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1、1目录一 课程设计的目的及内容.1二 他励直流电动的基本结构.22.1 定子 .22.2 转子 .2三他励直流电动机的工作原理.33.1 直流电动机的工作原理图 .332 他励直流电动机的运行分析 .3四 制动原理及机械特性.54.1 电压反向反接制动迅速停机 .54.2 迅速停机串联电阻的计算 .74.3 电动势反向反接制动下放重物 .74.4 下放重物串联电阻的计算 .9五 结论.10参考文献.112课程设计说明书一 课程设计的目的及内容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
2、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。本设计主要研究他励直流电动机的反接制动。3二他励直流电动的基本结构图 2-1 直流电动机结构图图 2-1 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22 转子电枢铁心 电枢绕组 换向器 风扇等电电枢枢绕绕组组电电枢枢磁磁扼扼定定子子磁磁扼扼换换向向极极绕绕组组
3、换换向向极极底底脚脚激激磁磁绕绕组组极极身身极极掌掌电电枢枢槽槽电电枢枢齿齿4三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 。aBLIf32 他励直流电动机的运行分析MUf+-+-UaIaIf图
4、3-2 它励电动机NSABadbci+- enU +-i5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。在励磁电压的作用下，励磁绕组中通过励磁电流，从而产生fUfI主磁极磁通。在电枢电压的作用下，电枢绕组中通过电枢电流。电枢电流与磁场aUaI相互作用产生电磁转矩，从而拖动产生机械以某一转速运转。电枢旋转时，切割磁感Tn 线产生电动势。电动势的方向与电枢电流的方向相反。E在励磁电路中，励磁电流 ff RUfI在电枢电路中，根据基尔霍夫定律 aaIR EUa由此求得电枢电流为 aa aREUI根据电枢转矩公式，电枢电流还应满足下式 TaCTI根据上式
5、可得到转速用下式表示 EaaaECIRU CEn转速与转矩之间的关系为 TCCR CUTEaEa 2n他励电动机在运行时，如果励磁电路断电，主磁极只有很小的剩磁，由于机械0fI惯性，励磁电路断开瞬间，转速尚来不及变化，将立即剧减，立即剧增。仍有一定数aI值。电动机将发生两种事故：（1）当增加的比例小于减少的比例时，断电瞬间，将减小，电动机不TLTT 断减速而至停转，即“闷车”或“堵转” 。这是过大，换向器和点数绕组都有被烧坏的aI危险。这种情况一般在重载或满载时容易发生。（2）当增加的比例大于减少的比例时，断电瞬间，将增大，电动机不aITLTT 断加速直至超过允许值，即“飞车” 。这时不仅使换
6、向器和电枢绕组又被烧坏的危险，而 且还会使电动机在机械方面遭受严重损伤，甚至危及操作人员的安全。这种情况般在轻 载和空载时容易发生。6四 制动原理及机械特性4.1 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 4-1 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 4-2 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。MUa EIaTn+-Uf( a )电动状态图 4-1 制动前的电路图MUaEI
7、an+-TUfRb(b)制动状态图 4-2 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TCCR CU CIRU CEnIRUEICTnCTEaEaEaaaEaaaaTE2E7电压反向反接制动时，n 与 T 的关系为其机械特性如图 4-3 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 4-3 中 的特性 3。T TLn2 31baconoTL图 4-3 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。
8、在 T 和的共同作用下，转速LTn 迅速下降，工作点沿特性 2 由 b 移至 c 点，这是，应立即断开电源，使制动过程0n 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的大小有关，小，制动过程短，停机快，但bRbR制动过程中的但制动过程中的最大电枢电流，即工作于 b 点时的电枢电流不得超过abI。由图 4-3 可知，只考虑绝对值时aNaII)0 . 25 . 1 (maxbabIRREUaba 式中，Eb=Ea。由此求得电压反接制动的制动电阻为a aba bRIEURmax)(2TCCRR CUnTEbaEa 84.2 迅速停机串联电阻的计算由于取值的
9、不同，导致串入电阻的不同。一般的取值不得超过maxaIbRabI=(1.52.0)IaN。取 Iamax=1.5 IaN，设,，,maxaIKWPN22VUaN440A3 .65aNI，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min/600rnN入的制动电阻值不能小于多少？ 解：由额定数据求得的电阻。制动电阻值不能于即电枢电路中应串入的迅速停机时AA 526. . 4526. 4)58. 13 .65246.357440(E46.357)24.5258. 1440(24.52365. 5256.280256.280mN2.3350.80.8T0T32.3506
10、0022000 14. 3260P 260T65.3562.504.13260C260562. 060091.336 nE91.3363 .65102258. 13 .653 .651022440IRmaxbNLN NE33aNaa aa baaaTL aNTNEaNNaNNaNRIURVVIRUECTImNmNmNnCCVIPEIPU4.3 电动势反向反接制动下放重物制动前的电路如图 4-4 所示，制动后的电路如图 4-5 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。机械特性方程边变为bRTCCRR CUnTEbaEa 29MUa EIaIn+-Uf( c )电动状态
11、图 4-4 制动前的电路图 MUaEIan-+IUfRb(d)制动状态图 4-5 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 4-6 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，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，LTTcTT 但，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，系cLTT cTT 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
12、看出，这时 E 与 Ua的作用方向也变为一致，但和 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的大小有关。小，特性 2 的斜率小，转速低，bRbR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)(RbanCUTC IEUREaTadda10可见，若要以转速 n 下放负载转矩为的重物，制动电阻应为LTaEa oLT bRnCUTTCR)(忽略，则oTaEa LT bRnCUTCR)(onn0ba3cdTCTL T2图 4-6 反接制动
13、下放重物过程4.4 下放重物串联电阻的计算由于下放速度 n 取值的不同，导致串入电阻的不同。取恒速下放重物，bRmin/300rn 设,，,，T0忽略不计。拖动KWPN22VUaN440A3 .65aNImin/600rnN的位能性恒转矩负载，计算电枢电路中应串入多大的制动电阻？NLTT8 . 0解：根据上一计算的数据，求得07.1058. 1)300562. 0440(256.280365. 5)(aEa LT bRnCUTCR11五 结论他励电动机反接制动的特点是：使与的作用方向变为一致，共同产生电枢电流，aUEaI于是由动能转化而来电功率和电源输入的电功率一起消耗在电枢电路中。aEIaa
14、IU在电压反向制动时，强迫电动机朝相反的方向转动而促进电动机立即停转。制动时，在 保持励磁电流条件(方向和值的大小)不的情况下，利用倒向开关将电枢两端反接在电源上，此时电枢电流将变成负值，且电流相大，随之产生很大的制动性电磁baaRREUI转矩使电动机停转。电动势反向反接制动在保持励磁电流条件(方向和值的大小)不的情 况下，在电路中串联一个适当的制动电阻，使转速迅速下降至零后再反转，此时方向改变和同向，两者共同提供电流，并以速度下放重物。这里的是EaUbE aRRanCUInbR制动时为限制电流太大而串人电枢回路的电阻。反接制动的优点是:很快能使电动机迅速停转；缺点是:电枢电流可能过大。为此反接 时须接人足够的电阻，将电枢电流限制在一定允许值范围内；此外，当转
