他励直流电动机的能耗制动控制设计

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.......................................................... I 1 设计任务和要求.. (3)

1.1 设计任务 (3)

1.2 直流电动机的工作原理 (3)

1.3 他励电动机电路模型 (4)

2 他励直流电动机的机械特性 (5)

2.1 他励直流电动机固有机械特性 (6)

2.2 他励直流电动机人为特性 (6)

3 他励直流电动机的能耗制动 (8)

3.1 能耗制动过程——迅速停机 (9)

3.2 能耗制动运行——下放重物 (10)

4 能耗制动设计电路与参数确定 (13)

4.1 主电路与控制电路 (13)

4.2 电路参数确定 (14)

5 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1-1 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。

图1-2 他励电动机 励磁电流：f f f R U I =

电枢电流：a a a I R E U += a a a R E U I -=φ

T C T = 电动机的转速：T C C R C U n T E a E a 2

φφ-=

2 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n 与电磁转矩T 之间的关系称为他励电动机的机械特性。

根据公式

a T I C T φ=

n C E e a φ=

R I E U a a +=

可得，他励电动机的转速与转矩之间有如下关系

T n n n T C C R C U n o o T E a E a γφφ-=∆-=-=2

其中称为理想空载转速

φe C U

n =0

γ机械特倾性的斜率，大小反映软特性与硬特性，其值为： 2φ

γT E a C C R dT dn == n ∆是转速差，其值为：

T n n n o γ=-=∆

机械特性的硬度为：

γ

α1==dn dT 斜率γ越小，硬度α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2n T e a n e n C C R C U n φφ-=

得到他励电动机的固有特性，如图2-1所示，由于电枢电阻a R 很小，所以机械特性的斜率γ很小，硬度α很大，固有特性为硬特性。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a I 等于换向所允许的最大电枢电流()aN a I I 0.2~5.1max =。对应转矩M T 是电动机所允许的最大转矩。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

n N T M T T n