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。
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
(a) (b)
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
φ
φ
-
=
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 γφ
φ
-=?-=-
=
2
其中称为理想空载转速
φe C U
n =
γ机械特倾性的斜率，大小反映软特性与硬特性，其值为：
2
φ
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2
n
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
O
N
M
o
n M
n N
n N T M
T T
n
在他励直流电动机的电枢电路中串入外接电阻，根据公式
T
C C R R C U n T E f a E 2
φ
φ
+-
=
这时相当于电路电枢电阻a R 增加，理想空载转速o n 不变，γ增加，机械特性硬度α减小，机械特性如图2-2所示，串入电阻越大，人为特性斜率γ越大，硬度
α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，
a
U
降低时，
o
n 减小，γ不变，α不变，人为特性如图
2-3所示，机械特性平行下移。
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f I ，则磁通φ减小，o n 增加，γ增加，α减小，人为特性如图2-4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
M —--
E
a
I +
-
T
n
f
U
（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b R 短接，电动势将产生与电动状态时方向相反的电枢电流，a I 反向，
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，
a I =0，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
T
C C R C U n n
T e a n
e n 2
φφ-
=
能耗制动时，a U =0，电枢回路中又增加制动电阻b R ，故
T C C R R n n
T e a 2
b φ+-
=
机械特性如图3-2中的特性2，它是一条通过原点、位于2、4象限的直线。
图3-2 能耗制动迅速停机过程
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L 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。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b R 的大小有关。b R 小，则a I 大，T 大，制动过程短，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
ab I 不得超过amax
I 。由图3-1（b ）可知b
a b ab R R E I +=
式中，a b E E =，是工作于b
点和a 点时的电动势。由此可得a amax
b a R -I E R ≥
3.2 能耗制动运行——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态。
图3-3 能耗制动下放重物过程
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，n＞0，T＜0；然而在能耗制动运行时，n＜0，T＞0。
（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b R 的大小有关。b R 小，特性2的斜率小，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
2
ac
c b a n n T T C C C T C I E R R L T E T E -===
+φ
φ
φ
下放重物时，0T 与L T 方向相反，与T 方向相同，故T=L T -0T 。可见，若要以转速n 下放负载转矩为L T 的重物时，制动电阻应为
a
2
b n R T T C C R O
L T E --=φ
忽略0T ，则 a
2
b n R T C C R L
T E -=φ
b R 的结果应与式a amax
b a R -I E R ≥校验是否合适。
4 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，制动电阻流过电源，从而将动能变热能消耗电压随之下降，待到设定下限值时即断.这种制动方法属不可控，制动力矩有波动，制动时间是可人为设定的。
4.1 主电路与控制电路
电机制动的充分条件是电磁转矩与转速两者的实际方向相反；只要满足了这个条件，电机肯定是处于制动状态的。所以想要实现电机制动，我们必须从这一点出发。同样要实现电机能耗制动，我们应该也要找出这一种实现，即找到一种方法能够实现电磁转矩的反向。既然电机都要制动了，电机的电枢直流电源肯定也是要断开的。电枢电源断开之后，由于电机惯性的作用，电机不会马上停转，而是继续保持原来的转速方向继续转动，但是这时候的励磁电源并没有断开，所以还存在励磁磁场。所以转动的转子在磁场中便会产生感应电动势，而此时的感应电动势又与原来的电枢电源极性相反的（关于它我将在后面做详细分析），所以我们只要将电枢的感应电动势形成一个回路，那自然就会产生一个反向的电流了，从而产生一个与转速反向的电磁转矩，起到制动的作用。但是我们必须要考虑到电枢的自身感应电动势是很大的，而且电枢的电阻又很小，所以我们必须在回路中串联一个适当的电阻，用来限制电流过大，保护电枢。经过这样一分析，我便得出了一个他励直流电机能耗制动的方案，可以用图4-1来说明。
电枢电源
制动选择开光K
能耗电阻
电机
M
励磁电源
图4-1 能耗制动控制的主电路和控制电路
4.2 电路参数确定
制动电阻的选取经验：
1、电阻值越小，制动力矩越大，流过制动单元的电流越大;
2、不可以使制动单元的工作电流大于其允许最大电流，否则要损坏器件;
3、制动时间可人为选择;
4、小容量变频器(≤7.5KW)一般是内接制动单元和制动电阻的;
5、当在快速制动出现过电压时说明电阻值过大来不及放电，应减少电阻值.
他励直流电动机的数据：PN=10kW，U1N=220V，nN=1100r/min，IN=53A，Ra=0.3Ω。
解：由额定数据求得
Ra=0.3Ω
E=PN/IaN=188.7V
CeΦ =E/nN=0.172
CtΦ=9.55CeΦ=1.64
TN=9.55PN/nN=86.8N.m
（1）迅速停机时
TL=0.8TN=69.44N.m
Ia=TL/（CT ）=42.34A
E=Ua-RaIa=207.3V
Rb>E/Imax-Ra=1.65Ω
(2) 下放重物时
Rb=CeCtΦΦn/TL-Ra=2.23该值大于1.65Ω，满足要求。
5 总结
本次的课程项目设计给了我们一次团队合作的机会，对于我们这一代来说，团队合作精神是我们身上所缺少但却必须要具备的。回首课程设计的日子，我悟出了团队合作的两个要领：
1、心要齐
作为同一个团队的成员，大家都是为了同一个目标奋斗，所以要以积极的态度朝着好的方向努力。
就比如做这个课程设计，首先大家在做什么作品上面要达成认同，目标统一了之后才能团结起来去为之奋斗。在奋斗的时候，每个人的态度都要端正，不能有的人很积极的在准备，而有的人却在消极的应付差事，这样不仅不利于团队的发展，更会影响到队员之间的感情，最后不仅作品完成不了，同学之间的友谊也多了裂痕。
2、心要宽
虽然大家在一个团队，为了同一个目标在奋斗，但是每个人依旧是个独立的个体，不可能在每一个方面大家都是想的一样的，当某个队员自己有一些想法时，我们要个他一个宽松的环境让他坦诚的说出心里的话，作为听众的我们，要耐心的听取他的意见，认真思考，然后用合适的方式进行讨论，不能别人一说什么就否定人家，这样一来，以后队里就不会再有人说话了，好的创意和想法也不会有被挖掘的机会。如果我们自己心里有什么想法，也要大胆的说出来，但是要注意语气和措辞，毕竟这是大家的团队，不是以自己为领导的工作班子。要听得进别人的意见。
总之，本次课程设计，对我们的提高非常明显，在增长专业知识和技能的同时也让我们领悟到了许许多多的人生道理。
他励直流电动机地能耗制动
课程设计名称：电机与拖动课程设计 题目：他励直流电动机的能耗制动 学期：2013-2014学年第2学期 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
课程设计任务书 一、设计题目 他励直流电动机的能耗制动 二、设计任务 对一台已知额定参数的他励直流电动机进行能耗制动，设计求出合适的制动电阻R b ， 并设计求出在已知制动电阻R b 采用稳定下放重物时的转速n。 已知一台他励直流电动机P N =22kW,U aN =220V，I aN =115A,n N =1500r/min.I amax =230A,T 忽略不计。 （1）拖动T L =120N?m的反抗性恒转矩负载运行，采用能耗制动迅速停机，电枢电路 中至少要串联多大的制动电阻R b ？ （2）拖动T L =120N?m的位能性恒转矩负载运行，采用能耗制动以1000r/min的速度 稳定下放重物，电枢电路中至少要串联多大的制动电阻R b ？ 三、设计计划 第一天，熟悉题目，查阅有关资料，并进行初步的规划。 第二天，进行设计，并记录有关的数据和过程。 第三天，继续完善设计。 第四天，完成课程设计任务书。 第五天，进行答辩。
课程设计成绩评定表
目录 1.直流电动机的基本结构和工作原理 (1) 1．1直流电动机的基本结构 (1) 1．2直流电动机的工作原理 (3) 2.他励直流电动机的制动方法和制动过程 (4) 2.1直流电动机之他励直流电动机 (4) 2.1.1 电流 (4) 2.1.2 转速 (5) 2.2他励直流电动机的制动方法和制动过程 (5) 2.2.1他励直流电动机能耗制动过程之迅速停机 (6) 2.2.2他励直流电动机能耗制动过程之下放重物 (7) 3、参数的设定与计算 (9) 3.1中间参数的计算 (9) 3.2迅速停机时的制动电阻b R (10) 3.3下放重物时的制动电阻b R (10) 3.4迅速停机过程参数与稳定下放重物过程参数的对比 (11)
他励直流电动机串电阻启动的设计15613
题目 他励直流电动机串电阻启动的设计 专业：电气工程及其自动化 班级：13电牵1班 姓名：贤第 学号：20130210470103
Pan=200kw ；Uan=440v ；Ian=497A ；nN=1500r/min；Ra=0.076Ω； 采用分级启动，启动电流最大不超过2Ia N,，求各段电阻值，并且求出切除电阻时的瞬时转速和电动势，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。 三、设计计划 第1天查阅资料，熟悉所选题目； 第2天根据基本原理进行方案分析； 第3天整理思路，按步骤进行设计； 第4天整理设计说明书； 第5天准备答辩； 四、设计要求 1、设计工作量为按要求完成设计说明书一份。 2、设计必须根据进度计划按期完成。 3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。
摘要 他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势Ea =CeΦn = 0 ,最初启动电流IS =U/Ra,若直接启动,由于Ra很小,ISt会十几倍甚至几十倍于额定电流, 无法换向,同时也会过热,因此不能直接启动。 要限制启动电流ISt的大小可以有两种方法:降低电枢电压和电枢回路串接附加电阻。本文仅以他励直流电动机的串电阻启动为主题进行详细的阐述。 在实际中，如果能够做到适当选用各级启动电阻，那么串电阻启动由于其启动设备简单、 经济和可靠，同时可以做到平滑启动，因而得到广泛应用。但对于不同类型和规格的直流电动机，对启动电阻的级数要求也不尽相同。 关键词：他励直流电动机；启动电流；串电阻启动； 目录 引言 (5) 1 直流电动机 (7) 1.1直流电动机的工作原理 (7) 1.2直流电动机的分类 (7) 1.3他励直流电机工作原理 (8)
他励直流电机串电阻启动
他励直流电动机串电阻启动仿真一、工作原理 电动机的起动是指电机合上电源后，从静止状态加速到所要求的稳定转速时的过程。起动时把电动机电枢直接加上额定电压是不允许的，因为在起动前，电机转速为零，由电枢电势公式可知，Ea也为零，电枢绕组电阻Ra又很小，若此时加上额定电压，会引起过大的起动电流Is，Is = UN/Ra,其值可达额定值的10～20倍。这样大的启动电流会产生强烈火花，甚至烧毁换向器；还会加剧电网电压的波动，影响同一电网上其他设备的正常运行，甚至可能引起电源开关跳闸。 直流电动机在电枢回路中串联电阻起动是限制起动电流和起动转矩的有效方法之一。建立他励直流电动机电枢串联电阻起动的仿真模型，仿真分析其串联电阻起动过程，获得起动过程的电枢电流、转速和电磁转矩的变化曲线。 二、参数计算 有一台他励直流电动机，参数如下： PN=100KW UaN=440V IaN=497A
nN=1500r/min Ra=0.076Ω 若采用串电阻启动，所串电阻计算如下： （1）选择I1和I2 I1=（1.5～2.0）IaN=(1.5～2.0)497A=(745.5~994）A I2=（1.1～1.2）IaN=(1.1～1.2)497A=(546.7~596.4）A 选择I1=850A ，I2=550A （2）求出起切电流比β 5.1550 85021===I I β （3）求出启动时的电枢电路电阻Ram Ω=Ω==518.0850 4401I U R aN am (4)求出启动级数m 74.45 .1lg 076.0518.0lg lg lg ===βa aN R R m 故取m=5 （5）重新计算β，校验I 2
直流电动机的反接制动
烟台南山学院 电机与拖动课程设计题目直流电动机的反接制动 姓名： XXX 所在学院：计算机与电气自动化学院 所学专业：自动化 班级：自动化XXXX 学号： XXXXXXXXXXX 指导教师：XXX 完成时间： 2013.12.20
目录 绪论 (1) 第一章直流电动机的制动 (2) 1.1 制动的定义 (2) 1.2 制动的目的 (2) 1.3 制动的分类 (2) 1.4 各种制动的特点 (2) 第二章直流电动机反接制动的工作原理 (3) 2.1 电压反向反接制动——迅速停机 (3) 2.1.1 制动原理 (3) 2.1.2 机械特性 (3) 2.1.3 特性分析 (4) 2.1.4 适用场合 (5) 2.2 电动势反向反接制动——下放重物 (5) 2.2.1 制动原理 (5) 2.2.2 机械特性 (5) 2.2.3 特性分析 (6) 2.2.4 适用场合 (7) 第三章反接制动制动电阻的计算 (8) 3.1 电枢电阻的计算 (8) 3.2 相关参数的计算 (8) 3.3 迅速停机 (8) 3.4 下放重物（以800r/min下放重物） (8) 结论 (9) 总结 (10) 参考文献 (11)
绪论 直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其优良的起动、调速和制动性能而在电力拖动中得到广泛应用。 直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。 直流电动机有三种制动状态：能耗制动、反接制动(电压反向反接和电动势反向反接)和回馈制动。 本文在直流电动机的结构与工作原理的基础上，给出了电机制动的定义，对电机制动的方法进行了简单介绍，并着重介绍了他励直流电动机反接制动的工作原理、特点及使用条件。
他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性 一、实验目的 了解和测定他励直流电动机在各种运转状态的机械特性 二、预习要点 1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？ 2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？ 3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。 三、实验项目 1、电动及回馈制动状态下的机械特性 2、电动及反接制动状态下的机械特性 3、能耗制动状态下的机械特性 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D51、D31、D42、D41、D31、D44 按图1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。 3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性
(1) R 1、R 2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻 值，R 3选用D42上4 只900 Ω串联共3600Ω阻值，R 4 选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。 (2) R 1阻值置最小位置，R 2、R 3及R 4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。开关S 1、S 2选用D51挂箱上的对应开关，并将S 1合向1电源端，S 2合向2'短接端。 (3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R 2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M 起动运转。调节“电枢电源”电压为 220V ；调节R 2阻值至零位置，调节R 3阻值，使电流表A 3为100mA 。 (4) 调节电动机M 的磁场调节电阻R 1阻值，和电机MG 的负载电阻R 4阻值(先调节D42上1800Ω阻值，调至最小后应用导线短接)。使电动机M 的n=n N =1600r/min ，I N =I f +I a =1.2A 。此时他励直流电动机的励磁电流I f 为额定励磁电流I fN 。保持U=U N =220V ，I f =I fN ，A 3表为100mA 。增大R 4阻值，直至空载(拆掉开关S 2的2'上的短接线)，测取电动机M 在额定负载至空载范围的n 、I a ，共取8-9组数据记录于表1中。 (5) 在确定S 2上短接线仍拆掉的情况下，把R 4调至零值位置(其中D42上1800Ω阻值调至零值后用导线短接)，再减小R 3阻值，使MG 的空载电压与电枢电源电压值接近相等 (在开关S 2两端测)，并且极性相同，把开关S 2合向1'端。 (6) 保持电枢电源电压U=U N =220V ，I f =I fN ，调节R 3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A 2表的电流值为0A 时，此时电动机转速为理想空载转速（此时转速表量程应打向正向3600r/min 档），继续增加R 3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900 r/min ，测取M 的n 、I a 。共取8～9组数据记录于表2中。 电枢电源 图 1他励直流电动机机械特性测定的实验接线图
电动机全波能耗制动控制电路(附图)
电动机全波能耗制动控制电路（附图） 电动机全波能耗制动控制电路原理图 很多生产机械都希望在停车时有适当的制动作用，使运动部件迅速停车。停车制动有机械制动和电气制动等多种方法。能耗制动是一种应用很广泛的一种电气制动方法。 能耗制动就是将运行中的电动机，从交流电源上切除并立即接通直流电源，在定子绕组接通直流电源时，直流电流会在定子内产生一个静止的直流磁场，转子因惯性在磁场内旋转，并在转子导体中产生感应电势有感应电流流过。并与恒定磁场相互作用消耗电动机转子惯性能量产生制动力矩，使电动机迅速减速，最后停止转动。 1、合上空气开关QF接通三电源
2、按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，主触头闭合电动机接入三相电源而启动运行。 3、当需要停止时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，其主触头全部释放电动机脱离电源。 4、此时，接触器KM2和时间继电器KT线圈通电并自锁，KT开始计时KM2主触点闭合将直流电源接入电动机定子绕组，电动机在能耗制动下迅速停车。 另外，时间继电器KT的常闭触点延时断开时接触器KM2线圈断电，KM2常开触点断开直流电源，脱离电源及脱离定子绕组，能耗制动及时结束，保证了停止准确。 5、该电路的过载保护由热继电器完成 6、互锁环节： ⑴ KM2常闭触点与KM1线圈回路串联，KM1常闭触点与KM2线圈回路串联。保证了KM1与KM2线圈不可能同时通电，也就是在电动机没脱离三相交流电源时，直流电源不可能接入定子绕组。 ⑵按纽SB1的常闭触点接入KM1线圈回路，SB1的常开触点接入KM2线圈回路，这是按纽互锁也保证了KM1、KM2不可能同时通电，与上面的互锁触点起到同样作用。 7、直流电源采用二极管单相桥式整流电路，电阻R用来调节制动电流大小，改变制动力的大小。 电动机全波能耗制动控制接线示意图
实验一 他励直流电动机的起动与调速
上海开放大学 电气传动技术及应用 实验一他励直流电动机的起动与调速 实验报告 分校：_____ _____ 班级：__________________ 学生姓名：__________________ 学号：__________________ 实验成绩：__________________ 批阅教师：__________________ 实验日期年月日
实验一他励直流电动机的起动与调速 一、实验目的 1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。 2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。 二、实验项目 1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。 三、实验设备及控制屏上挂件排列顺序 1 2、控制屏上挂件排列顺序 D31、D42、D41、D51、D31、D44 四、实验说明及操作步骤 1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2、用伏安法测电枢的直流电阻
图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图 （1）按图1-1接线，电阻R 用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。A 表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A 档。开关S 选用D51挂箱。 （2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V 。调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U 、I 三组数据列于表1-1中。 （3）增大R 使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用同样方法测取六组数据列于表1-1中。 取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值 ) (3 1 321a a a a R R R R ++=
异步电动机能耗制动
淮阴工学院 课程设计说明书 作者: 俞晨羲学号：1121106125 学院: 机械工程学院 专业: 机械电子工程 题目: 三相异步电动机能耗制动系统设计指导者：高荣殷永华
目录 1 引言................................................. 错误！未定义书签。 2 能耗制动线路设计..................................... 错误！未定义书签。2.1能耗制动的基本原理.. (2) 2.2 能耗制动主体电路介绍 (2) 2.3能耗控制电路初选及改进 (4) 3能耗控制电路参数计算 (7) 3.1能耗制动状态机械特性 (7) 3.2三相异步电动机机械特性的三种表达式 (7) 3.3有关参数的计算 (9) 结束语 (10) 参考文献 (11)
1 引言 三相异步电机转子结构有笼型和绕线式两种。定子由定子铁芯，定子绕组和机座三部分构成。定子铁芯的作用作为电机磁路的一部分和嵌放定子绕组。铁芯一般采用导磁性良好，比损耗小的0.5mm厚的低硅钢片叠成。定子绕组是电机的电路，其作用是感应电动势，流过电流。定子绕组在槽内部分与铁芯间绝缘。转子由铁芯，转子绕组和转轴构成。转子铁芯是电机磁路的一部分，一般由0.5mm硅钢片冲制后叠压而成。转轴起支撑转子铁芯和输出机械转矩的作用。转子绕组有笼型和绕线式。本次设计主要用到笼型，重点介绍下笼型。在转子铁芯均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁芯两端放置两个端环，分别把所有伸出槽外部分与端环连接起来。如果去掉铁芯剩下的绕组就像一个松鼠笼子。 三相异步电机之所以得到广泛应用，主要由于它结构简单，运行可靠，制造容易，价格低廉，兼顾耐用，而且有较高的效率和相当好的的工作特性。但是尚不能较大范围内平滑调速以及它必须从电网吸收之后的无功功率。 在交流电力拖动系统中, 异步电动机既可运行于电动状态, 又可运行于电磁制动状态, 随生产机械的不同要求而定。三相异步电动机的能耗制动, 是通过将运行在电动状态的异步电机的定子脱离交流电源时, 立即在定子两相绕组通入直流励磁电流的方法, 使定子产生静止磁场的。当转子由于惯性仍在旋转时, 其导体切割此磁场便感应电流并产生与转子转向相反的电磁制动转矩而实现制动。它广泛用于矿井提升及起重运输等生产机械上。 能耗制动是笼型电动机的制动方法之一，本设计就能异步电动机耗制动做下简要的探讨。
直流电动机回馈制动原理及应用毕业论文
直流电动机回馈制动原理及应用毕业论文 毕业设计 课题名称直流电动机回馈制动原理及应用 姓名 000 学号 000000000 所在系电子电气工程系专业年级 P08电气10班 指导教师 000 职称教授 二O一一年四月二000 目录 摘要 3 ABSTRACT 4 第1章绪论 5 1.1、电动机的工作状态 5 1.2、制动与电动的本质区别 6 1.3、制动的概括 6 1.4、制动的分类比较7 第2章回馈制动8 2.1、回馈制动条件8 2.2、电动机回馈制动9 、回馈制动的原理 9
、回馈制动的机械特性9 2.3、回馈制动实现的条件 10 2.4、位能负载下放重物时回馈制动10 2.5、直流电动机回馈制动工作状态分析10 2.6、正向回馈制动12 2.7、反向回馈制动13 第3章回馈制动的应用领域14 3.1回馈制动的优点14 3.2回馈制动的缺点14 3.3回馈制动的控制15 3.4回馈制动的适用场合15 结束语15 参考文献16 致谢17 摘要 回馈制动是变频器制动方式的一种，也是非常有效的节能方法。回馈制动采用的是有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。要实现回馈制动，就必须要将回馈电能进行同频同相控制、回馈电流控制等条件，才能将回馈电能安全送达电网上。并且避免了制动时对环境及设备的破坏。在电力机车等行业中取得了令人满意的效果。在新型电力电子器件不断出现,性价比不断提高的情况下有着广阔的应用前景。Regenerative braking is one of the frequency converter braking mode, is also a very
他励直流电动机启动
运动控制系统课程设计 课题：他励直流电动机启动 系别：电气与信息工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师： XX城建学院 2015年1月4日 成绩评定·
一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。 二、评分 课程设计成绩评定 目录
一、设计目的 (1) 二、设计要求 (1) 三、设计内容 (1) 3.1、直流电动机 (1) 3.1.1直流电动机 (1) 3.1.2直流电动机的分类 (2) 3.1.3他励直流电机工作原理 (2) 3.2 他励直流电动机的启动 (3) 3.2.1 他励直流电动机串电阻启动 (3) 3.2.2 直流电动机电枢串电阻起动设计方案 (6) 3.2.3 多级启动的规律 (7) 3.3 结论 (7) 3.4他励直流电动机串电阻起动特性分析 (8) 四、设计体会 (10) 五、参考文献 (10)
一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算；课程设计报告的整理工作。 三、设计内容 有一台他励直流电动机，已知参数如下Pan=200kw ；Uan=440v ；Ian=497A ；Nn=1500r/min；Ra=0.076Ω；采用分级启动，启动电流最大不超过2IA,，求出各段电阻值，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。 他励直流电动机的启动时间虽然很短，但是如果不能采用正确的启动方法，电动机就不能正常地投入运行。为此，应对电动机的启动过程和方法进行必要的分析。 直接启动时，他励直流电动机电枢加额定电压Un，电枢回路不串任何电阻，此时由于n=0，Ea=0，所以启动电流Ist=Un/Ra，由于电枢回路总电阻Ra较小，所以Ist可以达到额定电流In的十几甚至几十倍。这样大的电流可能造成电机换向严重不良，产生火花，甚至正、负电刷间出现电弧，烧毁电刷及换向器。另外，过大的启动电流使启动转矩T st 过大，会使机械撞击，也会引起供电电网电波动，从而引起其他接于同一电网上的电气设备的正常运行，因此是不允许的。一般只有微型直流电动机，由于自身电枢电阻大，转动惯量小，启动时间短，可以直接启动，其他直流电机都不允许直接启动。 在拖动装置要求不高的场合下，可以采用降低启动电压或在电枢回路串电阻的方法。他励直流电动机在电枢回路中串电阻，具有良好的启动特性、较大的启动转矩和较小的启动电流，可以满足生产机械需要的要求。本文借助图像对整个过程及各个变量与时间的相互关系进行了描绘，对更加清楚地了解和设计他励直流电机启动的特点具有重要意义。3.1直流电动机 3.1.1直流电动机的工作原理 下图所示为最简单的直流电动机工作原理示意图。
他励直流电动机启动之欧阳家百创编
运动控制系统课程设计 欧阳家百（2021.03.07） 课题：他励直流电动机启动 系别：电气与信息工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 河南城建学院 2015年 1月 4日 成绩评定· 一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。 二、评分 课程设计成绩评定
二、设计要求 (1) 三、设计内容 (1) 3.1、直流电动机 (1) 3.1.1直流电动机 (1) 3.1.2直流电动机的分类 (2) 3.1.3他励直流电机工作原理 (2) 3.2 他励直流电动机的启动 (3) 3.2.1 他励直流电动机串电阻启动 (3) 3.2.2 直流电动机电枢串电阻起动设计方案 (6) 3.2.3 多级启动的规律 (7) 3.3 结
论 (7) 3.4他励直流电动机串电阻起动特性分析 (8) 四、设计体会 (10) 五、参考文献 (10)
一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算；课程设计报告的整理工作。 三、设计内容 有一台他励直流电动机，已知参数如下Pan=200kw ；Uan=440v ；Ian=497A ； Nn=1500r/min；Ra=0.076Ω；采用分级启动，启动电流最大不超过2IA,，求出各段电阻值，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。 他励直流电动机的启动时间虽然很短，但是如果不能采用正确的启动方法，电动机就不能正常地投入运行。为此，应对电动机的启动过程和方法进行必要的分析。 直接启动时，他励直流电动机电枢加额定电压Un，电枢回路不串任何电阻，此时由于n=0，Ea=0，所以启动电流Ist=Un/Ra，由于电枢回路总电阻Ra 较小，所以Ist可以达到额定电流In的十几甚至几十倍。这样大的电流可能造成电机换向严重不良，产生火花，甚至正、负电刷间出现电弧，烧毁电刷及换向器。另外，过大的启动电流使启动转矩Tst过大，会使机械撞击，也会引起供电电网电波动，从而引起其他接于同一电网上的电气设备的正常运行，因此是不允许的。一般只有微型直流电动机，由于自身电枢电阻大，转动惯量小，启动时间短，可以直接启动，其他直流电机都不允许直接启动。 在拖动装置要求不高的场合下，可以采用降低启动电压或在电枢回路串电阻的方法。他励直流电动机在电枢回路中串电阻，具有良好的启动特性、较大的启动转矩和较小的启动电流，可以满足生产机械需要的要求。本文借助图像对整个过程及各个变量与时间的相互关系进行了描绘，对更加清楚地了解和设计他励直流电机启动的特点具有重要意义。 3.1直流电动机
他励直流电动机的启动问题解析
他励直流电动机的启动问题解析 电动机转子从静止状态开始转动，转速逐渐上升，最后达到稳定运行状态的过程称为启动。电动机在启动过程中，电枢电流 、电磁转矩 、转速n 都随时间变化，是一个过渡过程。开始启动的一瞬间，转速等于零，这时的电枢电流称为启动电流，用 表示，对应的电磁转矩称为启动转矩，用 表示。一般对直流电动机的启动有如下要求。 （1）启动转矩足够大（ > 电动机才能顺利启动）。 （2）启动电流 要限制在一定的范围内。 （3）启动设备操作方便，启动时间短，运行可靠，成本低廉。 直接启动就是在他励直流电动机的电枢上直接加以额定电压的启动方式，如下图所示。启动时，先合Q1建立磁场，然后合Q2全压启动。 启动开始瞬间，由于机械惯性，电动机转速 ，电枢绕组感应电动 势 ，由电动势平衡方程式 可知启动电流 启动转矩 上图为他励直流电动机的全压启动 显然直接启动时启动电流将达到很大的数值，将出现强烈的换向火花，造成换向困难，还可能引起过流保护装置的误动作或引起电网电压的下降，影响其他用户的正常用电；启动转矩也很大，造成机械冲击，易使设备受损。因此，除个别容量很小的电动机外，一般直流电动机是不容许直接启动的。 对于一般的他励直流电动机，为了限制启动电流，可以采用电枢回路串联电阻或降低电枢电压启动的启动方法。 电枢回路串电阻启动即启动时在电枢回路串入电阻，以减小启动电流 ,电动机启动后，再逐渐切除电阻，以保证足够的启动转矩。下图为三级电阻启动控制接线和启动工作特性示意图。电动机启动前，应使励磁回路附加电阻为零，以使磁通达到最大值，能产生较大的启动转矩。 a I em T st I st T st T L T st I 0=n 0C e ==n E a Φa a a R I E U +=a N st R U I =st st I T ΦT C =st I
直流电动机的反接制动课程设计报告
1 综述 直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其优良的起动、调速和制动性能而在电力拖动中得到广泛应用。 直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。 直流电动机有三种制动状态：能耗制动、反接制动(电压反向反接和电动势反向反接)和回馈制动。 本文在直流电动机的结构与工作原理的基础上，给出了电机制动的定义，对电机制动的方法进行了简单介绍，并着重介绍了他励直流电动机反接制动的工作原理、特点及使用条件。
2 直流电动机的制动 2.1 制动的定义 制动，就是让电动机产生一个与转子转向相反的电磁转矩，以使电力拖动系统迅速停机或稳定放下重物。这时电机所处的状态称为制动状态，这时的电磁转矩为制动转矩。 2.2 制动的目的 在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转，或者从某高速降到某低速运转，或者限制位能性负载在某一转速下稳定运转，这就是电动机的制动问题。 2.3 制动的分类 实现制动有两种方法，机械制动和电磁制动。 电磁制动是使电机在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁转矩,其特点是制动转矩大,操作控制方便。 现代通用电机的电磁制动类型有能耗制动、反接制动和回馈制动。 2.4 各种制动的特点 1）反接制动：设备简单，制动迅速，准确性差，制动冲击力强。 2）能耗制动：制动准确度高，需直流电源，设备投入费用高。
3）回馈制动：经济性好，将负载的机械能转换为电能反送电网，但应用范围不广。电容制动对高速、低速运转的电动机均能迅速制动，能量损耗小设备简单，一般用语10KW以下的小容量电动机，可适用于制动频繁的场合。 3 直流电动机反接制动的工作原理 以他励直流电动机为例。 他励电动机反接制动的特点是使U a 与E的作用方向变为一致，共同产生电枢电 流I a ，于是由动能转换而来的电功率EI a 和由电源输入的电功率U a I a 一起消耗在 电枢电路中。 具体实现的方法有两种，分别用于不同的场合。 3.1 电压反向反接制动——迅速停机 3.1.1 制动原理
直流电机制动方式
直流电机制动方式 直流电机的制动，有机械制动，再生制动，能耗制动，反接制动机械制动就是抱闸，是电动的抱闸。反接制动：当切断正向电源后，立即加上反向电源，使电动机快速停止，当电动机速度降到零时，装在电动机轴上的“反接继电器”立即发出信号，切断反向电源，防止电动机真的反转。 1、能耗制动。指运行中的直流电机突然断开电枢电源，然后在电枢回路串入制动电阻，使电枢绕组的惯性能量消耗在电阻上，使电机快速制动。由于电压和输入功率都为0，所以制动平衡，线路简单； 2、反接制动。为了实现快速停车，突然把正在运行的电动机的电枢电压反接，并在电枢回路中串入电阻，称为电源反接制动。制动期间电源仍输入功率，负载释放的动能和电磁功率均消耗在电阻上，适用于快速停转并反转的场合，对设备冲击力大。 3、倒拉反转反接制动适用于低速下放重物。制动时在电路串入一个大电阻，此时电枢电流变小，电磁转矩变小。由于串入电阻很大，可以通过改变串入电阻值的大小来得到不同的下放速度。 反接制动时，切换极性相反的电源电压，使电枢回路内产生反向电流：反接制动时，从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路制动电阻上。
4、回馈制动。电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现由负载拖动电机运行的情况，此时出现 n >n0、Ea >U、 Ia 反向，电机由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态——回馈制动状态。 正向回馈：当电机减速时，电机转速从高到低所释放的动能转变为电能，一部分消耗在电枢回路的电阻上，一部分返回电源； 反向回馈：电机拖位能负载（如下放重物）时，可能会出现这种状态。重物拖动电机超过给定速度运行，电机处于发电状态。电磁功率反向，功率回馈电源。
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。
直流电动机的回馈制动
直流电动机的回馈制动过程 仿真实验报告 班级： 学号： 姓名： 完成时间：
一、仿真内容及目的(1.5分) 1）了解回馈制动的方法、原理以及电机制动过程中的电枢电流、转速、转矩随着时间的变化，以及转矩和转速之间的关系； 2）了解回馈制动中电机状态的改变。 二、仿真要求及要点描述(2.5分) (1) 根据电机学中所学到的知识，对电车下坡过程进行动态分析； (2) 建立电机的工作特性方程，并且求解电枢电流、电机转速、电磁转矩等变量的表达式； (3) 建立MATLAB 的m 文件，编写程序，求解微分方程以及各个变量的值，并且通过屏幕动态的呈现出整个过程相关变量的变化规律； (4) 对整个仿真过程进行总结。 三、基本知识及仿真方法描述(3分) 直流电动机的制动措施主要有三种：1、能耗制动：将由机械能转化的电能消耗掉。2、反接制动：制动时使电机的电枢极性反接。3、回馈制动：将由机械能转化的电能回馈给电网。本次采用编写MATLAB 仿真程序研究直流电动机回馈制动过程。 当串励直流电机驱动的电车下坡时，如果不加制动，则机车的转速会越来越高而达到危险高速。此时如果把串励改为他励，有其他电源供给适量的励磁电流，电枢仍接在电网上，则当转速高于某一数值时，电枢电动势a E U >，于是电机将进入发电机状态；此时电磁转矩将起制动作用，限制转速继续上升。由于此法是把下坡时机车位能的变化转换为电能而回馈给电网，故称为回馈制动。 基于回馈制动的思路和原理，我们对如下的问题建立模型，并且利用MA TLAB 进行仿真。 问题描述如下： 假设有一电车正在下坡运行，实时机械角速度Ω=100rad/s ，电枢电阻0.5a R ohm =，电机的系数 1.53/T C Nm A Φ=，转动惯量2 1.0J kgm =。电枢电压220a U V =，假设电车下坡的过程中重力加给它的负载转矩恒定为100L T Nm =，采用回馈制动的方式分析其制动过程。 问题分析： 电车在平地行驶或上坡时，负载转矩L T 阻碍电车前往行驶。如图1所示：
直流电动机能耗制动课程设计
电机拖动课程实践 设计题目：直流电动机的制动设计 班级：11级自动化一班 姓名： 学号： 指导老师： 时间：2012年6月25日
综述 能耗制动是一种制动形式。又分为直流电机的能耗制动和交流电机的能耗制动。他励直流电机的能耗制动：电动机在电动状态运行时若把外施电枢电压U突然降为零，而将电枢串接一个附加电阻R，即将电枢两端从电网断开，并迅速接到一个适当的电阻上。电动机处于发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻上。随着动能的消耗，转速下降，制动转矩也越来越小，因此这种制动方法在转速还比较高时制动作用比较大，随着转速的下降，制动作用也随着减小。 能耗制动又分两种，分别用于不同场合：迅速停机和下放重物。若电动机拖动的是反抗性恒转矩负载，则通过迅速停机的方法进行能耗制动，若拖动位能性恒转矩负载，则通过下放重物进行能耗制动。 能耗制动是一种常见的制动方法，广泛应用在工业生产中，有优点同时也存在着缺点，在这份课程设计中，我们将会仔细分析能耗制动是怎么实现的，使得我们更好的了解和利用它，同时尽最大努力提出改进。 1、他励直流电动机的基本结构和工作原理 直流电动机可分为两部分：定子与转子。其中定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。如下图所示： 图2-1（1）定子
定子就是发动机中固定不动的部分，它主要由主磁极、机座和电刷装置组成。主磁极是由主磁极铁芯（极心和极掌）和励磁绕组组成，其作用是用来产生磁场。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度分配最为合理，并用来阻挡励磁绕组。主磁极用硅钢片叠成，固定在机座上。机座也是磁路的一部分，常用铸钢制成。电刷是引入电流的装置，其位置固定不变。它与转动的交换器作滑动连接，将外加的直流电流引入电枢绕组中，使其转化为交流电流。 直流电动机的磁场是一个恒定不变的磁场，是由励志绕组中的直流电流形成的磁场方向和励磁电流的关系确定。在微型直流电动机中，也有用永久磁铁作磁极的。（2）转子 转子是电动机的转动部分，主要由电枢和换向器组成。电枢是电动机中产生感应电动势的部分，主要包括电枢铁芯和电枢饶组。电枢铁芯成圆柱形，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放电枢绕组。通有电流的电枢绕组在磁场中受到电磁力矩的作用，驱动转子旋转，起了能量转换的枢纽作用，故称“电枢”。 换向器又称整流子，是直流电动机的一种特殊装置。它是由楔形铜片叠成，片间用云母垫片绝缘。换向片嵌放在套筒上，用压圈固定后成为换向器再压装，在转轴上电枢绕组的导线按一定的规则焊接在换向片突出的叉口中。 在换向器表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接起来，并实现将外部直流电流转化为电枢绕组内的交流电流。 2、制动方法制动和制动过程 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。 2.1能耗制动之迅速停机 2.1.1迅速停机之机械特性 如图2-1-1所示，制动之前，转速n不为零，甚至相对较大，电动机平稳的运行。此时直
电机与拖动课程设计 他励直流电动机的回馈制动
第一章直流电动机工作原理 图1-1直流电动机工作原理示意图 图1.1是一台直流电机的最简单模型。N和S是一对固定的磁极，可以是电磁铁，也可以是永久磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个半圆形铜片(换向片)上，它们的组合在一起称为换向器，在每个半圆铜片上又分别放置一个固定不动而与之滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。 将外部直流电源加于电刷A(正极)和B(负极)上，则线圈abcd中流过电流，在导体ab 中，电流由a指向b，在导体cd中，电流由c指向d。导体ab和cd分别处于N、S极磁场中，受到电磁力的作用。用左手定则可知导体ab和cd均受到电磁力的作用，且形成的转矩逆时针方向旋转，如图1-1(a)所示。当电枢旋转180°，导体cd转到N极下，ab转到S极下，如图1-1（b)所示，由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方同。 由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。
第二章直流电动机的分类 根据励磁方式的不同，直流电机可以分为他励、并励、串励和复励四种。 图2-1直流电动机按励磁方式的分类
第三章 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 I C T T Φ= n Φ=E C E a a a R I E U += 可得，他励电动机的转速与转矩之间有如下关系： T T C C R C U C R I C U C R I U C E T E E E E E E β-=Φ-Φ=Φ-Φ=Φ-=Φ=02 a a a a a a a a n n 当Φ、、a a R U 为常数时，()T f n =为一条向下倾斜的直线，如图3所示： 图3-0 他励直流电动机的固有特性 其中： Φ = E C U a 0n 称为理想空载转速； 2a Φ =T E C C R β 称为机械特性的斜率，大小反映软特性与硬特性； T C C R T n T E Φ ==?a β 称为负载时的转速降。 由于电枢电路电阻Ra 很小，所以机械特性的斜率很小，硬度很大,固有特性为硬特性。
他励直流电动机的启动
实验报告 实验名称他励直流电动机的启动指导教师 实验类型验证实验学时 2 实验时间2015年10月29 日 一、实验目的 1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。 2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、启动、改变电机转向的方法。 二、预习要点 1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。 2、直流电动机启动时，为什么在电枢回路中需要串接启动变阻器? 不串接会产生什么严重后果? 3、直流电动机启动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?
三、实验项目 1、了解电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、直流他励电动机的启动、调速及改变转向的方法。 四、实验步骤 1、由实验指导老师介绍电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2、直流仪表、转速表和变阻器的选择 直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。 （1）电压量程的选择 如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为500V或1000V 量程档。 （2）电流量程的选择 选用安培表测量电枢电流，选用毫安表测量励磁电流。 （3）电机额定转速为1500r/min，转速表选用激光转速测量表。 （4）变阻器的选择 测量各个变阻器的最大值，选择合适的变阻器作为发电机负载电阻与励磁电阻、电动机启动电阻与励磁电阻。 3、他励直流电动机启动步骤 （1）按图1.1接线，检查电表的极性（+，-）是否正确，量程是否正
实验一 他励直流电动机电动及回馈制动状态下的机械特性测定
实验一他励直流电动机电动及回馈制动状态下的机械特 性测定 一、实验目的 测定他励直流电动机在电动及回馈运行转状态下的机械特性 二、预习作业 1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？ 2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？ 3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。 三、实验项目 1、电动及回馈制动状态下的机械特性 四、实验方法及步骤 1、实验设备 序号型号名称数量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表1件 2 DJ15 直流并励电动机1件 3 DJ23 校正直流测功机1件 4 D31 直流电压、毫安、安培表2件 5 D41 三相可调电阻器1件 6 D42 三相可调电阻器1件 7 D44 可调电阻器1件 8 D51 波形测试及开关板1件 2、屏上挂件排列顺序D51、D31、D42、D41、D31、D44 3、接线原理图如图1—1所示：
图1-1他励直流电动机机械特性测定实验接线图 按图1-1接线（接线时，必须确保试验台及实验屏总电源开关处于断开状态），图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。 4、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性 (1) R1、R2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻值，R3选用D42上4 只900Ω串联共3600Ω阻值，R4选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。 (2) R1阻值置最小位置，R2、R3及R4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。开关S1、S2选用D51挂箱上的对应开关，并将S1合向1电源端，S2合向2'短接端(见图1-1)。 (3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M起动运转。调节“电枢电源”电压