直流电动机能耗制动课程设计.docx

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2 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。

3 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3.1能耗制动之迅速停机3.1.1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 流电动机的反电动势（E=Ce*①*n）存在甚至在某些场合很大，由于电枢电阻Ra较小，Ia= （U-E）/Ra当我们开始制动瞬间，电动机系统因为惯性继续旋转，n的方向不变，由于 磁场方向不变，故E的方向也不变由于电源被瞬间切除，此时相对于之前正常运转状态， 电流方向la改变，而磁场方向不变，使得T反向成为制动转矩此时电动的转速就迅速下降 至零（在T和TL的共同作用下）当n=0时，E=O;Ia=O;制动转矩和负载转矩都消失，电动 机自动停机。

3.1.2迅速停机之状态分析上述过程我们也可以用公式来说明，电动状态时，如图2-1-2:图2-1-1n与T关系如下:能耗制动时，如图2-1-2 :图2-1-2Ua=O,电枢回路中又增加制动电阻Rb.n与T关系如下：n= -(Ra+Rb)*T/(CE *CT* ①*①)那么为什么要串入电阻Rb呢？如果没有Rb,在制动的瞬间，E的大小不变(E=Ce*3n), 一般情况E的值较大，那么此时的电流将会很大，很可能超出电枢回路电流的最大允许值 Iamax,所以我们一般在迅速停机制动的同时，也串入一个电阻，并且这个电阻值有要求：Iab=E/(Ra+Rb)<= Iamax式中，Ea=Eb，是工作于b点和a点时的电动势由此求得：Rb>=Eb/Iamax-Ra3.2能耗制动之下放重物3.2.1下放重物之机械特性如图2-2-1，如果电动机位能性很转矩负载制动前，系统工作在机械特性1与负载特性 3的交点a上，电动机以一定的速度提升重物在需要稳定下放重物时，速度不会突变，则 由a点移动b点，此时电动机处于能耗制动状态，此时由b点移动到0点，这个过程与能耗制 动的迅速停机过程情况一样但此时电动机不会停止不动而是，在负载转矩的作用下，电 动机反转，即反向启动，工作点开始在第四象限继续下移，此时n反向，la又回到正向，那 么T依旧提供向上拉力，TL不变，则当下降速度越来越大,E（正向）也越来越大（E=Ce*3n）, la也越来越大，T也越来越大（T=CT*①*Ia），最终在c点处达到平衡。

这是能耗制动下放 重物的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la与最初的上升时 方向相同，T也同样下图是能耗制动过程中，n>0，TvO;在能耗制动运行时，nvO,T>0的 情况3.2.2下放重物之状态分析能耗制动的运行过程也可以用公式来说明如图2-2-2n与T关系如下：n= -(Ra+Rb)*T/(CE *CT*©*①)当平衡的时候，如图2-2-3：图2-2-3T=TL,则可以得出：n= (Ra+Rb)*TL /(C E *CT*O*①)同样，能耗制动运行的效果与制动电阻Rb的大小有关，Rb小,特性2的斜率小，转速小，下放重物慢(Rb在满足要求内)那么在c点时:Ra+Rb=Ec/Iac= CE *CT* O*O*n/(TL-To)下放重物时，To和TL方向相反，与T方向相同，故T= TL-To.可见，若要以转速下放负载 转矩为TL的重物时，制动电阻应为：Rb=Ce*CT*①*©*n/(TL-To)- Ra如果我们忽略了To，贝U：Rb= C E *CT*O*O*n/TL- Ra.4 参数设定和设计我们选定一台他励电动机，其中Pn=22kW , Uan=440V , Ian=65.3A , Nn=600r/min.Iamax=2Ian,T o 忽略不计。

在拖动TL=O.8T n的反抗性横转矩负载，采用能耗制动实现迅速停机，电枢电路中应串 入的制动电阻为Rbl；在拖动TL=0.8Tn的位能性横转矩负载，采用能耗制动以n=300r/min 恒速下放重物，电枢电路中应串入的制动电阻为Rb2则他们应满足下面表格迅速停机：电机给定参数中间参数迅速停机PN(kW)UNaN(V)IaN(A)nN(r/min)Iamax(A)Tl(N・m)Ra(Q)E(V)C①EC①TIa(A)Eb(V)Rb(Q)2222011515002301200.25191.30.12751.218298.51195.37三0.6表3-1下放重物：电机给定参数中间参数下放重物PN(kW)UNaN(V)IaN(A)nN(r/min)Iamax(A)n(r/min)Ra(Q)E(V)Ce①ct°Tl(N・m)Rb(Q)2222011515002303000.25191.30.12751.21821200.138表3-2结论直流电动机的制动方式有多种，本课程设计的研究方向是能耗制动，根据制动要求和 条件的不同能耗制动又分为迅速停机和下放重物，并以他励直流电动机为例进行分析首先，本设计先介绍了直流电动机的结构组成和工作原理，文字说明的同时也附加了 图像，使描述更具体容易理解。

其次，是制动的详细过程，包括迅速停机和下放重物，迅速停机和下放重物又同时用 机械特性和状态分析两种角度进行描述和分析，并附有图像说明和公式分析最后，参考相关资料本设计给出了一组合理的状态数据，并根据以上公式计算出两种 情况下的制动时所需电阻Rb的大小要求，并以表格的形式给出心得体会通过这次课程设计，我了解到了这不是一件容易的事情我们要仅仅学习的是理论知 识，要想真的做出点成绩，一定要通过实践才可以从无知道人是，到深入了解，渐渐的 喜欢了这个全新的专业，原来过程才是最美的经过一周的奋战，课程设计完成了，在没有做设计之前，还简单的以为是对这门课程 的总结，但通过这次设计发现自己的看法是片面的课程设计不仅是对所学知识的一种经 验，而且是是对自己能力的提高通过设计让我明白这是一个长期的积累过程，今后的工 作、学习、生活中应该不断的学习，努力提高自己设计过程中，查阅大量的有关资料，并与同学交流，学到了不少知识，收获颇多在 设计中，培养了独立自主的工作能力，是自己独立思考的能力也有所提高，在设计中不仅 学到了知识，也让我感到生活的充实和学习的快乐，以及收获知识的满足真正接触到了 实践，为今后的工作奠定了基础。

致谢这次《电机与拖动》的课程设计是由任玉凤、荣德生、王继强三位老师精心指导的 他们认真负责，态度和蔼，认真解答疑难问题 ,他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我 工作、学习中的榜样他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪感谢同学对我的帮助和指点没有他们的帮助和提供资料我很难在一周内完成设计 感谢大家对我的帮助参考文献[1] . 清华大学，唐介主编：《电机与拖动》（第二版）.高等教育出版社.2007年[2] . 电子工业大学. 陈勇，陈亚爱主编.《电机与拖动基础》.电子工业出版社.2007年[3] . 清华大学，彭红才主编《电机原理与拖动》（第二版）.机械工业出版社.2006年[4] . 人民邮电大学，梁南丁，滕颖辉主编.《电机与拖动》.北京大学出版社2008年。