直流电动机能耗制动

直流电动机能耗制动（共6篇）

篇1：直流电动机能耗制动

直流电动机能耗制动仿真

实验目的：

他励直流电动机的制动有三种，能耗制动、反接制动和回馈制动。实验设备及器件：

计算机，一台（MATLAB）。实验内容：

建立仿真模型；通过图形验证。实验要求：

能够正确使用simulink建立仿真模型，并观察分析图形。1.直流电动机能耗制动仿真模型图

图中的模块有电路改变连接控制模块（Vary Connect）和仿真停止控制模块。仿真停止控制模块包括逻辑比较模块（Relation operator）和仿真停止模块（Stop simulation），仿真停止控制部分实现了当转速小于零时将仿真停止的功能，无须等到仿真时间结束，这样使仿真结果符合实际（转速不为负）设计。其他模块包括：直流电动机、信号发生器(Timer)、增益、电阻（RLC branch）、示波器（scope）、信号分离模块（Demux）。

电路改变连接模块：

对其进行封装：调用子系统（subsystem），按上述图连接。然后右键点击edit Mask。如下图设置：

设置完成后；双击子模块出现

模块参数设置：

直流电机模块参数：

直流电源模块参数：

增益模块

仿真时间设置10s

篇2：直流电动机能耗制动

篇一：机电实验报告

姓名：

学号：

班级：

201X年7月2日

机床电气控制虚拟实验

实验一：三相异步电动机两地控制实验

一.实验目的

1.通过对三相异步电动机正、反转控制线路的模拟安装接线，掌握由电气原理图转换成实际操作电路的知识。

2.熟悉用接触器联锁控制三相异步电动机正、反转的原理和方法。

二.实验器件

三相交流异步电机1台;负荷开关1个;熔断器：主回路3个，控制回路1个;接触器2个;热继电器1个;控制按钮3个。

三.实验步骤与内容

①在实验前先熟悉电路图。②根据实验要求，按图用鼠标接线。③合上负荷开关，分别按下正、反转控制按钮和停止按钮，观察电机运行情况和各个电器元件的动作。

实验二：能耗制动控制实验

一.实验目的

1.通过模拟接线，掌握由电气原理图转换成实际操作电路的知识。

2.进一步熟悉能耗制动控制的原理、特点及功能实现。

二.实验器件

三相交流异步电机1台;负荷开关1个;熔断器：主回路3个，控制回路1个;交流接触器2个;热继电器1个;时间继电器1个;常开按钮1个，复合按钮1个;电流表1个;26V整流电路一个。

三.实验步骤与内容

①实验前先熟悉电路图。②根据实验要求，按图用鼠标接线。③合上负荷开关，启动电动机后再按下停止按钮，观察各个电器元件的动作并记下能耗制动时间。

实验三：Y-Δ降压启动控制实验

一.实验目的

1.通过模拟接线，掌握由电气原理图转换成实际操作电路的`知识。

2.进一步熟悉三相异步电动机Y-Δ降压启动的控制原理、

特点及功能实现。

3. 掌握降压启动控制中时间继电器的原理和应用。

二.实验器件

三相交流异步电机1台;负荷开关1个;熔断器：主回路3个，控制回路1个;交流接触器2个;热继电器1个;时间继电器1个;常开按钮1个，常闭按钮1个，复合按钮1个;电流表1个。

三.实验步骤与内容

①实验前先熟悉电路图。②根据实验要求，按图用鼠标接线。③合上负荷开关，启动电动机后观察各个电器元件的动作、电动机运行情况，观察并记下启动阶段和正常运行阶段电流表的读数。

四.实验思考与建议

篇3：简析交流电动机的能耗制动

1 广泛应用的三相交流供电的工业变频器

现如今, 在各行各业都广泛应用的三相交流供电的工业变频器, 已经为社会和企业带来了巨大的经济利益和效益, 电力电子变换技术的一个重要方面始终都是变频调速技术, 这一点从未改变。变频器设计涉及多个重要方面, 其中包含散热处理, 散热处理的好坏直接影响着安全运行。一般采用的功率开关器件, 并不是最佳的器件, 主要是因为其有着较大的通态损耗和开关损耗, 导致器件经常会出现发热的情况。因此变频器设计时必须考虑功率损耗的存在, 以便设计合理的散热技术, 减少热处理成本和提高运行可靠性。目前, 工业变频器功率开关的整体由整流器和逆变器组成, 其中整流器包含了二极管整流器、电压源整流器和电流源整流器, 而逆变器包含的内容比较单一, 只有电压源逆变器。决定整流器损耗大小因素非常多:整流器型式、输入功率因数、调制算法、负载轻重和甚至电路参数设置等因素, 逆变器损耗的大小受到逆变器型式、输出功率因数、调制算法、负载轻重等因素的影响。

2 电动机的发热和冷却原因

电动机之所以会发热, 是因为其在负载运行时会出现相应的损耗。由于电动机内部热量的不断产生, 电动机本身的温度就要升高, 最终将超过周围环境的温度, 电动机温度比环境温度高出的数值, 称为电动机的温升。电动机的散热速度随着温升的温度变高也会逐渐的加快, 而电动机的温度停止升高时, 就是电动机在单位时间内产生的热量与散出去的热量相等, 当温升保持不变时, 我们称之为稳定温升。电动机运行时, 由于损耗产生热量, 使电动机的温度升高。电动机使用绝缘材料的耐热程度直接决定了电动机容许达到的最高温度, 绝缘等级是绝缘材料的耐热程度的专有名词。不同的绝缘材料, 其最高容许温度是不同的。

3 分析交流电动机的能耗制动程序

从交流电源上把正在运转的交流电动机的定子断开, 快速的与直流电源形成固定的磁极进行外接, 转子运转时, 会在转子绕组中产生制动转矩的制动方法, 我们将其充分的利用起来, 这就是交流电动机的能耗制动原理。其实质上就是使转子系统及其负载的动能在磁场的作用下, 以电能释放的过程。我们将控制线路图的工作原理和过程解析如下:接触器KMl的线圈得电, 需要先按下按钮SBl, 这时所有的KMl动合触头将会闭合, 电动机开始正常运行;按下按钮SB2, 接触器KM2的线圈得电, 所有的KM2动合触头闭合, KMl动合触头失电断开, 三相交流电动机的电枢部分引入单相电, 在整流二极管D的作用下, 电枢形成固定磁极, 开始能耗制动。在一断时间之后, 断开KT的延时动断触头, 然后接触器KM2线圈将会失电, 能耗制动就此完成。若我们把二极管换成桥式整流电路的话, 就成了一个三相异步电动机的单相全波能耗制动的控制线路图。这两种的控制线路图都有不需要附加直流电源的优点。

4 交流电动机的能耗制动必备因素

负载Tn以及稳定输出的转速n N、接入的直流电流等有关直接与能耗制动所需的时间相关联。这也正体现了它制动准确的特点。若出现制动时间较长的现象, 主要是因为所引入的直流电流过小, 在气隙中的磁通量也不大, 自然产生的制动转矩也偏小。但是, 在实际的操作中, 我们所用的通常是全波整流。这是由于半波整流的电流值不符合规定数值, 且交流成分含量太多, 直接致使耗制动的特点无法体现。利用全波整流则可以克服这一点。首先, 要想使产生的制动转矩较大, 并且产生的制动效果明显, 就需要全波整流的电流值符合规定数值, 交流电动机的定子绕组中产生的磁场较强, 磁通大。其次, 全波整流的直流成分相对较大, 在交流电动机呈感性的定子绕组中, 定子电路的励磁电流比较稳定, 交流电动机的磁场相对也很稳定, 能耗制动的精确度较好。第三, 在全波整流的过程中, 要想使得整个电路的工作具有较好的稳定性, 并且安全系数较高, 就需要定子绕组的电流保持相对的稳定。

5 结论

综上所述, 我们无论是在实验还是在工作中, 采用全波整流电路, 可以使能耗制动的控制中直接使用直流电源。这样, 既加强了对能耗制动控制的理解, 也能够充分认识到能耗制动准确的特点。

摘要：针对交流电动机能耗制动的理论方面的问题, 笔者进行了深入的解析和研究, 希望能够有效的辅助交流电动视的能耗制动方面的教学与研究。

关键词：交流,电动机,能耗制动,半波整流,全波整流

参考文献

[1]郭同生, 黎辉, 杨旭, 王兆安.UPS逆变器反馈控制误差分析与改进方法[A].第二届全国特种电源与元器件年会论文集[C].2002.

[2]张国辉, 李福地.如何判断X射线机高压硅堆故障以及更换高压硅堆的体会[A].中华医学会第十三届全国放射学大会论文汇编 (下册) [C].2006.

篇4：直流电动机能耗制动

关键词:PLC?摇Y-△起动 能耗制动

1.引言。传统的鼠笼式异步电动机减压起动控制方式一般有三种,即Y-△起动、自耦变压器起动和延边三角形减压起动;制动控制方式有两大类:机械制动和电气制动,机械制动常用的方法有电磁抱闸和电磁离合器制动;电气制动方法有反接制动、能耗制动和再生制动。其中Y-Δ减压起动简单经济,能耗制动时制动准确、平稳、能量损耗小,故Y-Δ减压起动和能耗制动使用比较普遍。

2.由继电器—接触器实现的鼠笼式异步电动机的Y-Δ减压起动和能耗制动(如图1所示)。鼠笼式异步电动机的Y-Δ减压起动和能耗制动(如图1所示)线路工作原理如下:合上电源开关QS,(1)启动运转:按下起动按钮SB2,①KM1线圈得电,KM1常开触头闭合自锁,KM1常闭触头分断对KM4联锁,②KM3线圈得电,电动机M接成Y减压起动,同时KM3联锁触头分断对KM2联锁,③KT线圈得电,当M转速上升到一定值时,KT延时结束,KT常闭触头分断,KM3线圈失电,解除Y联接,同时KM3联锁触头闭合,KT常开触头闭合,KM2线圈得电并自锁,电动机M接成Δ全压运行;(2)能耗制动停转:按下停止按钮SB1,①SB1常闭触头先分断,KM1线圈失电,KM1自锁触头分断解除自锁,KM1主触头分断M暂失电,KM1联锁触头闭合解除对KM4联锁,②KM2、KM3、KT线圈均失电,电动机M暂失电,③SB1常开触头后闭合,KM4线圈得电,KM4主触头闭合,电动机M接入直流电能耗制动,迅速停机。

这种传统的继电器—接触器控制方式控制逻辑清晰,采用机电合一的组合方式便于普通机械类或电气类技术人员入门和维修,但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率高、能耗大,因此,运行的可靠性较低。随着PLC技术的发展,使用PLC进行电机的运行控制已成为必然趋势。

图1?摇继电器接触器控制Y-Δ减压起动和能耗制动系统。

3.用PLC控制鼠笼式异步电动机Y-△起动、能耗制动。采用PLC实现鼠笼式异步电动机起、制动控制是在继电器控制、计算机控制和通讯技术的基础上开发的产品,自60年代末,美国首先研制和使用可编程控制器以后,世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC(programmable logic controller)。下面就是采用三菱公司生产的FX2N-48MR型PLC实现的鼠笼式异步电动机起制动控制电路的地址分配表(表1)、接线图(图2)、梯形图(图3)及工作过程。

3.1I/O地址分配表

表1 I/O地址分配表

3.2PLC控制的输入输出接连线

3.3PLC控制梯形图

3.4工作过程

PLC控制逻辑与传统的继电器接触器控制系统基本一致:(1)起动时,按下起动按钮SB2,接点X0闭合,输出继电器Y0得电并自锁,动合触点Y0闭合,导致输出继电器Y2也得电,此时,KM1、KM3线圈得电,电动机成Y起动;与此同时,定时器KT开始计时,3S时间到,动断接点TI断开,输出继电器Y2失电,解除Y联结,动合接点TI闭合,输出继电器Y1得电并自锁,此时,KM1、KM2线圈得电成Δ投入稳定运行;在输出线圈Y1和Y2各自的回路中,相互串联了Y2和Y1的动断触点,使输出线圈Y1和Y2不能同时得电,达到软互锁的目的。(2)制动时,按下停止按钮SB1,动断接点X1断开,KM1、KM2线圈失电,动合接点X1闭合,KM4线圈得电,KM3线圈得电,电动机M接入直流电能耗制动,迅速停机。(3)过载时,热继电器FR动断接点X2断开,从而使KM1、KM2、KM3线圈均失电,起到过载保护作用。

4.PLC控制与继电器——接触器控制系统的比较。通过对鼠笼式异步电动机起制动的传统控制方法和PLC控制方法的比较,从某种意义上看,PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的,两者既有相似性又有很多不同处。

二种方案的不同点。(1)PLC内部大部分采用“软”逻辑和“软”接点,继电器接触器控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接,为全硬件控制;PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接,为软件控制。(2)PLC控制系统结构紧凑体积小。(3)PLC控制功能可现场改变较方便(4)PLC控制系统制造周期短,因此,它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势,工作可靠性极高。

PLC方案的设计要点。(1)在PLC中一般都在输入输出接口处设置π形滤波器,滤除高频干扰模块之间信号的相互干扰。(2)设有光耦合器作隔离,防止干扰而损坏CPU。(3)设置屏蔽,用既导磁又导电的材料对变压器采取磁场和电场的双重屏蔽。(4)采用模块式结构,在各模板上都设有故障检测电路,并用相应的指示器标志它的状态。(5)设有联锁功能,以防止各被控对象之间误动作可能造成的事故。(6)设置环境检测和诊断电路,负责对PLC的运行环境进行检测,以实现故障自动诊断和预报。(7)设置Watchdog电路,专门监视PLC运行进程是否按预定的顺序进行。(8)PLC是以扫描方式进行工作的,对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出,分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里,以批处理方式进行,这使用户输入、输出控制简单,不容易产生由于时序不合适而造成的问题。

参考文献:

1.周鹗,徐德淦,濮开贵.电机学.北京:水利电力出版社,1988.

2.阮友德.电气控制器与PLC实训教程.北京:人民邮电出版社,2006.

篇5：直流电动机能耗制动

设计题目：

他励直流电动机制动课程设计

学

校：

华东交通大学理工学院 学 生

姓 名：

崔 善 泽

专

业：

电气工程及其自动化

班

级：

电牵2班

学

号：

20***0

指 导

教 师：

李 房 云

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解 T，TL，To之间的关系。

关键词

制动

能耗制动

反接制动

回馈制动

迅速停机 放下重物

目录

前言…………………………………………………………………………… 3 第1章 直流电动机的工作原理………………………………………………4 第2章 他励直流电动机的电路模型…………………………………………5 第3章 他励直流电动机的机械特性…………………………………………5 3.1 机械特性表达式……………………………………………………… 5

3.2 固有机械特性………………………………………………………… 6 3.3 人为机械特性………………………………………………………… 7 第4章 他励直流电动机的制动………………………………………………9 4.1 能耗制动……………………………………………………………… 9 4.2 反接制动……………………………………………………………… 13 4.3 回馈制动……………………………………………………………… 17 第5章 他励直流电动机制动设计……………………………………………21 第6章 总结……………………………………………………………………22 致谢…………………………………………………………………………… 23

前言

电机与拖动是自动化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。电动机所驱动的负载，有时候要求从高转速迅速降为低转速，甚至停转、反转，就需要对电动机采取措施以保证负载的要求，这种措施称为电动机的制动。制动的基本原理是使电动机转子上产生一个反力矩，具体有三种方法，即能耗制动、反接制动、回馈制动。

第1章

1.1直流电动机的工作原理

直流的电动机是将输入的直流电能转变为机械能的电气设备，即有直流电能→机械能。

在直流电动机中，为了产生不变的电磁转矩，尽量减小气隙，以达到最强的磁场与最高的效率，就要利用磁场的作用，由通电导体形成绕组，由转子铁心和定子磁极形成磁场，通过换向器使转子的磁极的极性始终保持和定子的极性相反，形成旋转的力矩，从而外部电路中的直流电流通过换向转变成电机内部的交 流电流，将电能转化为机械能。

a）b)图1-1 直流电动机原理图

如图1-1所示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，这时便有电流从电源的正极流出，经电刷A流入电刷绕组，然后经电刷B流回电源的负极。在图（a）所示位置，在N极下面导线电流是由a到b，根据左手定理可知导线ab受力方向向左，而导线cd受力方向向右。当两个电磁力对转轴所形成的电磁转矩大于阻转矩时，电动机逆时针旋转。当线圈转过180度时，这是电流方向已改变为有d到c和b到a，因此电磁转矩的方向仍然是逆时针的，这样使得电机一直旋转下去。

第2章

2.1 他励直流电动机的电路模型

他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电，如图2-1所示，他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。

励磁电流：IfUfRf

电枢电流：UaERaIa

IaUaET

CTRa电动机的转速：nUaRaT 2CECECT第3章 他励直流电动机的机械特性

3.1机械特性表达式

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

TCTIa

EaCen

UEaIaR

可得，他励电动机的转速与转矩之间有如下关系

nUaRaTnonnoT 2CECECT其中称为理想空载转速

n0UCe

β机械特倾性的斜率，大小反映软特性与硬特性，其值为：

Radn

2dTCECTn是转速差，其值为：

nnonT

机械特性的硬度为：

dT1 dn斜率越小，硬度越大，机械特性越强。

当和保持为额定值，而且电枢电路中无外接电阻时的机械特性称为固有特性，否则称为人为特性。

3.2 固有机械特性

由方程式nUnRa得到他励电动机的固有特性，如图3-1所示，2CenCeCTn由于电枢电阻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。固有特性上的N点对应于电动机的额定状态。这是电动机的电压、电流、功率和转速都等于额定值。额定状态说明了电动机的长期运行能力。

nnonNNMnM

OTNTMT

图3-1 他励电动机的固有特性

固有特性上的M点对应于电动机的临界状态。这时的电枢电流Ia等于换向所允许的最大电枢电流Iamax1.5~2.0IaN。对应转矩TM是电动机所允许的最大转矩。临界状态说明了电动机的短时过载能力。

3.3 人为机械特性

1、增加电枢串接电阻的人为机械特性

在他励直流电动机的电枢电路中串入外接电阻，根据公式

nRRfUaT 2CECECT这时相当于电路电枢电阻Ra增加，理想空载转速no不变，增加，机械特性硬度减小，机械特性如图3-2所示，串入电阻越大，人为特性斜率越大，硬度越小。

图3-2 增加电枢电路电阻时的人为特性

2、降低电枢电压时的人为机械特性

Ua

当降低电枢电压时，降低时，no减小，不变，不变，人为特性如图3-3所示，机械特性平行下移。

图3-3 降低电枢电压时的机械特性

3、减弱励磁电流时的人为机械特性

减小励磁电流If，则磁通减小，no增加，增加，减小，人为特性如图3-4所示。

图3-4 减弱励磁电流时的机械特性

第4章 他励直流电动机的制动

他励直流电动机的制动方法有：能耗制动，反接制动，回馈制动

4.1 能耗制动

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。

他励直流电动机能耗制动的特点是：将电枢与电源断开，串联一个制动电阻Rb，使电机处于发电状态，将系统的动能转换成电能消耗在电枢回路的电阻上。

能耗制动分为两种，分别用于不同场合。

4.1.1 能耗制动过程——迅速停机

制动前后如图4-1所示，与电动状态相比，制动时，系统因惯性继续旋转，n方向不变，由于磁场方向不变，故E方向也不变。由于电源被切除，电枢通过制动电阻Rb短接，电动势将产生与电动状态时方向相反的电枢电流，Ia反向，10 使得T反向而成为制动转矩，电动机的旋转速度下降至零。当n=0时，E=0，Ia=0，制动转矩T自动消失。

a）电动状态

IaT +E-M—--Ufnb）制动状态

图4-1 能耗制动迅速停机的电路图

上述制动过程也可以通过机械特性来说明，电动状态是的机械特性如图4-2中的特性1，n与T的关系为

nUnRaT

2CenCeCTn能耗制动时，Ua=0，电枢回路中又增加制动电阻Rb，故

nRaRbCeCTn2T

机械特性如图4-2中的特性2，它是一条通过原点、位于2、4象限的直线。

图4-2 能耗制动迅速停机过程

设电动机拖动的是反抗性恒转矩负载。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，因机械惯性，转速来不及变化，工作点由a点平移到能耗制动特性2上的b点。这是T反向，成为制动转矩，制动过程开始。在T和TL的共同作用下，转速n迅速下降，工作点沿特性2由b点移至0点。这时，n=0，T也自动变为零，制动过程结束。

能耗制动过程的效果与制动电阻Rb的大小有关。Rb小，则Ia大，T大，制动过程短，停机快。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Iab不得超过Iamax。由图3-1（b）可知IabEbIamaxEb式中，EbEa，是工作于b

RaRb点和a点时的电动势。由此可得Ra-Ra

4.1.2 能耗制动运行——下放重物

若电动机拖动位能性恒转矩负载，如图4-3所示。制动前，系统工作在机械特性1与负载特性3的交点a上，电动机以一定的速度提升重物。在需要稳定下放重物时，让电动机处于能耗制动状态。工作点由机械特性1上的a点平移到特性2上的b点，并迅速移动到0点，这一阶段，电动机处于能耗制动过程中。当 12 工作点达到0点时，T=0，但TL＞0，在重物的重力作用下，系统反向启动，工作点将由0点下移到c点，T=TL，系统重新稳定运行，这时n反向，电动机稳定下放重物。由于下放重物时，电动机是稳定运行在能耗制动状态。

图4-3 能耗制动下放重物过程

能耗制动运行与能耗制动过程相比，由于n反向，引起E反向，使得Ia和T也随之反向，两者的不同如图4-4所示，在能耗制动过程中，n＞0，T＜0；然而在能耗制动运行时，n＜0，T＞0。

能耗制动运行的效果与制动电阻Rb的大小有关。Rb小，特性2的斜率小，转速低，下放重物慢。由图4-4（b）可知，工作在c点时，只取各量的绝对值，而不考虑正、负，则

RaRbEcCEnn

CECT2TIacTLT0CT下放重物时，T0与TL方向相反，与T方向相同，故T=TL-T0。可见，若要以转速n下放负载转矩为TL的重物时，制动电阻应为

RbCECT2nRa

TLTO 13 忽略T0，则

RbCECT2EbIamaxnRa TLRb的结果应与式Ra-Ra校验是否合适。

a）能耗制动过程

（b）能耗制动运行

图4-4 能耗制动过程与能耗制动运行得比较

4.2 反接制动

4.2.1 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4-5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4-6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。

IaTUan+MEUf-(a)电动状态 图4-5 制动前的电路图

RbIaTUaMn+EUf-(b)制动状态

图4-6 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

ECEnTCTIaEUaRaIanURaIaURaEaaTCECECECECT2

电压反向反接制动时，n与T的关系为

UaRaRbn(T)2CECECT

其机械特性如图4-7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4-7中的特性3。

2n no 3a1bTLcoTLT

图4-7 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和TL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，这是n0，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Rb的大小有关，Rb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Iab不得超过Iamax(1.52.0)IaN。由图4-7可知，只考虑绝对值时

IabUaEb

RaRb式中，Eb=Ea。由此求得电压反接制动的制动电阻为

RbUaEbRa Iamax4.2.2 电动势反向反接制动——下方重物

制动前的电路如图4-8所示，制动后的电路如图4-9所示。制动时，电枢电压不反向，只在电枢电路中串联一个适当的制动电阻Rb。机械特性方程边变为

nUaRRbaT CECECT2 16

IaIUan+MEUf-(c)电动状态

图4-8制动前的电路图

RbIaIUaMn-EUf+(d)制动状态

图4-9 制动后的电路图

若电动机拖动若电动机拖动位能性恒转矩负载，则如图4-10所示。制动前，系统工作在固有特性1与负载特性3的交点a上。制动瞬间，工作点由a平移到人为特性上的b点。由于TTL错误！未找到引用源。，n下降，工作点沿特性2由b点向c点移动。当工作点到达c点时，TTc错误！未找到引用源。，但TLTc错误！未找到引用源。，在重物的重力作用下，系统反向起动，工作点由c点下移到d点，TTc错误！未找到引用源。，系统重新稳定运行。这是n反向，电动机处在制动运行状态稳定下放重物。

在这种情况下制动运行时，由于n反向，E也随之反向，由图可以看出，这时E与Ua的作用方向也变为一致，但错误！未找到引用源。和T的方向不变，T与n方向相反，成为制动转矩，与负载转矩保持平衡，稳定下放重物。所以这种反接制动称为电动势反向的反接制动运行。

电动势反接制动的效果与制动电阻Rb的大小有关。Rb错误！未找到引用源。小，特性2的斜率小，转速低，下放重物满。由图五知，在d点运行时，为简化 分析，只取各量的绝对值，而不考虑其正负，则

RaRbUaEdCT(UaCEn)IadT可见，若要以转速n下放负载转矩为TL的重物，制动电阻应为

Rb忽略To，则

RbCT(UaCEn)Ra

TLToCT(UaCEn)Ra TLn3n0abocTCTLTd图4-10反接制动下放重物过程

4.3 回馈制动

4.3.1 正向回馈制动——电车下坡

电车在平地行驶或上坡时，负载转矩TL阻碍电车前往行驶。如图4-11所示：

图4-11 回馈制动电车下坡过程

系统工作在机械特性与负载特性2的交点a上。电车下坡时，TL反向变成帮助电车往下行驶，负载特性变为特性3。在T和TL的共同作用下，n加速，工作点由a点沿特性1向上移动。到达n0时，T0，但TL0，即-TL与n方向相同，在TL作用下，电机继续加速，工作点越过n0继续向上移动。这时T反向，成为阻止电车下坡的制动转矩。但TLT，工作点继续上移，直至机械特性1与负载特性3的交点b为止，TTL，电车恒速往下行驶。自从工作点越过n0后，nn0，使得EUa，电动机就进入了回馈制动过程，到达b点后，电机便处于回馈制动运行。由于这种回馈制动，电枢电压方向没有改变，故称正向回馈制动。正向回馈制动与电机状态相比，虽然n、E、Ua的方向都未改变，但因EUa，使得Ia以及T反向，两者的区别如图4-12所示：

（a）电动状态（b）制动状态

图4-12 正向回馈制动时的电路图

正向回馈制动在调速过程中也时常出现，当电动机减速时，若减速后的理想空载转速低于减速前的转速，电机便会在调速过程的某一阶段处于正向回馈制动过程。如图4-13所示：

（a）改变电枢电压调速（b）改变励磁电流调速

图4-13 调速是出现的正向回馈制动

在改变电枢电压调速和改变励磁电流调速时，工作点都要从a点平移到b点，然后经c点到达d点稳定运行。在bc阶段，nn0，电机处于正向回馈制动过程中。它的存在，有利于缩短bc短的时间，加快调速过程。

4.2.2 反向回馈制动——下放重物

制动时，将电枢电压反向，并在电枢回路中串联一个制动电阻Rb。制动前后的电路图如图4-14所示：

（a）电动状态（b）制动状态

图4-14 反向回馈制动时的电路图

这时，电动机拖动的是位能性恒转矩负载。如图4-15所示：

图4-15 回馈制动下放重物过程

制动前，系统运行在机械特性1与负载特性3的交点a上。制动瞬间，工作点平移到人为特性2上的b点，T反向，n迅速下降。当工作点到达c点时，在T和TL的共同作用下，电动机反向起动，工作点沿特性2继续下移。到达d点时，转矩等于理想空载转矩，T0，但TL0，在重物的重力作用下，系统继续反向加速，工作点继续下移。当工作点到达e点时，TTL，系统重新稳定运行。这时的电动机在比理想空载转速高的转速下稳定下放重物。

在上述制动过程中，bc段电机处于电压反向反接制动过程，cd段电机处于反向起动过程，de段电机处于回馈制动过程，在e点电机处于回馈制动运行。由于这种回馈制动是在电枢电压反向后得到的，故称反向回馈制动。

反向回馈制动运行时，与图4-4（a）的电动状态时相比，如图4-4（b）所示，由于n反向，E反向，且EUa，Ia方向不变，T方向不变，但与n方向相反，成为制动转矩。电机处于发电状态，将系统的动能转换成电能送回电源。

回馈制动的效果也与制动电阻Rb的大小有关。Rb小，则特性2的斜率小，转速低，下放重物慢。

由图4-14（b）可知，回馈制动运行时，为简化分析，只取各量的绝对值，而不考虑其正负，则

RaRbEUaCEnUaCT（CEnUa）

TIaTCT可见，若要以转速n下放负载转矩TL的重物，制动电阻应为

RaCT（CEnUa）Ra TLT0忽略T0，则

RaCT（CEnUa）Ra TL采用回馈制动下放重物时，转速很高，超过了理想空载转矩，要注意转速不得超过电机允许的最高转矩（产品目录或电机手册中可以查到）。同时还要注意有上式求得的Rb还要满足RbUaEbRa的要求。Iamax第5章 他励直流电动机的制动设计

一台他励电动机设PN22KW,UaN440V，IaN65.3,nN600r/min，IaMAX/IaMIN2，T0忽略不计。拖动TL=0.8TN的反抗性恒转矩负载，计算电枢电路中应串入的制动电阻值不能小于多少？ 解：由额定数据求得：

UaNRaPNIaN2210344065.31.5865.3IaNPN22103E336.91VIaN65.3CECTE336.910.562nN6006060CE0.5625.365223.1460PN6022000TNNm350.32Nm2nN23.14600 迅速停机时：TL0.8TN0.8350.32Nm280.256NmIaTL280.25652.24CT5.365EIamaxRa(357.461.58)1.16265.3EUaRaIa(4401.5852.24)V357.46VRb即电枢电路中应串入的制动电阻值不能小于1.16的电阻。

总结

一、能耗制动

制动时在电动机的绕组中串接电阻，电动机相当于发电机，将拥有的的能量转换成电能消耗在所串联的电阻上。这种方法在各种电机制动中广泛应用，变频控制也用到了。从高速到低速，这是电气的频率变化的很快，但电动机的转子带着负载有较大的机械惯性，不可能很快的停止，这样就产生反电动势电动机处于发电状态，其产生反向电压转矩与原电动状态转矩相反，而使电动机具有较强的制动力矩，迫使转子较快停下来但由于通常变频器是交→直→交整流电路是不可逆的，因此无法回馈到电网上去，结果造成主电路电容器二端电压升高，称崩升电压，当超过设定上限值电压时，制动回路导通，这就是制动单元的工作过程，制动电阻流过电源，从而将动能边热能消耗电压随之下降，待到设定下限时即断。这种制动方法属不可控，制动力矩有波动，制动时间是人为设定的。

制动电阻的选取经验：

<一>电阻值越小，制动力矩越大，流过制动单元的电流越大；

<二>不可以使制动单元的工作电流大于其允许最大电流，否则要损坏器件； <三>制动时间可认为选择；

<四>小容量变频器（7.5Kw）一般是内接制动单元和制动电阻的； <五>当在快速制动出现过电压时说明电阻值过大来不及放电，应减少电阻值

二、反接制动

直流电动机，将电机的电源正负反接，改变电枢电流的方向，这样转矩的方向也改变，使得转速与转矩的方向相反交流电机制动采用改变相序的方法产生反向转矩，原理类似。反接制动力强，制动迅速，控制电路简单，设备投资少，但制动准确性差，制动过程中冲击力强烈，易损坏传动部件。

三、回馈制动

当采用有源逆变技术控制电机时，将制动时再发生 电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，并将电能消耗在电网上从而实现制动。

致谢

感谢指导老师的指导和解惑，还有同学间的团结协作，密切配合，各抒己见使我的这次课程设计圆满成功。另外，在设计过程中，也进一步砺练了自己，增强了独立发现问题、思考并解决问题的能力，相信这些能力对于将来走进就业岗位都会有极大地益处。

通过这次课程设计，使我更进一步了解了直流电动机的工作原理及其起动过程，让我深刻地了解到前人在科学研究上态度和方法，而且也让我懂得任何的创新和发现都不是一时一刻可以得到的，必须具有深厚的知识功底，敏锐的洞察力才能告破事情的真相，从根本上理解它，应用它。

参考文献

篇6：直流电动机能耗制动

【摘要】：当前,三相异步电动机由于其成本低,结构简单，性能可靠性高和维护方便等优点，在各种工业领域中得到了广泛的应用。但其调速性能和制动性能都不能和直流电动机相比，因此如何改进异步电动机的调速性能和制动问题，以提高调速性能和制动问题，就显得特别重要。本文主要对三相异步电动机调速与制动方法作了简单介绍，并针对不同场合适用的电机做出了说明。【关键词】：调速 旋转磁场 反接制动 一、三相异步电动机调速

60f1根据三相异步电动机的转速公式：n= n1(1-s)=p(1-s)，可得交流电动机的三种调速的方法：（1）改变供电频率f1；（2）改变电动机的磁极对数p;（3）改变转差率s。从调速的本质来看,不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速n1或不改变同步转速n1两种

具体来讲,三相异步电动机的调速主要有以下几种方法:

（一）改变转差率调速

改变转差率调速的方法有：改变转子回路电阻调速，改变电源电压调速等。1.改变转子回路电阻

改变绕线式转子异步电动机转子电路（在转子回路中接入一变阻器），使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。接入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上，损耗较大，属于有级调速，调速范围有限，机械特性较软。主要应用于小型电动机调速中（例如起重机的提升设备）。2.改变定子电压调速方法

当异步电动机定子与转子回路的参数为恒定时，在一定的转差率下，电动机的电磁转矩与加在其定子绕组上电压的平方（即输入电压）成正比，因此，改变电动机的

定子电压就可改变其机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定输出转矩下的转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点是：调压调速线路简单，易实现自动控制；调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。调压调速系统一般适用于100KW以下的生产机械。目前，已成功地大量使用在电梯、卷扬机械与化纤机械等工业装置中。

（二）、变极调速方法

这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。变极调速的异步电动机一般采用鼠笼式转子，因为鼠笼式转子的极对数能自动地随着定子极对数的改变而改变使定、转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。若为绕线型转子，则定子极对数改变时，转子绕组必须相应地改变接法以得到与定子相同的极对数，所以很不方便。

变极调速的特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；但属于有级调速，级差较大。本方法适用于自动化程度要求不高，不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、风机等

（三）、变频调速方法

变频调速是用改变电动机定子电源的频率f，从而改变电动机同步转速的调速方法。其调速系统主要设备是变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。

交-直-交变频器通过改变脉冲的宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的幅值，通过改变调制周期可以控制其输出频率，从而同时实现变压和变频。其特点：效率高没有附加损耗；应用范围较广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，精度高；造价高，维护检修困难。

从调速范围、平滑性以及调速过程中电动机的性能等方面来看，变频调速很优越，可以和直流电动机调速相媲美但要使频率和端电压同时可调，但需要一套专门的变频装置，使投入的设备增多，成本增大。此外还有其他的调速的方法:

（四）、串级调速方法

串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电阻来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电阻所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。本方法主要适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机挤压机等。二、三相异步电动机的制动

所谓制动是指电动机产生的电磁转矩和转子的旋转方向相反。和直流电动机一样，异步电动机在拖动生产机械时也有制动要求，如起重机把重物下降时，电气机车下坡时就需要制动。具体来说，异步电动机的制动方法主要有以下三种方法：

（一）、反接制动

反接制动就是指异步电动机作电磁制动状态运行时的制动，由于这时转子的转向与定子旋转磁场的转向相反，故称为反接制动。实现反接制动可用下述两种方法： 1.正转反接制动。

设电动机带反抗性负载运行于电动状态，为迅速停车或反转，将电动机的定子两相反接，并同时在绕线式电动机转子回路接入电阻，由于定子相序改变，使旋转磁场方向与电机的运动方向相反，此时电动机的转子电流I2和Tem都与电动状态时相反，即电机转矩变负，与负载转矩共同作用，使电机转速迅速下降，当转速降至零时，立即切除电源。从而实现了反转。2.倒拉反接制动

当电动机带位能性负载用两相反接时，负载转矩不变，但电磁转矩Tem和负载转矩TL的共同作用下，使电动机减速，直至转速为零。在Tem和TL的作用下，电动机反向起动并加速。随转子反向加速，电磁转矩仍为负，但绝对值减小，直到转速达

-n1时，Tem=0。

定子两相反接制动，无论负载性质如何，都是指两相反接开始到转速为零这个过程。两相反接制动的优点是制动效果好，缺点是能耗大，制动准确度差，如要停车，还须由控制线路及时切除电源。这种制动适用于要求迅速停车并迅速反转的生产机械。

（二）、回馈制动

当电机做电动机运行时，如果由于外来因素，使转子转速高于其旋转磁场转速（即同步转速），则电机进入回馈制动状态（亦称发电机制动）。例如前述的起重机放下重物时，如果仍按电动机状态运行，即转子转向和定子旋转磁场转向相同，则在电动机的电磁转矩和重物的重力产生的转矩双重作用下，重物以越来越快的速度下降，当转子转速由于重力的作用超过同步转速电机就进入发电机制动状态运行，电磁转矩方向开始转变，一直到电磁转矩与重力转矩平衡时，转子转速以及重物下降速度才稳定不变，使重物恒速下降。

（三）、能耗制动

将正在运行中的异步电动机的定子绕组从电网断开，而接到而接到一个直流电源上，由直流电流励磁而在气隙中建立一个静止磁场。于是从正在旋转的转子上来看此磁场将是向后旋转的，因此由它在转子中产生的感应电流所产生的电磁转矩方向应为向后转，即对转子起制动作用。这时转子的动能全部消耗于转子的铜耗和铁耗中，故称为能耗制动。

三、结束语

异步电动机的调速有很多方法，其中常用的是变极调速（笼型电动机）和在转子回路中串入电阻调速（绕线型电动机），当然，变频调速的优势将随着电力电子技术的发展也必将得到广泛的应用。【参考文献】：

[1]: 周希章(编者)《电动机的起动制动和调速》机械工业出版社;第2版 [2]: 李发海、王岩 《 电机与拖动基础》 清华大学出版社，2006 年

[3]: 顾绳谷 《 电机与拖动基础》 机械工业出版社，2006 年

[4]:方伟 樊晓华 《三相电动机调速与制动问题的研究》 科技创新导报 2009第6期