《他励直流电动机的能耗制动控制设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《他励直流电动机的能耗制动控制设计（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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
2、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讲解T，TL，To之间的关系。关键词：能耗制动；迅速停机；放下重物；目录摘要 I1设计任务和要求 31.1 设计任务 31.2 直流电动机的工作原理 31.3 他励电动机电路模型 42他励直流电动机的机械特性 52.1 他励直流电动机固有机械特性 62.2 他励直流电动机人为特性 63他励直流电动机的能耗
3、制动 83.1 能耗制动过程迅速停机 93.2 能耗制动运行下放重物 104能耗制动设计电路与参数确定 134.1 主电路与控制电路 134.2 电路参数确定 145总结 16参考文献 错误!未定义书签。1设计任务和要求1.1设计任务1、要求设计出他励直流电动机能耗制动主电路及控制电路。2、对他励直流电动机能耗制动控制制动主电路及控制电路工作原理进行必要 的阐述。3、计算他励直流电动机能耗制动控制制动主电路及控制电路的相应参数。1.2直流电动机的工作原理在直流电动机中，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
4、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IT 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
5、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。1.3他励电动机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1-2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。他励电动机图1-2励磁电流：I =z-R电枢电流：U二E + R Iaa aU - E=aRa电动机的转速：n二舒-巾；EE T2 他励直流电动机的机械特性在他励电动机中，Ua、Ra、if保持不变时，电动机的转速之间的关系称为他励电动机的机械特性。根据公式与电磁转矩 TT 二 C QITaE = C Q naeU 二 E +1 Raa可得，他励电动机的转速与转
6、矩之间有如下关系URn = 一 a T = n - An = nC C C 2 ooEE T-YT其中称为理想空载转速Un 二0 C eY 机械特倾性的斜率，大小反映软特性与硬特性，其值为dndTRa C C 2ETAn 是转速差，其值为：An = n - n = y T o机械特性的硬度为：dTdn斜率Y越小，硬度a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。2.1 他励直流电动机固有机械特性由方程式n = -U - Ra 得到他励电动机的固有特性，如图2-1所示, c e c c e 2 e n e T n由于电枢电阻R很小，
7、所以机械特性的斜率Y很小，硬度很大，固有特性为 a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。图 2-1 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I等于换向a所允许的最大电枢电流I=6.52.0。对应转矩T是电动机所允许的最大a maxaNM转矩。临界状态说明了电动机的短时过载能力。2.2 他励直流电动机人为特性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U R + R Fn =a fTc e c c e 2EE T这时相当于电路
8、电枢电阻R增加，理想空载转速n不变，丫增加，机械特性硬ao度a减小，机械特性如图2-2所示，串入电阻越大，人为特性斜率Y越大，硬度a越小。图2-2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当降低电枢电压时，Ua降低时，no减小，丫不变，a不变，人为特性如图2-3所示，机械特性平行下移。T图2-3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I，则磁通e减小，n增加，Y增加，a减小，人为特性如图Jo2-4所示。图2-4减弱励磁电流时的机械特性3他励直流电动机的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
9、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 R,，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。b能耗制动分为两种，分别用于不同场合。3.1能耗制动过程迅速停机(a)电动状态(b)制动状态图3-1能耗制动迅速停机的电路图制动
10、前后如图3-1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R短接，电动势将产生与电动状态时方向相反的电枢电流，I反向， ba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, I =0，a制动转矩T自动消失。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3-2 中的特性1，n与T的关系为UR 丁n = n a Tc e c c e 2e ne T n能耗制动时，U =0,电枢回路中又增加制动电阻R，故abR + R，n = a亠 TC C o 2e T n机械特性如图3
11、-2中的特性2,它是一条通过原点、位于2、4象限的直线。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T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。L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R的大小有关。R 小,则I大，T大，制 bba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EI不得超过I 。由图3-1 (b)可知I二 -b 式中，E = E，是工
12、作于b abamaxabb点和a点时的电动势。由此可得R 一-Ra Iaam ax3.2能耗制动运行一一下放重物若电动机拖动位能性恒转矩负载，如图3-3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 工作点达到0点时，T=0，但T 0,在重物的重力作用下，系统反向启动，工L作点将由0点下移到c点，T= T，系统重新稳定运行，这时n反向，电动机稳L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
13、态。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I和T a也随之反向，两者的不同如图3-4所示，在能耗制动过程中，n0, TV0；然而 在能耗制动运行时，nV0，T0。(a)能耗制动过程(b)能耗制动运行图3-4能耗制动过程与能耗制动运行得比较能耗制动运行的效果与制动电阻R的大小有关。R小，特性2的斜率小，bb转速低，下放重物慢。由图3-4 (b)可知，工作在c点时，只取各量的绝对值,而不考虑正、负，则厂EC恤厂厂丄nR + R = = e = C C 2 -abITE TT - TacL0C T下放重物时，T与T方向相反，与T方向相冋，故T= T -T。可见，若要以转0LL0
14、速n下放负载转矩为T的重物时，制动电阻应为LR - C C 2 n - R bE TT - TaLO忽略T，则0R 二 C C 2 A - R bE TTaLER的结果应与式R 一-R校验是否合适。 ba Ia4 能耗制动设计电路与参数确定制动时在电机的绕组中串接电阻，电动机相当于发电机，将拥有的能量转换 成电能消耗在所串接电阻上。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，这时电气的频率变化很快，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，称泵升电压，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
