机电传动控制ch3-5

1．电源反接制动 设电动机外加电枢电压的参考方向为图中所示。
当电压的实际方向与参考方向相同（虚线）时，电动机的机 械特性为
Ra U − T n= 2 K eΦ K e K mΦ
其特性曲线如图（b）中的曲线1
当电压的实际方向与参考方向相相反（实线）时，电动机的机 械特性为
n= R + Rad −U − a T 2 K eΦ K e K mΦ
三、能耗制动
脱开电源，电枢串接一个附加电阻，在E 的作用下，I反向，T反向，产生制动转矩， 机械能消耗在附加电阻上。
Ra + Rad 由于U=0，故： n = − T 2 Ke Kt Φ
三、能耗制动
当切断电源接入电阻后，工作点由a点转到b点。 b—o段：Tm<0，n>0，能耗制动。 电阻越小，产生的反向电流越大，制动越快。
三、能耗制动
其机械特性是一条过原点，位于第二、 四象限的直线。也有反抗性负载和位能性 负载。
例题分析
例1 Z2-22型并励电动机，额定功率PN=2.2kW，额定电压
UN=220V，额定电流IN=12.2A，额定转速nN=3000r/min，最 大励磁功率PfN=68.2W。 试求： （1）最大励磁电流Iaf； （2）额定运行时的电枢电流IaN； （3）额定转矩TN； （4）额定运行时的效率ηN。
注意:由于在反接制动期间，电枢感应电动势和电源电压是串 联相加的，因此，为了限制电枢电流 ，电动机的电枢电路中必须串 接足够大的限流电阻Rad。 电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速、停车和反向 的场合以及要求经常正反转的机械上。
2．倒拉反接制动 电动机固有机械特性和电枢回路串接电阻的机械特性分别如 图（b）中曲线1和2所示。
现电动机驱动位能负载转矩，机械特性如图（b）中的曲线3所示。
a点：重物匀速上升， Tm>0，n>0，电动机工作在电动状态。 c点：下放重物时串入Rad（特性曲线由1变2，系统工作点由a 变为c），→T＜＜TL→n↓（工作点由c向d移动）E↓→I↑→T↑ （此时T＜TL）→ n↓。 c—d段：Tm>0，n>0，电动机工作在电动状态。 由于电动机的输出转矩小于负载转矩，转速沿着曲线2下降。
解：（1）最大励磁电流
I fN
P fN 68 . 2 A = 0 . 31 A = = UN 220
（2）额 (12 .2 − 0 .31) A = 11 .89 A
（3）额定转矩
PN 2 . 22 × 10 3 T N = 9 . 55 = 9 . 55 N • m = 7N • m nN 3000
n= UN Ra ⎛ 220 1.7 ⎞ TN = ⎜ − − ×14 ⎟r / min = 1962r / min Keφ KeKtφ 2 ⎝ 0.1 0.099 ⎠
3）此时U= UN=220V， 电枢回路总电阻 R = Ra + Rad = (1.7 + 2)Ω = 3.7Ω 而 K e φ = K e φ N = 0 . 13 V / r • min
解：运用机械特性表示式 n =
几种条件下的转速n。题中三种条件下的转矩T是相同的，在 忽略了损耗的情况下:
U Ra − T 即可求出上述 2 K e φ K e K tφ
PN 2.2 ×103 T = TN = 9.55 = 9.55 N • m = 14 N • m nN 1500 （1）此时U=180V，Ra=1.7Ω
特点： 1)改变附加电阻Rad ，可以得到不同的下 降速度，附加电阻越小，下降速度越低，保 证生产的安全。 2)缺点是由于对TL的估计不足，可能本应 下降而变成上升. 3)机械特性硬度小，速度的稳定性差。
二、反馈制动 特点： 1）在外部条件的作用下，实际转速大于理想空载转速； 2）电动机输出转矩的作用方向与n的方向相反。 1．电车走下坡路时的反馈制动 设电车与地面的摩擦转矩为 Tr ，阻转矩；下坡时电车所产生 的位能转矩为Tp，拖动转矩；且 Tp>Tr ，前进时速度n为正。 电车由直流电动机拖动， 机械特性如图所示。
−1
2 则 KeKtφ 2 = KeKtφ N = 0.16 N • mΩ / r • min −1
故
n=
UN R a + R ad 3 .7 ⎞ ⎛ 220 TN = ⎜ − − × 14 ⎟ r / min = 1368 r / min 2 K eφ N K eK tφ N ⎠ ⎝ 0 . 13 0 . 16
UN − INRa 220−12.4 ×1.7 Keφ = KeφN = = V / r • min−1 = 0.13 / r • min−1 V nN 1500
K tφ = K tφN = 9 .55 K eφ = 9 .55 × 0 .13 N • m / A = 1 .24 N • m / A
3．5 直流他励电动机的制动特性 1．制动与启动 启动：施电于电动机使电动机速度从静止加速到某一稳定转速 的一种运动状态； 制动：电动机脱离电网使电动机速度是从某一稳定转速开始减 速到停止或是限制位能负载下降速度的一种运转状态。 2. 制动与自然停车 1）自然停车：电动机脱离电网，靠很小的摩擦阻转矩消耗机械 能使转速慢慢下降，直到转速为零而停车。这种停车过程需时较 长，不能满足生产机械快速停车的要求； 2）制动：电动机脱离电网，外加阻力转矩使电动机迅速停车。 为了提高生产效率，保证产品质量，需要加快停车过程，实现准确 停车等，要求电动机运行在制动状态，常简称为电动机的制动。
（4）额定运行时的效率
额定输出功率(轴上输出的机械功率) ηN = 额定输入功率(从电源输入的电功率) 2.2 ×103 PN PN = ×100% = ×100% = ×100% = 82% 220 ×12.2 P1N UNIN
例 一台直流他励电动机，其额定数据如下：PN=2.2KW，
UN=220V，IN=12.4A，Ra=1.7Ω，nN=1500r/min，如果这 台电动机在额定转矩下运行，试求： （1）电动机的电枢电压降至180V时，电动机的转速是多 少？ （2）励磁If=0.8IfN（即磁通Ф=0.8ФN）时，电动机的转速 是多少？ （3）电枢回路串入附加电阻Rad=2Ω时，电动机的转速是 多少？
匀速走平路时（a点）： 输出转矩TM 用来克服负载转 矩Tr 。
在a—n0段：TM与n的方向相同，故为电动状态。 在n0—b段：TM与n的方向相反，且工作速度大于理想空载转 速，故电动机工作在反馈制动状态。 此时，电车的位能转矩带动电动机发电，把机械能转变为电 能，向电源馈送，故称反馈制动。
2．电枢电压突然下降时的反馈制动 设当电动机的电枢外加电压为U1和U2，且 U1>U2时的机械特 性如图所示。 若电动机工作在A点时将 电枢电压突然降低为U2 ，电动 机的机械特性变为曲线2，由 于机械惯性，工作点由A转换 到B点。此时-TM-TL<0 ，电动 机的转速在TM、TL的共同的作 用下沿着曲线2下降直到新的 平衡点D。 在B—C段，转速n与转矩TM的方向相反，运行速度大于空载 转速n02，故为反馈制动状态。
例: 有一并励电动机，其额定数据如下：P２=22KW, UN=110V, nN=1000r/min, η = 0.84, 并已知 Rf= 27.5Ω ，Ra= 0.04Ω , 试求: (1) 额定电流I , 额定 电枢电流Ia及额定励磁电流If ; (2) 损耗功率ΔPaCu , 及ΔPO ; (3) 额定转矩T; (4) 反电动势E。 解：(1) P2是输出功率，额定输入功率为
d点：n=0，E=0，I=Ist=U/R∑（堵转电流），由于U存在， Tst （堵转转矩） ＜TL 在TL(位能负载)的作用下n反向加速→E↑（反向）→I↑= （U+E）/R∑→T↑=TL（即b点），以nb速度稳速放下重物。 电动机在d—b段： Tm>0，n<0，电动机工作在制动状态。 常称这种制动状态为倒拉制动状态（电机转矩反对重物下放）。 倒拉反接制动状态的机械特性曲线是第一（三）象限中电动状 态下的机械特性曲线在第四（二）象限的延伸。
22 = = 26 .19 KW P1 = 0 .84 η P2
额定电流 P1 26 . 19 × 10 3 I = 238 A U 110 u 110 额定励磁电流 I f = = =4A Rf 27 . 5 额定电枢电流
I a = I − I f = 238 − 4 = 234 A
（2）电枢电路铜损
2 KeKtφ 2 = KeKtφN = 0.13×1.24N • mΩ/ r • min−1 = 0.16N • mΩ/ r • min−1
故
n=
U Ra 1 .7 ⎞ ⎛ 180 TN = ⎜ − − × 14 ⎟ r / min = 1236 r / min K e φ N K e K tφ 2 ⎠ ⎝ 0 . 13 0 . 16
Δ PaCu = Ra I
励磁电路铜损 总损失功率 空载损耗功率
2
a
= 0 .04 × 234 = 2190 W
2
Δ PfCu = Rf I 2 f = 27 .5 × 4 2 = 440 W
∑ Δ P = P1 − P2 = 26190 − 22000 = 4190 W
∑ ΔP0 = ∑ ΔP1 − ΔPaCu = 4190 − 2190 = 2000 W
一、反接制动 反接制动具有如下特点： 1）电动机的外加电枢电压U与感应电动势E的方向在外界的作 用下由相反变为相同； 2）电动机的输出转矩TM与转速n的方向相反。 在反接制动中，把改变电枢电压U的方向所产生的反接制动称 为电源反接制动；而把改变电枢电动势E的方向所产生的反接制动 称为倒拉反接制动。
3. 电动机的两种工作状态 1) 电动状态：
TM −T L= 0，TM 为拖动转矩，TL 为阻转矩
电动机的作用是将 电能转换机械能。故称 这种状态为电动状态。 2）制动状态：