激光设备控制技术教材——第一章第八节讲解_激光技术及控制基础

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第八节 他励直流电动机的制动

欲使电力拖动系统停车，对反抗性负载来说最简单的方法是断开电枢电源，这时电动机的电磁转矩为零，在空载损耗阻转矩的作用下，系统转速就会逐渐减小至零，这叫做自由停车法。停车过程中阻转矩通常都很小，这种停车方法一般较慢，特别是空载自由停车，更需要较长的时间。许多生产机械希望能快速减速或停车，或使位能负载能稳定匀速下放，这就需要拖动系统产生一个与旋转方向相反的转矩，这个起着反抗运动作用的转矩称制动转矩。

产生制动转矩的方法有两种：一是利用机械摩擦获得，称为机械制动，例如常见的抱闸装置；二是在电动机的旋转轴上施加一个与旋转方向相反的电磁转矩，称为电磁制动。判断电动机是否处于电磁制动状态的条件是：电磁转矩T的方向和转速n的方向是否相反。是，则为制动状态；否则为电动状态。

与机械制动相比，电磁制动的制动转矩大、操作方便、没有机械磨损，容易实现自动控制，所以在电动机拖动系统中得到广泛应用。本节主要介绍他励直流电动机的能耗制动、反接制动和回馈制动。

一、能耗制动

能耗制动原理图如图1-32所示。原来KM接通，电动机工作于电动运行状态；制动时KM断开，保持励磁电流不变，将电枢两端从电网断开，并立即接到一个制动电阻Rz上。能耗制动对应的机械特性如图1-33所示。这时从机械特性上看，电动机工作点从A点切换到B点，在B点因为U=0，所以Ia=-Ea/(Ra+Rz)，电枢电流为负值，由此产生的电磁转矩T也随之反向，由原来与n同方向变为与n反方向，进入制动状态，起到制动作用，使电动机减速，工作点沿特性曲线下降，由B点移至O点。当n=0，T=0时，若是反抗性负载，则电动机停转。

在这过程中，电动机由生产机械的惯性作用拖动，输入机械能而发电，发出的能量消耗在电阻Ra+Rz上，直到电动机停止转动，故称为能耗制动。

为了避免过大的制动电流对系统带来不利影响，应合理选择Rz，通常限制最大制动电流不超过额定电流的2～2.5倍。

EaUNRaRz（1-18）(22.5)IN(22.5)IN如果能耗制动时拖动的是位能性负载，电动机可能被拖向反转，工作点从O点移至C点才能稳定运行。能耗制动操作简单，制动平稳，但在低速时制动转矩变小。若为了使电动机更快地停转，可以在转速降到较低时，再加上机械制动相配合。

图1-33 能耗制动机械特性

二、反接制动

他励直流电动机的电枢电压U和电枢电动势Ea中的任何一个量在外部条件作用下改变方向，即两者由原来方向相反变为一致时，电动机即进入反接制动状态。因此反接制动可用两种方法实现，即电压反接（一般用于反抗性负载）与电动势反接（用于位能性负载）。

1.电压反接制动

电压反接制动原理图如图1-34所示，电动机原来工作于电动状态下，为使电动机迅速停车，现维持励磁电流不变，突然改变电枢两端外加电压U的极性，此时n、Ea的方向还没有变化，电枢电流Ia为负值，由其产生的电磁转矩的方向也随之改变，进入制动状态。由于加在电枢回路的电压为-(U+Ea)≈-2U，因此，在电源反接的同时，必须串接较大的制动电阻Rz，Rz的大小应使反接制动时电枢电流Ia≤2.5IN。

Rz

图1-35 反接制动时的机械特性

机械特性曲线见图1-35中的直线bc。从图中可以看出，反接制动时电动机由原来的工作点。沿水平方向移到b点，并随着转速的下降，沿直线bc下降。通常在c点处若不切除电源，电动机很可能反向启动，加速到d点。

所以电压反接制动停车时，一般情况下，当电动机转速n接近于零时，必须立即切断电

源，否则电动机反转。

电压反接制动效果强烈，电网供给的能量和生产机械的动能都消耗在电阻Ra+Rz上。

2.电动势反接制动

如图1-36所示，电动机原先提升重物，工作于a点，若在电枢回路中串接足够大的电阻，特性变得很软，转速下降，当n=0时(c点)，电动机的T仍然小于TL，在位能性负载倒拉作用下，电动机继续减速进入反转，最终稳定地运行在d点。此时n

电动势反接制动时，电动机从电源及负载处吸收电功率和机械功率，全部消耗在电枢回路电阻Ra+Rz上。电动势反接制动常用于起重机低速下放重物，电动机串入的电阻越大，最后稳定的转速越高。

三、回馈制动

若电动机在电动状态运行中，由于某种因素(如电动机车下坡)而使电动机的转速高于理想空载转速时，电动机便处于回馈制动状态。n>n0是回馈制动的一个重要标志。因为当n>n0时，电枢电流Ia与原来n

回馈制动的机械特性方程式和电动状态时完全一样，由于Ia为负值，所以在第二象限，如图1-37所示。电枢电路若串入电阻，可使特性曲线的斜率增加。

例1.7 一台他励直流电动机，PN=5.6kW，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4Ω，负载转矩TL=49N.m，电枢电流不得超过2倍额定电流（忽略空载转矩T0）,试计算：

①电动机拖动反抗性负载，采用能耗制动停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少？

②若采用电枢反接制动停车，电阻最小值是多少？ 解：①计算能耗制动电阻

CeNUNIaRa220310.40.208

nN1000电动状态的稳定转速

nUNRa2200.4T491010r/min CeNCeCTN20.2089.550.2082能耗制动电阻

RbkEaCeNn0.2081010RaRa0.42.99 IbkIbk231UNEa2200.2081010Ra0.46.54 Ibk231②Rbk

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