《电机驱动与调速》第04讲（直流电机的启制动）

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1、1 第第 4 4 讲讲 项目项目1 1 直流电动机及其驱动直流电动机及其驱动 任务任务2 2 直流电动机的电力驱动直流电动机的电力驱动 情景情景1 1 直流电动机的起动直流电动机的起动 情景情景2 2 他励直流电机的电力制动他励直流电机的电力制动 教学目标教学目标 1 1、熟悉直流电动机起动的方法、熟悉直流电动机起动的方法 2 2、掌握直流电动机电力制动的方法、掌握直流电动机电力制动的方法 教学重点教学重点 直流电动机起动直流电动机起动 教学难点教学难点 直流电动机制动直流电动机制动 教学方法教学方法 探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法 教学手段教

2、学手段 多媒体教学、动画演示教学多媒体教学、动画演示教学 作业布置作业布置 作业题作业题1 1-4 4 2 教学过程：教学过程：情景情景1 1 直流电动机的起动直流电动机的起动 电机从静止到稳定运行先通过起动过程。起动时要求电动机产电机从静止到稳定运行先通过起动过程。起动时要求电动机产 生足够大的电磁转矩来克服机组的静止摩擦转矩、惯性转矩以及生足够大的电磁转矩来克服机组的静止摩擦转矩、惯性转矩以及负负 载转矩，才能使机组在尽可能短的时间里从静止进入稳定运行。载转矩，才能使机组在尽可能短的时间里从静止进入稳定运行。从电路方面看，起动瞬间转速从电路方面看，起动瞬间转速n=0n=0，反电势，反电势E

3、a=0Ea=0，而电枢电阻，而电枢电阻 RaRa很小，由很小，由U UN N=Ea+RaIa=Ea+RaIa可得到起动电流可得到起动电流I Istst将很大，一般达到额将很大，一般达到额 定电枢电流的十几倍甚至更大，将导致电网电压突然降低，影响定电枢电流的十几倍甚至更大，将导致电网电压突然降低，影响其其 它用户的用电，也将导致电机本身遭受很大电磁力的冲击，严重它用户的用电，也将导致电机本身遭受很大电磁力的冲击，严重时时 将会损坏电机。故将会损坏电机。故需适当限制电机的起动电流需适当限制电机的起动电流。直流电动机的常用起动方法有直流电动机的常用起动方法有全压（直接）起动全压（直接）起动、电枢回路

4、电枢回路串串 电阻起动电阻起动和和降压起动降压起动三类。三类。3 1 1、全压、全压启动启动（直接（直接启动启动）全压启动（直接启动）是将电动机直接接入到额定电压的电全压启动（直接启动）是将电动机直接接入到额定电压的电源源 上而不采取任何措施的启动过程。直接起动只限于对电网和自身上而不采取任何措施的启动过程。直接起动只限于对电网和自身的的 冲击都不太大的小容量电机。正因为电动机启动电流很大，所以冲击都不太大的小容量电机。正因为电动机启动电流很大，所以启启 动转矩大，电动机起动迅速，起动时间短动转矩大，电动机起动迅速，起动时间短。直接起动如图直接起动如图1 1-1414所示。先合上励磁回路开关所

5、示。先合上励磁回路开关QS1QS1建立磁场，建立磁场，再合上电枢回路开关再合上电枢回路开关QS2QS2全压起动，以全压起动，以确保电枢回路通电前磁场已确保电枢回路通电前磁场已 建立建立。图图1 1-14 14 直接起动直接起动 图图1 1-15 15 电枢串电阻起动电枢串电阻起动 4 2 2、电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动 通常直流电动机多采用电枢回路串电阻的启动方法通常直流电动机多采用电枢回路串电阻的启动方法。起动时将起动时将全部启动电阻串入电枢回路全部启动电阻串入电枢回路，以限制启动电流以限制启动电流，起动结束后将电起动结束后将电阻切除阻切除。如图如图1 1-1515所示所示。起动开

6、始时起动开始时,电枢电阻为电枢电阻为Ra+RRa+R1 1+R+R2 2，起动电流起动电流I Istst所产生的电磁所产生的电磁转矩为转矩为T T1 1。控制控制T T1 1TTL L（负载阻转矩负载阻转矩），电动机开始旋转电动机开始旋转，转速上转速上升升，转矩下降转矩下降，加速度逐步减小加速度逐步减小。为得到较大加速度为得到较大加速度，到一定时候把到一定时候把R R2 2切除切除（接触器主触点接触器主触点KMKM2 2闭合闭合），电枢中剩余的电阻为电枢中剩余的电阻为Ra+RRa+R1 1。当电机加速到一定时候再切除当电机加速到一定时候再切除R R1 1（KMKM1 1也闭合也闭合），只剩余自

7、身只剩余自身的电阻的电阻RaRa，拖动系统继续加速最后稳定在额定转速拖动系统继续加速最后稳定在额定转速n nN N，转矩转矩T T =T TL L，起动过程结束起动过程结束。串电阻起动的优点是起动电流小；缺点是变阻器较笨重且起动串电阻起动的优点是起动电流小；缺点是变阻器较笨重且起动过程消耗能量多过程消耗能量多。5 3 3、降压启动、降压启动 降压起动在起动过程中不会有大量的能量消耗。如图降压起动在起动过程中不会有大量的能量消耗。如图1 1-1616所所示。示。图图1 1-16 16 直流电动机的降压起动直流电动机的降压起动 特别注意特别注意串励电动机绝对不允许空载启动串励电动机绝对不允许空载启

8、动，否则电机的转速，否则电机的转速将达到危险的高速，电机会因此损坏。将达到危险的高速，电机会因此损坏。降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于大功率电动机。大功率电动机。6 情景情景2 2 他励直流电机的电力制动他励直流电机的电力制动 制动应用在机械负载需要制动应用在机械负载需要快速停车快速停车和准确停车两种情况。电和准确停车两种情况。电动机停转或由高速进入低速运行，都需要对电动机进行强行减动机停转或由高速进入低速运行，都需要对电动机进行强行减速速制动。制动。制动的本质就是在电动机转轴上施加与旋转方向相反的力矩。制动的本质就是在电

9、动机转轴上施加与旋转方向相反的力矩。这个力矩若以机械方式产生（如摩擦片、制动闸等），则称为机这个力矩若以机械方式产生（如摩擦片、制动闸等），则称为机械制动；若以电磁方式产生就叫做电力制动。械制动；若以电磁方式产生就叫做电力制动。电力制动是利用电动机自身的电磁转矩来实现制动。要使电电力制动是利用电动机自身的电磁转矩来实现制动。要使电磁转矩改变方向，只要使电枢电流反向。电动机在减速运行过程磁转矩改变方向，只要使电枢电流反向。电动机在减速运行过程中，转速方向不变，磁场的方向保持不变，因此中，转速方向不变，磁场的方向保持不变，因此反电势反电势EaEa的方向的方向保持不变。电磁功率变号保持不变。电磁功率

10、变号，即电磁功率由电动运行时的吸收功率，即电磁功率由电动运行时的吸收功率变为发出功率，这部分功率可以由电阻消耗掉，也可以回馈到电变为发出功率，这部分功率可以由电阻消耗掉，也可以回馈到电网。网。根据制动过程中电动机发出功率的去向不同和所提供的外部根据制动过程中电动机发出功率的去向不同和所提供的外部条件的不同，电力制动有条件的不同，电力制动有能耗制动能耗制动、反接制动反接制动、再生制动再生制动（回馈（回馈制动）三种方式。制动）三种方式。7 1 1、能耗制动、能耗制动 能耗制动指把电动机轴上的动能或者势能转化为电能并通过能耗制动指把电动机轴上的动能或者势能转化为电能并通过电枢回路的电阻以发热的方式消

11、耗掉的一种制动方式。如图电枢回路的电阻以发热的方式消耗掉的一种制动方式。如图1 1-1717所示。所示。图图1 1-1717直流电机能耗制动直流电机能耗制动 制动时，开关从制动时，开关从“电动电动”转向转向“制动制动”，而励磁回路不变，电枢回路经制，而励磁回路不变，电枢回路经制动电阻动电阻R R闭合。此时电动机内磁场不变，电枢因惯性继续按原方向旋转，电磁转闭合。此时电动机内磁场不变，电枢因惯性继续按原方向旋转，电磁转矩的方向与旋转方向相反，因而产生制动作用，转子减速，直至可转换的惯性矩的方向与旋转方向相反，因而产生制动作用，转子减速，直至可转换的惯性动能全部转化为电能，消耗在制动电阻动能全部转

12、化为电能，消耗在制动电阻R R及机组本身电阻及机组本身电阻RaRa上。上。制动电阻制动电阻R R越小，制动电流越小，制动电流IaIa越大，产生电磁转矩越大，制动越大，产生电磁转矩越大，制动效果越好效果越好。能耗制动利用机组动能来取得制动转矩，操作简便，容易实现，必要时可能耗制动利用机组动能来取得制动转矩，操作简便，容易实现，必要时可加机械制动闸。加机械制动闸。8 2 2、反接制动、反接制动 反接制动是将外加电枢电压反向或者反电势在外部条件下反反接制动是将外加电枢电压反向或者反电势在外部条件下反向而引起电磁转矩反向的一种方法。在保持励磁电流不变的条件向而引起电磁转矩反向的一种方法。在保持励磁电流

13、不变的条件下，利用反向开关把电枢两端反接到电网上的制动方式称之为反下，利用反向开关把电枢两端反接到电网上的制动方式称之为反接制动。接制动。并励电动机反接制动的接线如图并励电动机反接制动的接线如图1 1-1818所示。所示。图图1 1-18 18 直流电机反接制动直流电机反接制动 反接制动的优点是制动很快，缺点是电流过大，约为直接起反接制动的优点是制动很快，缺点是电流过大，约为直接起动电流的两倍动电流的两倍(额定电流的额定电流的3030倍以上倍以上)，对电机冲击太大，对电机冲击太大，必须必须限限制。制。反接时电枢回路串入足够大的电阻反接时电枢回路串入足够大的电阻R R，使冲击值在允许范围内，使冲

14、击值在允许范围内。9 3.3.回馈制动回馈制动 回馈制动发生在实际转速高于理想空载转速回馈制动发生在实际转速高于理想空载转速。此时反电势此时反电势EaEa的方的方向没有变化，但当电动机的转速向没有变化，但当电动机的转速n n0n n0，电枢电流反向，电机输出功率、电磁，电枢电流反向，电机输出功率、电磁转矩反向，电磁转矩变为制动转矩，直流电机运行在发电机状态，把存储在系转矩反向，电磁转矩变为制动转矩，直流电机运行在发电机状态，把存储在系统中的机械能量回馈到电网。回馈制动是一种经济节能的方法。如图统中的机械能量回馈到电网。回馈制动是一种经济节能的方法。如图1 1-1919所示。所示。图图1 1-1

15、9 19 直流电动机回馈制动线路及机械特性曲线直流电动机回馈制动线路及机械特性曲线 回馈制动有回馈制动有重物放下时的回馈制动重物放下时的回馈制动、降压调速过程中的回馈降压调速过程中的回馈制动制动、增磁减速过程中的回馈制动增磁减速过程中的回馈制动。直流电机既可以作电动机运行，也可以作发电机运行，相应的机械特性位直流电机既可以作电动机运行，也可以作发电机运行，相应的机械特性位于不同的象限，因此把能够提供正反向运行并能实现正反向的回馈制动的电力于不同的象限，因此把能够提供正反向运行并能实现正反向的回馈制动的电力拖动系统称为拖动系统称为具有四象限运行功能的电力拖动系统具有四象限运行功能的电力拖动系统。