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第四章 直流电机拖动基础 第四章 直流电机拖动基础 第四节 他励直流电动机的制动 一、电动状态和制动状态 直流电动机的运行状态主要分为电动状态和制动状态两大类。 电动状态是电动机运行时的基本工作状态。电动状态运行时，电动机的电磁转矩Te与转速n方向相同，此时Te为拖动转矩，电机从电源吸收电功率，向负载传递机械功率。电动机电动状态运行时的机械特性如图4-14所示。 电动机在制动状态运行时，其电磁转矩Te与转速n方向相反，此时Te为制动性阻转矩，电动机吸收机械能并转化为电能，该电能或消耗在电阻上，或回馈电网。电动机的机械特性处在第二、四象限。 制动的目的是使拖动系统停车，或使拖动系统减速。对于位能性负载的工作机构，用制动可获得稳定的下放速度。制动的方法有几种。最简单的就是自由停车，即切除电源，靠系统摩擦阻转矩使之停车，但时间较长。要使系统实现快速停车，可以使用电磁制动器，即将制动电磁铁的线圈接通，通过机械抱闸制动电机；还可以使用电气制动的方法，即由电动机提供一个制动性阻转矩Te， 以增加减速度；也可以将电磁抱闸制动与电气制动同时使用，加强制动效果。这里主要介绍电气制动的方法，常用的电气制动方法有能耗制动、反接制动、回馈制动三种。 第四章 直流电机拖动基础 第四章 直流电机拖动基础 二、能耗制动 能耗制动的机械特性与电动机所带负载的特性有关，对于反抗性负载，其机械特性曲线在第二象限，没有稳定运行点，称为能耗制动过程；对于位能性负载，其机械特性曲线在第四象限，有稳定运行点，故称为能耗制动运行状态。 第四章 直流电机拖动基础 1. 能耗制动过程 (1) 能耗制动的机械特性 将U = 0、Φ = ΦN，R = Ra+Reb代入他励直流电动机机械特性方程式，可得能耗制动时的机械特性 可见，能耗制动时的机械特性是一条经过原点、位于第二、四象限的直线，如图4-15b中的特性2所示。 （4-13） （4-14） 第四章 直流电机拖动基础 (2) 能耗制动的功率关系 他励直流电动机能耗制动过程中的功率传递方向为：因电源已被断开，不向电动机提供能量，输入电功率P1 =0；此时，电磁转矩与转速方向相反，机械功率P2为负，说明电动机轴上非但没有输出机械功率给负载，反而是负载向电动机输入了机械功率，扣除空载损耗P0，其余的转变为电磁功率Pem；电磁功率Pem因而也变为负值，说明功率传递方向与电动状态时相反，即在电动机内，电磁作用把机械功率转变为电功率；最终，该电功率在电枢回路总电阻上被转化为热能消耗掉。 从电磁功率把机械功率转化为电功率这一点来说，能耗制动过程中的电动机似发电机，但与一般的发电机不同，表现在： 1) 没有原动机输入机械功率，其机械能是系统从高速向低速制动时所释放出来的动能； 2) 没有电功率输出，而是转化为电枢回路总电阻（Ra+Reb）上的热能消耗掉了，因此称这种制动方式为能耗制动。 第四章 直流电机拖动基础 (3) 能耗制动电阻的计算 能耗制动过程中，起始制动转矩的大小与外接制动电阻Reb的大小有关。外接制动电阻越大，制动转矩越小，制动过程越缓慢，但电机不易过热； 反之外接电阻越小，则制动转矩越大，制动过程越快。 但制动电阻的最小值受到电动机过载能力的限制，因此在能耗制动过程中， 应将制动瞬间的电流 （即最大制动电流Imax） 限制在允许的范围内， 即应按下式选择电阻 （4-14） （4-15） 当制动初始转速大于nN时，可用下列近似公式计算Reb ，即 第四章 直流电机拖动基础 2. 能耗制动运行状态 若他励直流电动机拖动恒转矩位能性负载，原运行于电动状态的A点，以转速nA提升重物。现采用能耗制动，如图4-16所示，电动机的运行点从A→B→O，其中B→O是能耗制动过程（与拖动反抗性负载时完全一样）。在O点（Te =0，n=0）时，停止提升。此时如果不采用其他办法停车，则系统将在位能性负载转矩TL作用下开始反转（即下放重物），系统进入四象限。 第四章 直流电机拖动基础 3. 能耗制动的过渡过程 能耗制动的过渡过程与电动机所拖动的负载性质有关， 下面分别讨论。 (1) 拖动位能性恒转矩负载 他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载能耗制动的过渡过程如图4-17所示， 转速和转矩的变化是从起始点B到稳态点C的两条光滑的指数曲线（一条实线，一条虚线）。 (2) 拖动反抗性恒转矩负载