第三章 他励直流电动机的制动

回馈制动通常发生在下列三种情况下： 1.重物下放过程中
图3.37 重物下放时直流电机回馈制动的接线图(位能性负载)
2.降压过程中
3.增磁减速过程中
图3.39 弱磁升速过程中的回馈制动特性
图3.30 能耗制动时直流电机的机械特性与过渡过程曲线
能耗制动时的制动电阻决定了制动转矩的大小，为防止制动电流过大，一般按照下列 规则选择制动电阻 RB ，即： EaN IB 2I N Ra RB 由此求出制动电阻为：
RB
EaN U Ra N Ra 2I N 2I N
（3-62）
n(t ) nD (nC nD )e nD (1 e
Tt
M
Tt
M
)
（3-79）
（2）对于位能性负载：
若仅考虑反接制动停车，则BC段的过渡过程与反抗性恒转矩负载情况完全相同（见图 3.33）。
若反接制动在C点不停车，则由于整个制动过程包括停车（BC段）、反向电动机运 行（CF段）以及回馈制动阶段（FE段），跨越机械特性的第II、III、IV象限，如图3.33 所示。采用三要素法便可获得相应的过渡过程曲线表达式为：
图3.31 直流电机带位能性负载时的能耗制动情况 能量消耗在电枢回路总电阻上。
2. 能耗制动时他励直流电动机的的过渡过程分析
（1）对于反抗性负载：
能耗制动时拖动系统的基本关系式可由下式给出：
Ea C n Ia e Ra RB Ra RB 2 T T GD dn C I L T a em 375 dt
图3.33 反接制动时直流电机的机械特性
2. 反接制动时他励直流电动机的的过渡过程分析 （1）对于反抗性负载：
根据图3.33可知，若希望系统在反接制动过程中最后停车，则电机的机械特性对应于BC 段。对应于BC段的过渡过程曲线可采用三要素法并利用虚稳定点的概念获得，其表达式 如下： t
n(t ) nE (nB nE )e nz (nA nz )e
TL CT I Z CT ( Ce nZ ) Ra RB
将上式代入（3-64）得：
TM
解上式得：
dn n nZ dt
Tt
M
（3-65）
n nZ (n1 nZ )e
同理，
（3-66）
ia (t ) I L ( I B I L )e
Tt
回馈制动时电机的接线同电动机运行状态完全相同，其机械特性的表达式也完全相同。 所不同的是：电机的实际转速超过理想空载转速，导致外加电压低于感应反电势， 即：U E 。于是有： 1 a
IB U1 Ea 0 Ra R
（3-87）
（1）当电机正向运行时：
他励直流电机的机械特性为：
U1 ( Ra R ) n Tem n0 Ce CeCT 2
T
M
Tt
（3-75）
M
ia (t ) iE (iB iE )e
Tt
M
I L ( I B I L )e
Tt
（3-76）
M
若反接制动在C点不停车，则电机将反转，系统工作点将沿CD移动并最终稳定运行 在D点。 对应于CD段的过渡过程曲线可采用同样的方法求得，其表达式如下：
3.7 他励直流电动机的制动
定义： 制动是电磁转矩 Tem与转速 n 方向相反的一种运行状态。
能耗制动
直流电动机 的制动方式
反接制动 回馈制动
A、能耗制动
定义: 能耗制动是指将机械轴上的动能或势能转换而来的电能通过电 枢回路的外串电阻发热消耗的一种制动方式。
图3.29a、b分别给出了制动前后电机作电动机运行时和能耗制动时的接线图以及各物 理量的实际方向。
图3.34 直流电机带位能性负载反接制动时的电路图 当采用转速反向的反接制动时，他励直流电动机的机械特性可表示为：
n
U1 ( Ra R ) Tem Ce CeCT 2
（3-85）
式（3-85）可用图3.35所示曲线表示之。
图3.35 位能性负载反接制动的机械特性
C、回馈制动
定义： 回馈制动是电机的实际转速超过理想空载转速的运行状态。在 这种运行状态下，电机处于发电制动状态，故回馈制动又称为再生 制动。
（3-88）
（2）当电机反向运行时：
他励直流电机的机械特性为：
n
U1 ( Ra R ) Tem n0 Ce CeCT 2
（3-90）
根据式（3-88）和（3-90所示。
图3.36 直流电机回馈制动时的机械特性 由图3.36可以看出，正、反转回馈制动时的机械特性分别位于第II、IV象限，它们分 别是正、反转电动机运行时的机械特性（分别位于第I、III象限）的延伸。
Ra RB n 0 T Tem 2 em CeCT
式（3-61）可用图3.30所示曲线表示之。
(3-61)
（1）对于反抗性负载：
很显然，能耗制动时他励直流电 机的机械特性是一条通过原点且位 于第II象限的直线。
（2）对于位能性负载：(见图3.31)
能耗制动时，他励直流电机的的机械特性将由第II象限经过原点进入第IV象限。
n(t ) nE (nB nE )e nz (nA nz )e
Tt
M
Tt
（3-81）
M
ia (t ) iE (iB iE )e
Tt
M
I L ( I B I L )e
Tt
（3-82）
M
b、转速反向的反接制动
图3.34是他励直流电机带位能性负载反接制动时的电路图。
图3.32 他励直流电机反接制动时的接线图
1. 电枢反接制动时电动机的机械特性与制动电阻的计算
反接制动过程中电机的机械特性可表示为：
n
U1 ( Ra RB ) Tem n0 Tem 2 Ce CeCT
（3-72）
上式可用图3.33所示曲线表示之。很显然，反接制动时电机的机械特性是一条位于第II 象限的直线。
M
（3-67）
根据上述关系式，便可绘出
n f (t ) 以及 I a f (t ) 如图3.30所示。
图3.30 能耗制动时直流 电机的机械特性与过渡 过程曲线
B、反接制动
定义： 反接制动是指外加电枢电压反向或电枢电势在外部条件作用下 反向的一种制动方式。
a、电枢反接的反接制动
对于反抗性类负载，把外加电源反接，同时在电枢回路中串入限流的反接制动电阻， 便可实现反接制动。图3.32给出了反接制动时的电气接线图以及各物理量的实际方向。
图3.29 他励直流电机能耗制动前后的接线图
T 由图3.29可见，制动前后，直流电机的电枢电流方向改变，因此， em CT I a 改变 方向，由驱动性变为制动性的电磁转矩，即从而电机处于发电制动状态。
1. 能耗制动时电动机的机械特性与制动电阻的计算
能耗制动时，他励直流电机的机械特性可表示为：
反接制动时的制动电阻决定了制动转矩的大小。为防止制动电流过大，一般按照下列 规则选择制动电阻 RB ，即：
IB
U N EaN 2I N Ra RB
I 式中， B 为反接制动的起始电流。相应的制动电阻为：
RB U N EaN U Ra N Ra 2I N IN
（3-73）
将式（3-63）的第1式代入第2式，并整理得：
（3-63）
TM
( R RB ) dn n a TL 2 dt CeCT
（3-64）
GD2 ( Ra RB ) 式中，机电时间常数 TM 。 375CeCT 2
（2）对于位能性负载：
当
Tem TL 时，n nZ ，故有：