直流他励电动机的制动方法分析

杨　勇

（吉林电子信息职业技术学院机电工程学院,吉林 吉林132021）

直流他励电动机的制动方法分析

杨勇

（吉林电子信息职业技术学院机电工程学院,吉林 吉林132021）

摘要：本文对直流他励电动机的三种主要电气制动方式的控制原理进行了分析和研究，并给出了三种电气制动方式的实现方法，同时对其经济性进行了对比，为根据工况选取合理的电气制动方法提供了理论根据。

关键词：直流他励电动机；电气制动；分析

0　引言

电力拖动系统的制动，通常采用机械制动和电气制动两种方法进行。机械制动是利用摩擦力产生阻转矩来实现的，如电磁抱闸，若采用此方法，闸皮磨损严重，维护工作量增加，所以对频繁启动、制动和反转的生产机械，一般都不采用机械制动而采用电气制动。电气制动就是使电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩。电气制动方法便于控制且比较经济，本文仅对直流他励电动机的电气制动方法加以分析和研究。

1　能耗制动

所谓能耗制动就是将处于电动运行状态的电动机电枢绕组自电网上断开，并立即与一个附加制动电阻R相连接构成闭合电路。能耗制动又可分为能耗制动停车和能耗制动运行。

1.1能耗制动停车

为实现快速停车，电动机电枢与电源脱离，电枢通过电阻得以构成闭合电路。在电路切换的瞬间，由于机械的惯性作用，电动机转速不能突变，转速仍保持原电动状态的大小和方向，因此电枢电动势的大小和方向不变，电枢电流为负，说明电枢电流与电动状态时的方向相反，因此产生的电磁转矩反向，与转速方向相反，成为制动转矩，在制动转矩的作用下，转速迅速下降，制动过程结束。

在制动过程中，电动机由生产机械的惯性作用拖动而发电，将生产机械储存的动能转换为电能消耗在电阻上，直到电动机停止转动为止。因此这种制动方式被称作能耗制动。

1.2能耗制动运行

能耗制动运行状态时的电枢电流和机械特性方程与能耗制动停车时相同。功率关系也是完全一样的，不同的只是在能耗制动运行状态下，机械功率的输入是靠重物下降时减少的位能提供的，将机械能转换为电能，供给电枢电路。能耗制动运行方法，控制比较简单，运行可靠，且比较经济。制动转矩随转速的下降而减小，因此制动比较平稳，便于准确停车。它适用于要求准确停车的场合制动停车或提升装置均匀下放重物。

2　反接制动

反接制动根据具体的实现方法，可分为电源反接制动和倒拉反接制动。

2.1电源反接制动

为了实现快速停车，在生产中除采用能耗制动外，还采用电源反接制动。电源反接制动就是在制动时将电源的极性对调，同时反接在电枢两端，而且还要在电枢电路中串一制动电阻，电磁转矩也随之变为负值而改变方向，与原转速方向相反，成为制动转矩，使电动机处于制动状态。当制动的目的就是为了停车时，在电动机转速接近于零时，必须立即断开电源。电源反接制动过程中，电动机仍与电网连接，从电网吸取电能，同时随着转速的降低，系统储存的动能减少，减少的动能从电动机轴上输入转换为电能，这些电能全部消耗在电枢电路的电阻上。

电源反接制动的特点是：设备简单，操作方便，制动转矩较大。但制动过程中能量损耗较大，在快速制动停车时，如不及时切断电源可能反转，不易实现准确停车。电源反接制动适用于要求迅速停车的生产机械，对于要求迅速停车并立即反转的生产机械更为理想。

2.2倒拉反接制动

倒拉反接制动的方法适用于电动机拖动位能性负载，由提升重物转为下放重物的系统中，将重物低速匀速下放，其接线与提升重物时的电动状态基本相同，只是在电枢电路串了一个大的电阻。

倒拉反接制动的特点是：设备简单，操作方便，电枢电路串人的电阻较大，机械特性较软，转速稳定性差，能量损耗较大。倒拉反接制动适用于位能性负载低速下放重物。

3　回馈制动

如果在外部因素的作用下，电动机的实际转速高于理想空载转速时，电动机就可以运行在回馈制动状态。

3.1位能性负载拖动电动机时

电动机拖动位能性负载提升重物时，将电源反接，电动机进入电源反接制动状态，当转速降为零时，不断开电源，电动机开始反向启动，转速反向升高，而电动机在位能负载的作用下转速还要继续增加，当下放转速超过理想空载转速时，电流方向改变，转矩也变为正值，与转速行的方向相反，变为制动转矩。于是电动机变为发电状态，把系统的动能转变成电能回馈电网。所以回馈制动状态又称再生制动状态。回馈制动稳定运行时系统减少的位能变换为电能，除电枢电路电阻消耗一小部分外，大部分电能回馈给电网，因此回馈制动能量损耗小，很经济，但只能高速下放重物，安全性差。

3.2电动机降压调速时

在电动机降压调速过程中，如果突然降低电枢电压，感应电动势还来不及变化，此时电枢电流及电磁转矩方向将与正向电动状态时相反，而转速方向未改变，则会出现回馈制动状态。

4　结语

他励直流电动机的制动方法有三种，即反接制动（包括电源反接制动和倒拉反接制动两种）、能耗制动和回馈制动。能耗制动的控制设备简单，制动平稳可靠，制动效果不强烈，适于平稳、准确停车的场合和低速匀速下放重物。电源反接制动的制动转矩大，制动强烈，但能量损耗大，转速降为零时必须及时切断电源，否则可能反转，适用于迅速停车并立即反转的场合。倒拉反接制动，设备简单，操作方便，但机械特性较软，转速稳定性差，能量损耗大，适于低速匀速下放重物。回馈制动的能量损耗小，比较经济，但转速高于理想空载转速，只适于高速下放重物。

参考文献：

[1]杨宗豹主编.电机及拖动基础[M].冶金工业出版社,2003

[2]许晓峰主编.电机及拖动基础[M].高等教育出版社,2000

[3]杨毅德；王益善；王金榜.改善他励直流电动机起动、制动特性的探讨[J].陕西工学院学报.

[4]李勇.直流电动机拖动系统的电气调速方法窗体底端[J].四川水力发电,2000.

[5]杨勇.直流他励电动机机械特性分析及调速方法[J].黑龙江科技信息,2014.

[6]徐东明,舒利盛.具有弱磁调速功能的直流他励电机控制器[J].轻工机械,2013.

[7]祝华宇,邱娇.鞍钢大型厂直流电机节能技术[J].鞍钢技术,2010.

[8]马天兵,杜菲.他励直流电动机电枢串电阻启动过程的仿真分析[J].煤矿机械,2005.

[9]邓建国.直流电动机电气制动过程的仿真研究[J].中小型电机,2003.