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。
图2.25 回馈制动机械特性
回馈制动（续1）
3．回馈制动的机械特性
由于电枢电压、电枢回路电阻、励磁磁场均与电动运行 时一样，所以回馈制动的机械特性与电动状态时完全一样。 Tem 而回馈制动时，n>n0， , I a均为负值，所以机械特性是电 动状态机械特性延伸到第二象限的一条直线。下面分析一 种典型的回馈制动运转状态。 图2.25是带位能负载下降时的回馈制动机械特性，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1逐渐升高，进入回馈制 动后将稳定运行在a点上。需要指出的是，此时电枢回路 不允许串入电阻，否则将会稳定运行在很高转速的b点上 。
如果电动机拖动的是反抗性恒转矩负载，当反接制动过程到达C点 时，n=0 Tem≠0，此时，若电动机不立即断开电源，当 T T 时，拖 T T 动系统将处于停车状态；当 时，拖动系统将就会反向起动， 直到在D点稳定运行。 反接制动适合于要求频繁正、反转的电力拖动系统，先用反接制 动达到迅速停车，然后接着反向启动并进入反向稳态运行，反之亦 然。若只要求准确停车的系统，反接制动不如能耗制动方便。
图2.20 能耗制动原理图
能耗制动（续1）
2．制动原理 能耗制动时，电动机励磁不变，电枢电源电 压U=0 ,由于机械惯性，制动初始瞬间转速n不能 突变，仍保持原来的方向和大小，电枢感应电动 Ia 势 Ea 也保持原来的大小和方向，而电枢电流 E U E I 为 R R R R （2-14） 从式（2-14）可见，电流 I a 变为负，说明其 方向与原来电动运行时相反，因此电磁转矩Tem 也 T 变负，表明此时的方向与转速的方向相反， em 起 制动作用，称为制动性转矩。
em L a em
em
L
N
a
em
em
L
a
H
能耗制动（续3）
3．能耗制动的机械特性 能耗制动的机械特性方程为 R R n T T CC （2-15） R R 式中 C C 为能耗制动机 械特性的斜率，与电枢回路串 接电阻时的人为机械特性的斜 率相同。从式（2-15）可知， 当 T 0 时，n=0 ，说明能 耗制动的机械特性是一条通过 坐标原点并与电枢回路串接电 图2.21 能耗制动机械特性 阻 RH 的人为机械特性平行的 直线，如图2.21所示。
a
倒拉反转反接制动（续2）
（3）倒拉反转反接制动的机械特性 倒拉反转反接制动的机械特性就是电枢回路串电阻的人为机 械特性，如图2.24（b）所示，即
n
UN R RF a T 2 em Ce N CeCT N
F
n0 F Tem
（2-19）
式中机械特性斜率
Ra RF 2 Ce CT N
Ra RF 2 Ce CT N
（2-17）
图2.23 电枢电压反向 反接制动机械特性
电枢电压反向反接制动 （续3）
从图2.23可以看出，反接制动开始，电动机的运行点从A 瞬间过渡到B点，然后沿机械特性曲线2转速下降，当到C点即 n=0时，电动机立即断开电源，拖动系统制动停车过程结束。 从B点到C点，就是反接制动过程。
2.5 他励直流电动机的电气制动
电动机的制动分机械制动和电气制动两种， 这里只讨论电气制动。所谓电气制动，就是指使 电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩 Tem ， Tem起到阻碍运动的作用。 电动机的制动有两方面的意义：一是使拖 动系统迅速减速停车，这时的制动是指电动机从 某一转速迅速减速到零的过程（包括只降低一段 转速的过程）在制动过程中电动机的电磁转矩 Tem 起着制动的作用，从而缩短停车时间，以提高生 产率；二是限制位能性负载的下降速度。这时的 制动是指电动机处于某一稳定的制动运行状态， 此时电动机的电磁转矩 Tem 起到与负载转矩相平 衡的作用。
a H
2.5.2 反接制动
反接制动分为电枢电压反向 反接制动和倒拉反接制动。
1．电枢电压反向反接制动
（1）实现方法 如图2.22所示，制动前，接触器的 常开触头KM1 闭合，另一个接触器 的常开触头KM2 断开，假设此时电 动机处于正向电动运行状态，电磁 转 Tem 矩 与转速n的方向相同，即电 动机的 U , I , E , T , n 均为正值。 在电动运行中，断开KM1，闭 合KM2使电枢电压反向并串入电阻 RF ，则进入制动。
Ia
N a
Ea
也反
Ra RF

N
a
Ra RF
电枢电流是正值，所以电磁转矩也应为正值（保持原方向）， 与转速n方向相反，电动机运行在制动状态。此运行状态是由于位 能负载转矩拖动电动机反转而形成的，所以称为倒拉反接制动。
U I 在倒拉反转反接制动运行状态下， N 、 a 为正，电源输入功 率 P1 U N I a 0 ，而电磁功率 Pem Ea I a 0，表明从电源输入的电功率 和机械转换的电功率都消耗在电枢回路电阻（R + RF）上，其功率关 系与电枢电压反向反接制动时相似。
他励直流电动机的电气制动（续1）
例如起重机下放重物时，若不采取措施，由 于重力作用，重物下降速度将越来越快，直到超 过允许的安全下放速度。为防止这种情况发生， 就可以采用电气机制动的方法，使电动机的电磁 转矩与重物产生的负载转矩相平衡，从而使下放 速度稳定在某一安全下放速度上。 上述两种情况中，前者属于过渡过程，故称 为“制动过程”，后者属于稳定运行，则称为 “制动运行”。 他励直流电动机的电气制动方法有：能耗 制动、反接制动和回馈制动等，下面分别讨论。
a e T H 2 N em H em
a H H 2 e T N
em
能耗制动（续4）
从图2.21可以看出，能耗制动开始，电动机 的运行点从A瞬间过渡到B点，然后沿机械特性2 转速逐渐下降。如果电动机拖动的是反抗性恒转 T 矩负载，当n= 0时，em =0，拖动系统停车，从B 点到坐标原点；如果电动机拖动的是位能性恒转 矩负载，当n=0时，动态转矩 T T 0 ，系统在负 载带动下将开始反向旋转，电动机继续沿机械特 性2运行直到C点（ T T 0 ）稳定运行，在C点 上满足稳定运行的充分必要条件，因此C点是稳 T 定工作点。在C点上n为负、 Ea 为负、 I a 为正、 为正，所以Tem 是制动性转矩，电动机在C点上 的稳定运行就叫做“能耗制动运行”。
em em L
em
能耗制动（续4）
在能耗制动稳定运行状态下，电动机靠位 能性恒转矩负载带动旋转，电枢通过切割磁场将 机械能转变成电能并消耗在电枢回路电阻 （ R R ）上，其功率转换关系和能耗制动停车 过程相同，不同的是能量转换功率 Ea I a 大小在 能耗制动稳定运行时是固定的，而在能耗制动停 车过程中是变化的。
2.5.1 能耗制动
如图2.20所示，为能耗 制动原理图。制动前接触器 KM的常开触头闭合，常闭触 头断开，电动机有励磁将处 于正向电动稳定运行状态， 即电动机电磁转矩 Tem 与转速 n 的方向相同（均为顺时针方 向），Tem 为拖动性转矩。在 电动运行中保持励磁，断开 常开触头KM使电枢电源断开， 闭合常闭触头KM用电阻 将RH 电枢回路闭合，则进入能耗 制动。
N
U E I R R
N a a F
a

U E R R
N a
a
（2-16）
F
从 式 （ 2-16 ） 可 知 ， 电 枢 电 流 I a 变负，电磁转矩Tem 也随之变 负，说明反接制动时 Tem 与n的 T 方向相反， em 为制动性转矩。 由于动态转矩 T T 0 ，拖动系 E 统减速，在减速过程中， a 逐渐 减小，I a Tem 也随之变小，动态转 , 矩仍小于0，系统继续减速，直 至 n=0 ， 应 立 即 将 接 触 器 触 头 KM1, KM2 都断开，使电动机脱 开电源，系统制动停车过程结束 。 在反接制动过程中，电动机电 枢电压反接，电枢电流反向，电 源输入功率 P1 U N I a 0 ；而电磁 功率 Pem Ea I a 0 ，表明机械功率 被转换成电功率，从电源输入的 功率和机械转换的电功率都消耗 在电枢回路电阻（R R ）上。