第三节 他励直流电动机的制动
一、概述
直流电动机的运行状态可分为电动状态及制动状态。
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1.电动状态（电动机运行时的基本工作状态） 特点：转矩T与转速n方向相同，T为拖动转矩；
输入坐标的第一、 三象限。 2.制动状态 特点：转矩T与转速n方向相反， T为制动性阻 转矩；
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说明： 1）由曲线知，因 Tst TZ 重物加速下放，直到D点 T TZ 时，获得稳速下放（一般 n n0 ）
2）由于 U Ea可达到2U N , R 必须较大，限制 I a ， 同时保证 Tst TZ 3）由
2 Ia ( Ra RΩ ) UI a Ea I a
转速反向反接制动特性位于第四象限，机械能来自 负载的位能，不能用于停车。 应用：
转速反向的反接制动，只应用于位能负载，一般可在 n n0
的条件下稳速下降。 电枢反接制动，宜用于要求迅速停车和反转，要求较强烈制动 的场合，如反抗性负载，但采用电枢反接制动停车时，当制 动到n=0 时，应迅速切断电源，否则有反向起动的可能性。
指通过某种方法产生一个与拖动系统转向相反的阻转矩以 阻止系统运动的过程。 实现制动的方法？
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制动的需求因素分析
直流电机正常工作时，出现制动状态情况分析如下： (1)要求停车 切断电枢电源，自由停车，或小容量电机切断电源，机械抱闸， 帮助停车。 (2) 降速过程中： 在降压调速幅度比较大时，降速过程中要经过制动状态。 (3) 提升机构下放重物 提升机构下放重物时，电动机要处于制动状态。 (4) 反转 电动机从正转变为反转，首先要制动停车，然后才能反向起动
R ＞
-Tz
R
T
电枢反接制动比能耗制动陡得多，制 动转矩比较大,比能耗更强烈，更快。 在频繁正、反转的电力拖动自动控制系统中,常采用这种先反接制动 停车,接着自动反向起动的运行方式,以达到迅速制动并反转的目的。 17
(三)两种反接制动的异同点 共同点：能量关系相同。
不同点：电枢反接制动特性位于第二象限，制动转矩大，制 动效果好；
A、能耗制动
定义（方法）: 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。
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能耗制动
电动状态 能耗制动
1)电路图 2)制动操作：切除电源，同时在电枢回路中串入电阻Rz。
3)过程 开始制动时，由于惯性，n的方向不变 Ea方向不变 分析 U=0 Ia反向（由Ea产生），而磁通方向不变 制动 T反向，使T与n方向相反 4)特点： U=0,R=Ra+RZ 思考：电阻Rz的作用？电阻阻 7 值对系统的影响？
B
TZ
n0
A
Ra
C D
0
TZ
T
Ra R
n0
E
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4)电枢反接制动电阻 R 的计算
一般要求最大制动电流也不超过 2 I N
U Ea U Ea Ia ≤ Ra RΩ Ra RΩ
UN Ra RΩ≥ IN
2I N
n
能耗制动中
UN Rz ≥ Ra 2I N
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n
如果按最大制动电流不超 2 I N倍来选择 E U Ra Rz ≥ N N 2I N 2I N UN 则 Rz ≥ Ra 2I N
T2
T1
RZ 1 RZ 2
Ra Rz1 Ra Rz 2
9T
7)若他励直流电动机拖动恒转矩位能性负载
电动机带位能负载时 的能耗制动电路图
原运行于电动状态的A点， 以转速nA提升重物。现采 用能耗制动，如右图.
R Ra RΩ
(T反向）
电枢反接的反 接制动电路图
U<0 2)特点：
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3）机械特性： Ra RΩ n n0 T 2 CeCT 电枢反接的反接制动机械特性是一条过-n0 的直线，在第二象 限部分(BC段)。（n为正，T为负） n
说明：
若制动到0后，不切断电源， 则电机进入反向电动。 对反抗性负载稳定运行于D点 对位能性负载稳定运行于E点
电枢电路的电压平衡方程式变为
I a ( Ra RΩ ) U ( Ea ) U Ea
转速反向的反接制动特性方程式为
Ra RΩ n n0 T <0 2 CeCT
(n为负）
电动机带位能负载时 的能耗制动电路图
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转速反向的反接制动的机械特性曲线就是电动状态时电枢串 电阻时的人为特性在第四象限的部分。 正向电动状态 提升重物(A点) n n0 A B 电枢回路串入较大电 负载作用下电 阻 R 后特性曲线 Ra 机反向旋转 (下放重物) 电机以稳定 C 的转速下放 0 TB Tst TZ T 重物D点 D Ra R 只适用于位能性恒转矩负载。
5）能耗制动时的机械特性为：
n
Ra Rz T 0 T 2 CeCT N
Ra Rz n Ia CeΦN
可见，能耗制动时的机械特性是一条经过原点、位于第二、 四象限的直线。 n
制动瞬间 工作点
B
制动过程 工作段
n0
n1
电动机状态工 作点
A
Ra Ra RZ
电动机拖动反抗性 负载，电机停转。
电动机的运行点从 A→B→O，其中B→O是能 耗制动过程（与拖动反抗 性负载时完全一样）。 在O点（T =0，n=0）时， 停止提升。 此时如果不采用其他办法 停车，则系统将在位能性 负载转矩Tz作用下开始反 转（即下放重物），系统 进入四象限。
n B 2 TL O E D C 4 3 n0 A 1
Ia 与Ea 方向相同，机械能转化为电能， 该电能消耗在电阻上，或回馈电网；
机械特性在直角坐标的第二、四象限。 复习前一堂课的起动（列出运动方程）：
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3.制动作用（目的）： 它可以维持恒速运动（对位能性恒转矩负载），如起重 类机械等速下放重物。列车等速下坡等。 也可以用于使拖动系统减速或停车。
4.制动定义（原理）：
0
C
TZ
Tem
若电动机 带位能性 负载,稳定 工作点
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6）参数计算：（电阻Rz） 能耗制动过程中，起始制动转矩的大小与外接制动电阻Rz的 大小有关。
外接制动电阻越大，制动转矩越小，制动过程越缓慢，但电 机不易过热； 反之外接电阻越小，则制动转矩越大，制动过程越快。 但制动电阻的最小值受到电动机过载能力的限制，因此在能 耗制动过程中， 应将制动瞬间的电流 （即最大制动电流Imax） 限 制在允许的范围内， 即应按下式选择电阻
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二、反接制动
反接制动可用两种方法实现，即转速反向（用于位能负载）与 电枢反接（一般用于反抗性负载）。
（一）转速反向的反接制动
他励直流电动机拖动位能性负载，如起重机下放重物时，若在电 枢回路串入大电阻，致使电磁转矩小于负载转矩，这样电机将被 制动减速，并被负载反拖进入第Ⅳ象限运行。 特点：RΩ 较大，使 Tst TZ
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二、制动方法（广义）
• 1）自由停车法：
• 2）机械制动法（即刹车） • 3）电气制动
• 是使电动机变发电机将系统的机械能或位 能负载的位能转变为电能，消耗在电枢电 路的总电阻或回馈电网。 • ------------重点内容
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三、直流电动机的电气制动
能耗制动
直流电动机 的制动方式
反接制动 回馈制动
Te
图4-16 能耗制动运行状态
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8）能耗制动的能量关系
制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电， 将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电 机停止转动。 2 Ea I a I a ( Ra Rz ) 9) 能耗制动的应用既优缺点 能耗制动的线路简单、经济、安全； 用于反抗性负载可实现准确停车； 用于位能性负载，可下放重物。 但在制动过程中，随着转速的下降，制动转矩随之减小， 制动效果变差，为使电机更快停车，可在转速降到一定程度时， 切除一部分电阻，使制动转矩增大，从而加强制动作用。
上式表明，UI a 与 EI a 两者之和消耗在电枢电路的电阻 Ra RΩ 上。
电网输入功率
电磁功率
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（二）电枢反接的反接制动
1）方法：将正在运行的电机电枢绕组两端换接到电源上， 同时串入制动电阻 。R 断开 K1 和 K 2 ， 接通 K 3 和 K 4 U<0
U Ea U Ea Ia <0 Ra RΩ Ra RΩ