電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 綜述</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)。因其優(yōu)良的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)性能而在電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)有三種制動(dòng)狀態(tài)：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)(電壓反向反接和電動(dòng)勢(shì)反向反接)和回

2、饋制動(dòng)。</p><p>　　本文在直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理的基礎(chǔ)上，給出了電機(jī)制動(dòng)的定義，對(duì)電機(jī)制動(dòng)的方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并著重介紹了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的工作原理、特點(diǎn)及使用條件。</p><p>　　2 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)</p><p><b>　　2.1 制動(dòng)的定義</b></p><p>　　制動(dòng)，就是讓電

3、動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，以使電力拖動(dòng)系統(tǒng)迅速停機(jī)或穩(wěn)定放下重物。這時(shí)電機(jī)所處的狀態(tài)稱為制動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　　2.2 制動(dòng)的目的</b></p><p>　　在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常需要采取一些措施使電動(dòng)機(jī)盡快停轉(zhuǎn)，或者從某高速降到某低速運(yùn)轉(zhuǎn)，或者限制位能性負(fù)載在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)問(wèn)題。</p

4、><p><b>　　2.3 制動(dòng)的分類</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)制動(dòng)有兩種方法，機(jī)械制動(dòng)和電磁制動(dòng)。 </p><p>　　電磁制動(dòng)是使電機(jī)在制動(dòng)時(shí)使電機(jī)產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩,其特點(diǎn)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,操作控制方便。 </p><p>　　現(xiàn)代通用電機(jī)的電磁制動(dòng)類型有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。</p&

5、gt;<p>　　2.4 各種制動(dòng)的特點(diǎn)</p><p>　　1）反接制動(dòng)：設(shè)備簡(jiǎn)單，制動(dòng)迅速，準(zhǔn)確性差，制動(dòng)沖擊力強(qiáng)。</p><p>　　2）能耗制動(dòng)：制動(dòng)準(zhǔn)確度高，需直流電源，設(shè)備投入費(fèi)用高。</p><p>　　3）回饋制動(dòng)：經(jīng)濟(jì)性好，將負(fù)載的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能反送電網(wǎng)，但應(yīng)用范圍不廣。電容制動(dòng)對(duì)高速、低速運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)均能迅速制動(dòng)，能量損耗小設(shè)備

6、簡(jiǎn)單，一般用語(yǔ)10KW以下的小容量電動(dòng)機(jī)，可適用于制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。</p><p>　　3 直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的工作原理</p><p>　　以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例。</p><p>　　他勵(lì)電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的特點(diǎn)是使U與E的作用方向變?yōu)橐恢拢餐a(chǎn)生電樞電流I，于是由動(dòng)能轉(zhuǎn)換而來(lái)的電功率EI和由電源輸入的電功率UI一起消耗在電樞電路中。</p><

7、p>　　具體實(shí)現(xiàn)的方法有兩種，分別用于不同的場(chǎng)合。</p><p>　　3.1 電壓反向反接制動(dòng)——迅速停機(jī)</p><p>　　3.1.1 制動(dòng)原理</p><p>　　制動(dòng)前后的電路如圖3-1所示。與電動(dòng)狀態(tài)相比，電壓反向反接制動(dòng)時(shí)，將電樞電壓反向，并在電樞電路內(nèi)串聯(lián)一制動(dòng)電阻R。當(dāng)系統(tǒng)因慣性繼續(xù)沿原來(lái)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，因磁場(chǎng)方向不變，E的方向不變，但因U反向，

8、U與E的作用方向變成一致，一起使U反向，使得T也反向成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降至零。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零時(shí)，E=0，應(yīng)立即將電樞與電源斷開(kāi)，否則電機(jī)將反向起動(dòng)。</p><p><b>　　(a)電動(dòng)狀態(tài)</b></p><p><b>　　(b)制動(dòng)狀態(tài)</b></p><p>　　圖3-1 反接制動(dòng)迅速停機(jī)時(shí)的電路圖</

9、p><p>　　3.1.2 機(jī)械特性</p><p>　　上述制動(dòng)過(guò)程也可以通過(guò)機(jī)械特性來(lái)說(shuō)明。</p><p>　　電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的機(jī)械特性如圖3-2的特性1，n與T的關(guān)系為</p><p><b>　　n=-T</b></p><p>　　電壓反向反接制動(dòng)時(shí)，n與T的關(guān)系為</p>&l

10、t;p><b>　　n=-(-T)</b></p><p>　　機(jī)械特性如圖3-2中特性2。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，負(fù)載特性如圖3.2中的特性3</p><p>　　制動(dòng)前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載轉(zhuǎn)矩3的交點(diǎn)a上面。制動(dòng)瞬間，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移到能耗制動(dòng)特性的b點(diǎn)。這時(shí)T反向，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)過(guò)程開(kāi)始。在T和T的共同作用

11、下，轉(zhuǎn)速n迅速下降，工作點(diǎn)沿特性2由b點(diǎn)移至O點(diǎn)。這時(shí)n=0，應(yīng)立即斷開(kāi)電源，使制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。否則電動(dòng)機(jī)將反向起動(dòng)，到d點(diǎn)去反向穩(wěn)定運(yùn)行。</p><p>　　圖3-2 反接制動(dòng)迅速停機(jī)過(guò)程</p><p>　　3.1.3 特性分析</p><p>　　電壓反向反接制動(dòng)的過(guò)程效果與制動(dòng)電阻R大小有關(guān)。R小，則制動(dòng)瞬間I大，T大，制動(dòng)過(guò)程短暫，停機(jī)快。但制動(dòng)過(guò)程中的最

12、大電樞電流，即工作于b點(diǎn)時(shí)的電樞電流I不得超過(guò)I=（1.5~2.0）I。</p><p>　　由圖3-1(b)可知，只考慮絕對(duì)值時(shí)</p><p>　　式中，E=E。由此求得電壓反向反接制動(dòng)的制動(dòng)電阻為</p><p><b>　　R-R</b></p><p>　　3.1.4 適用場(chǎng)合</p><p

13、>　　設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平均值較大，制動(dòng)強(qiáng)烈，但能量損耗大，適用于要求快速停車的拖動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于要求快速并立即反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)更為理想。</p><p>　　3.2 電動(dòng)勢(shì)反向反接制動(dòng)——下放重物</p><p>　　3.2.1 制動(dòng)原理</p><p>　　制動(dòng)前后的電路如圖4-1所示。制動(dòng)時(shí)，電樞電壓不反向，只在電樞電路中串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻R。<

14、;/p><p><b>　　(a)電動(dòng)狀態(tài)</b></p><p><b>　　(b)制動(dòng)狀態(tài)</b></p><p>　　圖4-1 反接制動(dòng)下放重物的電路圖</p><p>　　3.2.2 機(jī)械特性</p><p>　　上述制動(dòng)過(guò)程也可以通過(guò)機(jī)械特性來(lái)說(shuō)明。</p>

15、<p>　　反接制動(dòng)時(shí)，U=U，R=R+R，機(jī)械特性方程變?yōu)?lt;/p><p><b>　　n=-T</b></p><p>　　若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如圖4-2所示。制動(dòng)前，系統(tǒng)工作在固有特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動(dòng)瞬間，工作點(diǎn)由a平移到人為特性上的b點(diǎn)。由于T< T,n下降，工作點(diǎn)沿人為特性2由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，T

16、= T，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行。這時(shí)n反向，電動(dòng)機(jī)處在制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定下放重物。</p><p>　　在這種情況下制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由于n反向，E也隨之反向，由圖4-1(b)可以看出，這時(shí)E與U的作用方向也變成一致，但I(xiàn)和T的方向不變，T與n方向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持平衡，穩(wěn)定下放重物。所以這種反接制動(dòng)稱為電動(dòng)勢(shì)反向的反接制動(dòng)運(yùn)行。</p><p>　　圖4-2 反接制動(dòng)下放重物過(guò)程<

17、;/p><p>　　3.2.3 特性分析</p><p>　　電動(dòng)勢(shì)反向反接制動(dòng)的效果與制動(dòng)電阻R的大小有關(guān)。R大，特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物慢。由圖4.1(b)可知，在d點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，只取各量的絕對(duì)值，而不考慮其正、負(fù)，則</p><p><b>　　R+ R=</b></p><p>　　可見(jiàn)，若要以轉(zhuǎn)速n下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩

18、為T(mén)的重物時(shí)，制動(dòng)電阻應(yīng)為</p><p><b>　　R= -R</b></p><p><b>　　忽略,則</b></p><p><b>　　R= -R</b></p><p>　　3.2.4 適用場(chǎng)合</p><p>　　設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，電

19、樞回路串聯(lián)電阻較大，機(jī)械特性較軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，能量損耗大，適用于低速勻速下放重物。</p><p>　　4 反接制動(dòng)制動(dòng)電阻的計(jì)算</p><p>　　一臺(tái)Z系列的他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，P=11KW，U=440V，I=31A，n=1480r/min，I=62A，T=120N·M，T忽略不計(jì)。</p><p>　　4.1 電樞電阻的計(jì)算</p><

20、;p><b>　　R==2.74Ω；</b></p><p>　　4.2 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算</p><p><b>　　E==354V；</b></p><p>　　CΦ==0.239；</p><p>　　CΦ=CΦ=2.28</p><p><b>　　T=

21、=71N·M</b></p><p><b>　　4.3 迅速停機(jī)</b></p><p><b>　　T=120N·m</b></p><p><b>　　I==52.63A</b></p><p>　　E=U-RI=295.79V</p

22、><p>　　R=-R=9.13Ω</p><p>　　4.4 下放重物（以800r/min下放重物）</p><p>　　R= -R=12.34Ω </p><p>　　該電阻值大于0.89Ω，滿足要求。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　

23、電動(dòng)機(jī)被停止后還有一定的旋轉(zhuǎn)慣性，在要求停止準(zhǔn)確的設(shè)備就要采用制動(dòng)方式使電機(jī)停止后迅速靜止。較常用的有：1）能耗制動(dòng)。2）反接制動(dòng)。3）回饋制動(dòng)。每種制動(dòng)之間都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。利用每種方法之間的差別選擇一種最優(yōu)方法進(jìn)行那個(gè)制動(dòng)，對(duì)工作效率，工廠經(jīng)濟(jì)效益都有著相當(dāng)了影響。</p><p>　　本文僅對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)進(jìn)行分析解釋。反接制動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，制動(dòng)迅速，準(zhǔn)確性差，制動(dòng)沖擊力強(qiáng)。利用其工作原理可以延伸到現(xiàn)

24、實(shí)生活中的工作、工程當(dāng)中去。了解直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)原理，會(huì)在一些方面使工作具有更有利的一面，在工程經(jīng)濟(jì)效益上有更有利的位置。</p><p><b>　　6 心得體會(huì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)不僅是會(huì)前面所學(xué)的指示的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。下面是對(duì)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)。</p><p>　　第一，題目確定之

25、后，資料是最重要的，查資料是做課程設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，好的開(kāi)端相當(dāng)成功了一半。到圖書(shū)館，資料室，上網(wǎng)尋找自己所需要的資料。要一一記錄下來(lái)以備后用。</p><p>　　第二，通過(guò)上面的過(guò)程，積累了不少的有用資源，對(duì)題目有了大概的了解，然后對(duì)題目進(jìn)行更透徹的分析。</p><p>　　第三，有了明確的研究方向，就該動(dòng)手實(shí)現(xiàn)了。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，對(duì)原先

26、學(xué)的知識(shí)又有了一定的新認(rèn)識(shí)，溫習(xí)了所學(xué)過(guò)的知識(shí)，溫故而知新。但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，但最后通過(guò)和同學(xué)的交流得到解決。在這次設(shè)計(jì)中使我們的同學(xué)關(guān)系很進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們對(duì)知識(shí)的了解有進(jìn)一步的提高。</p><p>　　在這個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我鼓勵(lì)工作的能力，樹(shù)立了自己對(duì)工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作有非常重要的影響。而且大

27、大提高了自己的動(dòng)手能力，是我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)課題還不是很完善，但在設(shè)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次設(shè)計(jì)的最大收益和財(cái)富，使我終身受益。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 唐介主編.電機(jī)與拖動(dòng). 北京：高等教育出版社，2007</p><p>　　[2] 李忠文主編.