现
当开关K闭合，电动机运行
于电动状态。 当开关K断开，电枢回路串 入较大电阻RW，使n＝0时， 电磁转矩小于负载转矩，电动 机反向加速，T与n反向，进 入电动势反接的反接制动运行。
Ra RW n T nC 2 CeCT ΦN
T=TL
CeCT Φ n RW Ra TL
2 N C
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5.能耗制动பைடு நூலகம்点
(1)制动时 U=0，n0=0 ，直流电动机脱离电网变成直流发电 机单独运行，把系统存储的动能或位能性负载的位能转变 成 电能( EaIa)消耗在电枢电路的总电阻上I2(Ra+RW)。 (2)制动时， n与T成正比 ,所以转速n 下降时，T也下降，故 低速时制动效果差，为加强制动效果，可减少RW，以增大 制动转矩T ，此即多级能耗制动 C Φ n T CT ΦN I a CT ΦN e N , T n Ra RW

任务3.3 直流电动机的启动、反转、调速与制动

任务3.3 直流电动机的启动、反转、调速与制动

【任务实施】
1.任务实施的内容 直流电动机的启动、反转、调速与制动试验。 2.任务实施的要求 掌握直流电动机的启动、反转方法、调速和制动的方法。 3.设备器材 导轨、测速发电机及转速表，1套；校正直流测功机，1台；他 励直流电动机，1台；直流电压表，2块；直流电流表，3块；可调 电阻器，3只 。 4.任务实施的步骤 (1)他励直流电动机的启动 按图3-37接线。图中他励直流电动机M用DJ15，其额定功率PN ＝185W，额定电压UN＝220V，额定电流IN＝1.2A，额定转速nN＝ 1600r/min，额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测 功机使用，TG为测速发电机。直流电流表A1、A2选用200mA挡， A3 、A4选用5A挡。直流电压表V1、V2 选用1000V挡。
3.他励直流电动机的回馈制动 图3-36(a)是电车下坡时正回馈制动机械特性，这时n＞n0，是 电动状态，其机械特性延伸到第二象限的直线。图3-36(b)是带位 能负载下降时的回馈制动机械特性，直流电动机电动运行带动位 能性负载下降，在电磁转矩和负载转矩的共同驱动下，转速沿特 性曲线逐渐升高，进入回馈制动后将稳定运行在F点上。需要指出 的是，此时转子回路不允许串入电阻，否则将会稳定运行在很高 转速上。
(2)直流电动机的反转 将电枢串联启动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏 上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电 动机停机。在断电情况下，将电枢的两端接线对调后，再按他励电 动机的启动步骤启动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏 转的方向。 (3)调速特性 ①电枢回路串电阻(改变电枢电压Ua)调速。保持U＝UN、If＝IfN ＝常数，TL＝常数，测取n＝f(Ua)。 按图3-37接线。直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调 至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U ＝UN，Ia＝0.5IN，If＝IfN，记下此时MG的IF值。 保持此时的IF值(即T2值)和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降 低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端 电压Ua，转速n和电枢电流Ia，记录于表3.6中。

3-3(4)他励直流电动机的制动

3-3(4)他励直流电动机的制动

直流电动机的电力拖动
3．反接制动－－电动势反接
UN Ra Rbk Ra Rbk n T n0 T 2 2 Ce N CeCT N CeCT N
保持If 及端电压UN 不变， 仅在电枢回路串入足够 大的制动电阻Rbk，使该人为特性与负载转矩特性 的交点处于第四象限。不同的Rbk，可得到不同的 稳定转速。
转速高于理想空载转速是回馈制动运行状态的重要特点。
第三章
要求与作业：
◆ ◆
直流电动机的电力拖动
理解制动的过程及特点 了解四种制动的方程、曲线及相关计算 3-36
作业：3-19
四、他励直流电动机的制动
1．制动的一般概念
• 制动的概念：通过某种方法产生一个与拖动系
统转向相反的阻转矩以阻止系统运动的过程。
T
n
拖 动
T n
制 动
第三章
直流电动机的电力拖动
n
四、他励直流电动机的制动
1．制动的一般概念
从机械特性看两种运动形态：
制动 Ⅱ 电动 Ⅰ
Ⅲ 电动
Ⅳ
T
制动
电动状态
T与n同向
拖动转矩
1
2
机械特性曲线1，U U N ；
★ 当U↓→U2时，特性1→2，
n01 U U2 , nA nB ； 则b点：
E A E B U 2即U 2 E B I B Ra IB U 2 EB 0 T 0 Ra
制动方程：
Ra U n T 2 Ce CeCT
原理
制动状态
T与n反向
制动转矩
第三章
直流电动机的电力拖动
四、他励直流电动机的制动
• 制动情况分析：

他励直流电动机的电气制动

他励直流电动机的电气制动

在由提升重物转为下放重物时，将KM触头断开，电枢电路内串接较大电 阻RF ，这时电动机转速不能突变，工作点从a点瞬间跳至对应的人为机械特性b点 上，由于Tem < TL ，电动机减速沿曲线下降至c点。在c点，n= 0 ，此时仍有Tem < TL ，在负载重物的作用下，电动机被倒拉而反转起来，重物开始下放并稳定运 行在d点。
em L
em
L
2．倒拉反转反接制动
（1）实现方法
如图2.24（a）所示，电动机提升重物时，将接触器KM常开触 头断开，串入较大电阻 RF ，使提升的电磁转矩小于下降的位能转矩， 拖动系统将进入倒拉反转反接制动。
图2.24 倒拉反接制
倒拉反转反接制动（续1）
（2）制动原理
进入倒拉反转反接制动时，转速 n 反向为负值，使反电势 向为负值，电枢电流 U ( E ) U E
N a a em
图2.22 电枢反向反接 制动原理图
电枢电压反向反接制动 (续1）
（2）制动原理
反接制动时，加到电枢两 端的电源电压为反向电压 U ， 同时接入反接制动电阻RF。反 接制动初始瞬间，由于机械惯 性，转速不能突变，仍保持原 来的方向和大小，电枢感应电 动势也保持原来的大小和方向， 而电枢电流变为
em L
a F
电枢电压反向反接制动 （续2）
（3）电枢电压反向反接制动的机械 特性 电枢电压反向反接制动的机械 特性方程式为
n UN R RF a T 2 em Ce N CeCT N
n0 F Tem
F
式中机械特性斜率 由式（2-17）可知，电枢电 压反向反接制动机械特性是一条 过（-n0）点并与电枢回路串入 电阻RF的人为机械特性相平行的 直线，如图2.23所示。

《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性

《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性

T = TL +T0
转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时， 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化， 动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 一定， (平衡 此时， 平衡)， 例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL (平衡)，此时， 突然增加， 若TL突然增加，则调整过程为 E = KEΦn E↓ ↓ TL ↑ n↓ ↓ T↑
（3）求理想空载转速
根据（0，n0）和（TN，nN）两点，就可以作出他励电动 机的机械特性曲线。
正反转时的机械特性
2 、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加 电压、励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电 阻所得到的机械特性。直流他励电动机有三种人 为机械特性。
Ra U n= − T = n0 − ∆n 2 KeΦ Ke Kt Φ
n
d T
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组， 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流 方向如图所示 由于换向片和电源固定联接， 如图所示。 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动，总是 极有效边的电流方向向里 N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则 按顺时针方向旋转。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
转子
转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、 电枢铁心、 转子部分 电枢铁心 电枢绕组、换向器、风扇、 电枢绕组、换向器、风扇、轴等

电机及拖动课程设计 他励直流电动机的回馈制动

电机及拖动课程设计 他励直流电动机的回馈制动

第一章直流电动机工作原理(a)(b)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abed,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abed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abed中流过电流，在导体ab中，电流由a指向b，在导体ed中，电流由e指向d。

导体ab和ed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ed均受到电磁力的作用，且形成的转矩逆时针方向旋转，如图1T（a）所示。

当电枢旋转180°，导体ed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ed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。

他励电机电路圏①并励电机电路图3图2-1直流电动机按励磁方式的分类图3-0他励直流电动机的固有特性其中：n ——C ①EP -R —CC ①2ET称为理想空载转称为机械特性的斜率，大小反映软特性与硬特性;RT 称为负载时的转速降。

CC ①E T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An 二B T二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。

第三章直流电机运行特性概要

第三章直流电机运行特性概要

需要可调的 直流电源。

他励直流电动机的调速方法

3.改变磁通调速
Ra U n T 2 Ce Ce CT
减少 的人为机械特性：理想空 载转速升高，斜率减小。 减少 通常使 n 从基速升高。
效率高。
增加。
设备简单，耗能 TL不变时，Ia增大，P1增加；P2 ∝n， 少，平滑性好。
串励和复励直流电动机的机械特性

串励电动机的机械特性
是一个非线性的软特性，转 速n随T的增大而迅速降低。 具有优良的起动性能。

复励电动机的机械特性
1 串励 2 复励 3 他励
机械特性介于并励和串励的 之间。
第三节 直流电动机的调速
调速的要求
调速范围（调速比） 调速平滑性 经济性 调速方法简单，可靠
可变损耗等于不变损耗时， 最高 。
他/并励直流电动机的机械特性
U n0 Ce
T n n0
，理想空载转速 ，机械特性的斜率

Ra Ce CT 2
固有机械特性：U＝UN ，If＝ IfN ，电枢回路不串任何电阻 时的机械特性。 他 /并励直流电动机的固有机械特性是一条略有下降的 直线，是硬特性（ 很小）。
转速调整特性 n＝f ( Ia )
U I a Ra 转速公式 n Ce
Ia
IaRa
n n
n变化 很小
n＝f(Ia)为硬特性。
他/并励直流电动机的工作特性
转矩特性 T＝f ( Ia )
T 近似与 Ia 成正比。
效率特性 ＝f ( Ia )
p0 基本不随 Ia 变化 —— 不变 损 耗 ； pCu 随 Ia 变 化 —— 可 变损耗。

机电传动与控制(第四版)第3章课后习题参考答案

机电传动与控制(第四版)第3章课后习题参考答案

第三章3.1 为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗..3.2 并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？不能,因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩余磁场方向相反,这样磁场被消除,所以不能自励.3.3 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小？为什么？这是拖动系统中那些要发生变化？T=KtφIa u=E+IaRa当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变.转速n与电动机的电动势都发生改变.3.4 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E= E1，如负载转矩TL=常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化? 是大于，小于还是等于E1？T=IaKtφ, φ减弱,T是常数,Ia增大.根据EN=UN-IaRa ,所以EN减小.,小于E1.3.5 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：PN=180kW, U N=230V,n N=1450r/min,ηN=89.5%，试求：①该发电机的额定电流；②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η=ηN）PN=UNIN180KW=230*ININ=782.6A该发电机的额定电流为782.6AP= IN100/ηNP=87.4KW3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5KW, U N=220V, n N=1500r/min, ηN=88.5%, 试求该电机的额定电流和转矩。

PN=UNINηN7500W=220V*IN*0.885IN=38.5ATN=9.55PN/nN=47.75Nm3.7一台他励直流电动机：PN=15KW, U N=220V, I N=63.5A, n N=2850r/min,Ra =0.25Ω，其空载特性为：U 0/ V 115 184 230 253 265I f/A 0.442 0.802 1.2 1.686 2.10今需在额定电流下得到150V 和220 V的端电压，问其励磁电流分别应为多少？由空载特性其空载特性曲线.当U=150V时If=0.71A当U=220V时If=1.08A3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为：PN=5.5KW, U N=110V, I N=62A, nN=1000r/min,试绘出它的固有机械特性曲线。

第3章 直流电机的工作原理及特性

第3章 直流电机的工作原理及特性

直流电机的磁路
二、直流电机的工作原理
1.直流电机具有可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以 作为发电机运行，只是外界条件不同而已。
发电机——若用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从
电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电； 电动机——若在电刷端外加直流电压，电机就可以带 动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。 这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
(1) 转矩方程式 T ＝ KtΦIa (2) 电势方程式 E ＝ KeΦ n (3) 电压平衡方程式 U＝E＋IaRa
他励电动机的 机械特性
一、直流他励电动机的机械特性表达式
Ra U n T 2 K eΦ K e K tΦ n 0 n
其中：n0 为理想空载转速 n0′为实际空载转速 △n 为转速降
概述
直流电机的铭牌数据
额定功率PN
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出 额定条件下电机 的机械功率 的额定电功率 所能提供的功率 额定电压U N 额定电流I N 在额定工况下，电机 在额定电压下，运行于 出线端的平均电压 额定转速n 额定功率时对应的电流
N
发电机:是指输出额定电压； 电动机:是指输入额定电压。
④学会用机械特性的四个象限分析直流电动机运行状态；
⑤学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动 机启动等运行特性。
重点
由于机械特性是根据转矩、电势、电压平衡方程式推
导出来的，而机械特性又是分析启动、调速和制动特 性的依据，所以机械特性是电动机内容的重中之重；
他励直流电动机的启动特性；
他励直流电动机的调压调速特性。
直流发电机工作原理图

《电机与电气控制技术》第2版 习题解答 第三章 直流电机

《电机与电气控制技术》第2版 习题解答 第三章 直流电机

《电机与电气控制技术》第2版习题解答第三章直流电机3—1直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用？答:直流发电机与直流电动机的电刷是直流电压、电流引出与引入的装置.在发电机中换向器是将电枢元件中的交变电势度换为电刷向直流电势；在电动机中换向器使外加直流电流变为电枢元件中的交流电流,产生恒定方向的转矩，使电枢旋转。

3—4阐明直流电动机电磁转矩和电枢电动势公式T=C tφI a1，E a=C eφn中各物理量的涵义。

答：直流电动机电磁转矩T=C TφI a式中C T：与电动机结构有关的常数，称转矩系数;φ:每极磁通；I a：电枢电流、T:电磁转矩。

直流电动机电枢电动势公式E a=C eφn式中:C e:与电动机结构有关的另一常数，称电动势系数；φ:每极磁通；n：电动机转速；E a：电枢电动势。

3-5直流电动机电枢电动势为何称为反电动势?答：直流电动机电枢转动时，电枢绕组导体切割磁力线，产生感应电动势,由于该电动势方向与电枢电流的方向相反，故称为反电动势。

3-6试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是什么?答:直流电动机的基本方程式有电动势平衡方程式、功率平衡方程式和转矩平衡方程式.1）电动势平衡方程式：U=E a+I a R a式中U：电枢电压;E a：电枢电动势；I a:电枢电流；R a:电枢回路中内电阻.2)功率平衡方程式：电动机的输入电功率P1=P em+P cua式中P em：电磁功率P cua：电枢绕组的铜损电动机输出的机械功率:P2=P em-P Fe-P m=P1-P cua-P Fe-P m式中P Fe：电枢铁心损耗；P m：机械损耗;P1：电动机输入的电功率.3）转矩平衡方程式：T2=T-T0式中T2:电动机轴上输出的机械转矩；T：电动机电磁转矩;T0：空载转矩.3。

7。

何谓直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。

答：直流电动机的机械特性是在稳定运行情况下,电动机的转速n与机械负载转矩T L之间的关系，即n=f（T L).机械特性表明电动机转速因外部负载变化而变化的情况,由于电动机电磁转矩T近似等于910负载转矩T L ，故n=f(T L )常写成n=f(T)。

他励直流电动机的制动

他励直流电动机的制动

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：。

电机原理与拖动——第三章直流电动机电力拖动2

电机原理与拖动——第三章直流电动机电力拖动2

电枢由晶闸管整流供电的直流调速系统示意图
晶闸管励磁的发电机-电动机机组调速系统 晶闸管励磁的发电机 电动机机组调速系统
(3)机械特性方程 机械特性方程
U0 --整流电压 整流电压 R0 -- 整流装置内阻
调压调速时的机械特性
(4)调压调速特点 调压调速特点 1) 调速范围广； 调速范围广； 2) 调速平滑性高； 调速平滑性高； 3) 设备投资大； 设备投资大； 4) 采用可控硅直流电源时效率高，采 采用可控硅直流电源时效率高， 用机组时效率较低。 用机组时效率较低。
3.3
他励直流电动机的调速
1.可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法 机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 2.电气调速方法： 电气调速方法： 电气调速方法 由转速调节特性来看: 由转速调节特性来看
欲改变电动机的转速， 欲改变电动机的转速，可以改变电枢端电 包括改变U 和改变R 压 Ua （包括改变 和改变 )，或改变励磁 实现。 磁通 Φ 实现。
2.降低电源电压 降低电源电压
使用的可调直流电源有： 使用的可调直流电源有： (1)晶闸管整流装置； 晶闸管整流装置； 晶闸管整流装置 (2)电动机 发电机机组。 电动机-发电机机组 电动机 发电机机组。 容量较大时用机组作为可调直流电源， 容量较大时用机组作为可调直流电源，而用 晶闸管装置调节发电机G的励磁电流 的励磁电流。 晶闸管装置调节发电机 的励磁电流。
静差率与调速范围的关系： 静差率与调速范围的关系：
静差率与调速范围是互相联系的两项指标， 静差率与调速范围是互相联系的两项指标，系统 决定于低速特性的静差率。 可能达到最低速 nmin 决定于低速特性的静差率。
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回馈制动通常发生在下列三种情况下： 1.重物下放过程中
图3.37 重物下放时直流电机回馈制动的接线图(位能性负载)
2.降压过程中
3.增磁减速过程中
图3.39 弱磁升速过程中的回馈制动特性
图3.30 能耗制动时直流电机的机械特性与过渡过程曲线
能耗制动时的制动电阻决定了制动转矩的大小，为防止制动电流过大，一般按照下列 规则选择制动电阻 RB ，即： EaN IB 2I N Ra RB 由此求出制动电阻为：
RB
EaN U Ra N Ra 2I N 2I N
（3-62）
n(t ) nD (nC nD )e nD (1 e
Tt
M
Tt
M
)
（3-79）
（2）对于位能性负载：
若仅考虑反接制动停车，则BC段的过渡过程与反抗性恒转矩负载情况完全相同（见图 3.33）。
若反接制动在C点不停车，则由于整个制动过程包括停车（BC段）、反向电动机运 行（CF段）以及回馈制动阶段（FE段），跨越机械特性的第II、III、IV象限，如图3.33 所示。采用三要素法便可获得相应的过渡过程曲线表达式为：
图3.31 直流电机带位能性负载时的能耗制动情况 能量消耗在电枢回路总电阻上。
2. 能耗制动时他励直流电动机的的过渡过程分析
（1）对于反抗性负载：
能耗制动时拖动系统的基本关系式可由下式给出：
Ea C n Ia e Ra RB Ra RB 2 T T GD dn C I L T a em 375 dt
图3.33 反接制动时直流电机的机械特性
2. 反接制动时他励直流电动机的的过渡过程分析 （1）对于反抗性负载：
根据图3.33可知，若希望系统在反接制动过程中最后停车，则电机的机械特性对应于BC 段。对应于BC段的过渡过程曲线可采用三要素法并利用虚稳定点的概念获得，其表达式 如下： t
n(t ) nE (nB nE )e nz (nA nz )e
TL CT I Z CT ( Ce nZ ) Ra RB
将上式代入（3-64）得：
TM
解上式得：
dn n nZ dt
Tt
M
（3-65）
n nZ (n1 nZ )e
同理，
（3-66）
ia (t ) I L ( I B I L )e
Tt
回馈制动时电机的接线同电动机运行状态完全相同，其机械特性的表达式也完全相同。 所不同的是：电机的实际转速超过理想空载转速，导致外加电压低于感应反电势， 即：U E 。于是有： 1 a
IB U1 Ea 0 Ra R
（3-87）
（1）当电机正向运行时：
他励直流电机的机械特性为：
U1 ( Ra R ) n Tem n0 Ce CeCT 2
T
M
Tt
（3-75）
M
ia (t ) iE (iB iE )e
Tt
M
I L ( I B I L )e
Tt
（3-76）
M
若反接制动在C点不停车，则电机将反转，系统工作点将沿CD移动并最终稳定运行 在D点。 对应于CD段的过渡过程曲线可采用同样的方法求得，其表达式如下：
3.7 他励直流电动机的制动
定义： 制动是电磁转矩 Tem与转速 n 方向相反的一种运行状态。
能耗制动
直流电动机 的制动方式
反接制动 回馈制动
A、能耗制动
定义: 能耗制动是指将机械轴上的动能或势能转换而来的电能通过电 枢回路的外串电阻发热消耗的一种制动方式。
图3.29a、b分别给出了制动前后电机作电动机运行时和能耗制动时的接线图以及各物 理量的实际方向。
图3.34 直流电机带位能性负载反接制动时的电路图 当采用转速反向的反接制动时，他励直流电动机的机械特性可表示为：
n
U1 ( Ra R ) Tem Ce CeCT 2
（3-85）
式（3-85）可用图3.35所示曲线表示之。
图3.35 位能性负载反接制动的机械特性
C、回馈制动
定义： 回馈制动是电机的实际转速超过理想空载转速的运行状态。在 这种运行状态下，电机处于发电制动状态，故回馈制动又称为再生 制动。
（3-88）
（2）当电机反向运行时：
他励直流电机的机械特性为：
n
U1 ( Ra R ) Tem n0 Ce CeCT 2
（3-90）
根据式（3-88）和（3-90所示。
图3.36 直流电机回馈制动时的机械特性 由图3.36可以看出，正、反转回馈制动时的机械特性分别位于第II、IV象限，它们分 别是正、反转电动机运行时的机械特性（分别位于第I、III象限）的延伸。
Ra RB n 0 T Tem 2 em CeCT
式（3-61）可用图3.30所示曲线表示之。
(3-61)
（1）对于反抗性负载：
很显然，能耗制动时他励直流电 机的机械特性是一条通过原点且位 于第II象限的直线。
（2）对于位能性负载：(见图3.31)
能耗制动时，他励直流电机的的机械特性将由第II象限经过原点进入第IV象限。
n(t ) nE (nB nE )e nz (nA nz )e
Tt
M
Tt
（3-81）
M
ia (t ) iE (iB iE )e
Tt
M
I L ( I B I L )e
Tt
（3-82）
M
b、转速反向的反接制动
图3.34是他励直流电机带位能性负载反接制动时的电路图。
图3.32 他励直流电机反接制动时的接线图
1. 电枢反接制动时电动机的机械特性与制动电阻的计算
反接制动过程中电机的机械特性可表示为：
n
U1 ( Ra RB ) Tem n0 Tem 2 Ce CeCT
（3-72）
上式可用图3.33所示曲线表示之。很显然，反接制动时电机的机械特性是一条位于第II 象限的直线。
M
（3-67）
根据上述关系式，便可绘出
n f (t ) 以及 I a f (t ) 如图3.30所示。
图3.30 能耗制动时直流 电机的机械特性与过渡 过程曲线
B、反接制动
定义： 反接制动是指外加电枢电压反向或电枢电势在外部条件作用下 反向的一种制动方式。
a、电枢反接的反接制动
对于反抗性类负载，把外加电源反接，同时在电枢回路中串入限流的反接制动电阻， 便可实现反接制动。图3.32给出了反接制动时的电气接线图以及各物理量的实际方向。
图3.29 他励直流电机能耗制动前后的接线图
T 由图3.29可见，制动前后，直流电机的电枢电流方向改变，因此， em CT I a 改变 方向，由驱动性变为制动性的电磁转矩，即从而电机处于发电制动状态。
1. 能耗制动时电动机的机械特性与制动电阻的计算
能耗制动时，他励直流电机的机械特性可表示为：
反接制动时的制动电阻决定了制动转矩的大小。为防止制动电流过大，一般按照下列 规则选择制动电阻 RB ，即：
IB
U N EaN 2I N Ra RB
I 式中， B 为反接制动的起始电流。相应的制动电阻为：
RB U N EaN U Ra N Ra 2I N IN
（3-73）
将式（3-63）的第1式代入第2式，并整理得：
（3-63）
TM
( R RB ) dn n a TL 2 dt CeCT
（3-64）
GD2 ( Ra RB ) 式中，机电时间常数 TM 。 375CeCT 2
（2）对于位能性负载：
当
Tem TL 时，n nZ ，故有：