1、 毕 业 设 计1毕 业 设 计课题名称 直流电动机回馈制动原理及应用姓 名 000 学 号 000000000所 在 系 电子电气工程系 专业年级 000000000指导教师 000 职 称 教授二 OXX 年四月二日毕 业 设 计2目录摘要 .3ABSTRACT .4第 1 章 绪论 .51.1、电动机的工作状态 .51.2、制动与电动的本质区别 .61.3、制动的概括 .61.4、制动的分类比较 .7第 2 章 回馈制动 .82.1、 回 馈 制 动 条 件 .82.2、电动机回馈制动 .92.2.1、回馈制动的原理 .92.2.2、回馈制动的机械特性 .92.3、回馈制动实现的条件 .
2、102.4、位能负载下放重物时回馈制动 .102.5、 直 流 电 动 机 回 馈 制 动 工 作 状 态 分 析 .102.6、正向回馈制动 .122.7、反向回馈制动 .13第 3 章 回馈制动的应用领域 .143.1 回 馈 制 动 的 优 点 .143.2 回 馈 制 动 的 缺 点 .143.3 回 馈 制 动 的 控 制 .153.4 回 馈 制 动 的 适 用 场 合 .15结束语 .15参考文献 .16致 谢 .17毕 业 设 计3摘要回馈制动是变频器制动方式的一种，也是非常有效的节能方法。回 馈 制 动 采 用 的是 有 源 逆 变 技 术 ， 将 再 生 电 能 逆 变 为
3、 与 电 网 同 频 率 同 相 位 的 交 流 电 回 送 电 网 ，从 而 实 现 制 动 。 要 实 现 回 馈 制 动 ， 就 必 须 要 将 回 馈 电 能 进 行 同 频 同 相 控 制 、 回馈 电 流 控 制 等 条 件 ， 才 能 将 回 馈 电 能 安 全 送 达 电 网 上 。 并且避免了制动时对环境及设备的破坏。在电力机车等行业中取得了令人满意的效果。在新型电力电子器件不断出现,性价比不断提高的情况下有着广阔的应用前景。关键字：直流电机 回馈制动毕 业 设 计4ABSTRACTRegenerative braking is one of the frequency co
4、nverter braking mode, is also a very effective method of energy saving. Regenerative braking is active inverter technology, regeneration of power inverse to AC grid frequency and phase echo power, to achieve the braking. To achieve the regenerative braking, it is necessary to contribute to the power
5、 the same frequency with phase control, contribute to the current control conditions, served to contribute to energy security on the network. And avoid braking on the environment and equipment damage. In sectors such as electric locomotives has achieved satisfactory results. In the emerging new powe
6、r electronic devices, cost-effective case has broad application prospects of continuous improvement.Keywords: direct-current motor Regenerative braking毕 业 设 计5第 1 章 绪论1.1、电动机的工作状态电机是利用电磁作用原理进行能量转换的机械装置。直流电机能将直流电能转换为机械能，或将机械能转换为直流电能。将直流电能转换为机械能的叫做直流电动机，将机械能转换为直流电能的叫做直流发电机。直流电动机的主要优点是起动性能和调速性能好，过载能力大。
7、因此，应用于对起动和调速性能要求较高的生产机械，例如大型机床，电力机车，轧钢机，矿井卷扬机，船舶机械，造纸机和纺织机等都广泛采用直流电动机作为原动机。直流发电机主要用作直流电源，供给直流电动机，电解，电镀等所需的直流电能。直流电动机的主要缺点是结构复杂，使用有色金属多，生产工艺复杂，价格昂贵，运行可靠性差。随着近年电力电子学和微电子学的迅速发展，在很多领域内，直流电动机将逐步为交流调速电动机所取代，直流发电机则正在被电力电子器件整流装置所取代。不过在今后一个相当长的时期内，直流电机仍将在许多场合继续发挥作用。电动机的工作状态按拖动性能可分为电动及制动两大类当电动机在外加电源的作用下，产生与系统
8、运动方向一致的转矩，并通过传动机构拖动生产机械工作时，即为电动工作状态。在电动工作状态下，电动机的电磁转矩 T 方向与转速n 的方向相同，为拖动性质的转矩，电动机把由电网取得的电能变成机械能输出。通常情况下，电动机都是工作在电动状态下。在某些情况下，也需要电动机工作在制动状态下。制动是指电动机从某一稳定的转速开始减速到停止或限制位能负载的下降速度时的一种运转过程。在制动工作状态下，电动机的电磁转矩 T 方向与转速 n 的方向相反，为制动性质的转矩，电动机把系统的机械能变成为电能输出。由此可见，制动工作状态的实质是，电动机成为发电动机，消耗机械能。电力拖动系统之所以需要工作在制动状态，是生产机械
9、提出的要求，主要有以下 3 种情况：(1) 生产机械为加快起动和制动过程，提高生产效率；(2) 当生产机械在高速工作过程中时，根据需要迅速降为低速或者迅速由正转变为反转；(3) 有些位能负载为获得稳定的下放速度。因此，制动工作状态在生产实际中有着很重要的意义毕 业 设 计61.2、制动与电动的本质区别制动与电动的本质区别是， T 与 n 方向相同，为电动机运行，机械特性位于一、三象限； T 与 n 方向相反，为制动状态，机械特性位于二、四象限1.3、制动的概括制动是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。它可以维持受位能转矩作用的拖动系统恒速运动，如起重类机械等速
10、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。当电动机功率较大（100KW 以上），设备转动惯性 GD2 较大，且是反复短时连续工作制从高速到低速的降速幅度较大，且制动时间亦较短，在这样使用过程中，为减少制动过程的能量损耗，将动能变为电能回馈到电网去，以达到节能功效，只要使用能量回馈装置就可。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
11、，首先要制动停车，然后才能反向起动，从上面分析可见，制动不能简单地理解为停车，停车只是制动过程中的一种形式而以。毕 业 设 计71.4、制动的分类比较常用的制动方法有 3 种：能耗制动、电源电压反接制动和回馈制动。能耗制动：能耗制动过程中电动机与电网隔开，所以不需要从电网输入电功率，而拖动系统产生制动转矩的电功率完全由拖动系统动能转换而来，即完全消耗系统本身的动能，能耗制动的名称就是由此而来。这种制动方法的特点是比较经济，简单；在零速时没有转矩，可以准确停车。制动过程中与电源隔离，当电源断电时也可以通过保护线路换接到制动状态进行安全停车，所以在不反转以及要求准确停车的拖动系统中多采用能耗制动。
12、 能耗制动方法的缺点是其制动转矩随转速降低而减小，因而拖长了制动时间。为了克服这个缺点，在有些生产机械中采用二级能耗制动的线路。反接制动：反接制动方法在制动过程中要消耗较大的能量，因而从经济的观点来看不够经济。但从技术的观点来看，制动效果较好，在整个制动过程中制动转矩都很大，制动时间安较短，并且在转速为零时仍有很大的制动转矩，当不需要停车时，还可以自动反转，再反向起动。因而这种制动方法经常用于反转拖动系统，以及作为位能负载下放重物，以获得稳定的下放速度。 回馈(再生发电)制动：回馈制动时，由于位能负载的作用，使电动机的转速超过理想空载转速，从而使系统把机械能变为电能，其中一部分消耗在电枢回路的
13、电阻上，另一部分电能回馈到电网去。同时，再生发电制动的名称也是由此而来。回馈制动把能量送回电网，是经济的制动手段，但是由于只能在 时才有制动作用，所以应用范围受到限制。本课题重点对电动机的回馈制动方式进行研究。0n毕 业 设 计8第 2 章 回馈制动2.1、 回 馈 制 动 条 件1.电动机从高速 FH 到低速 FL 减速过程时，频率可突减，但因电动机的机械惯性影响使转差SU（端电压）。2.从电动机在某一个 fN 运行,需要停车至 fN=0,在这个过程电动机同样出现发电运行状态,这进反动势 EU 端电压。3.位能(或势能)负载,如起重机吊了重物下降时,出现实际转速 nn0 同步转速,这时也出现
14、电动机发电运行状态,当然 EU 是必然的。2.2、电动机回馈制动(如右图所示)2.2.1、回馈制动的原理 nn02T0n01 n1n2TTb Lnn0回 馈T反 号 制 动制 动 初 转 矩 -Tb-TL降 压 调 速 时 的 回 馈 制 动（ 最 终 稳 定 运 行 在 电 动 状 态 ）0caNaRUEI毕 业 设 计92.2.2、回馈制动的机械特性2.3、回馈制动实现的条件保持电机电动状态接线不变，由于外界的原因，如电车下坡，使电动机的转速 n 高于理想空载转速 n0，电动机处于回馈制动状态。2.4、位能负载下放重物时回馈制动回 馈 制 动 多 用 于 电 力 机 车 高 速 下 坡 或
15、 起 重 类 机械 高 速 下 放 重 物 的 场 合 。 在 调 速 的 过 程 中 也 会 出现 回 馈 制 动 。注 意 ： 回 馈 制 动 只 有 在 |n|n0| 时 才 会 出 现 ，故 不 能 用 于 停 车 制 动 中 。nn0 AB0TB C TL T-n0位 能 性 负 载 时 电 机 回 馈 制 动 机 械 特 性DE Fnn0回 馈 电 动T0TnCRUnTeaeN02毕 业 设 计102.5、 直 流 电 动 机 回 馈 制 动 工 作 状 态 分 析 回馈(再生发电)制动对位能负载而言，回馈制动状态发生在提升空笼和下放重物两种情况，下面分别加以介绍。(1) 提升空笼
16、。如图所示，空笼质量，系统原来处于正向电动状态，T、n、TL 各物理量的方向如图所示。 为达到提升空笼的目的，电动机转矩 T 应与提升方向(转速 n 方向)相同，如图 (a)电动机为正向接线，产生正向转矩。正向转矩与负载转矩 TL 共同作用使系统正向加速。随着转速 n 的增高，反电动势 加大，电枢电流 降低，电动机的转矩 T 亦降低。在图 (c)上沿着第一象限所示的正向电动机械特性向上变化，到转速 时，电势 与外加电源电压 U 相平衡，电枢电流 ，转矩 T=0，即图上所示的 B 点 （0，n0） ，到 B 点时虽然电动机转矩 T 为零，但还有负载转矩 TL 的作用，仍使系统继续加速。当转速 n
17、 超过 时，电动势 大于电网电压 U，电流反向，从而转矩 T 亦反向，如图 (b)所示，这时转矩 T 与转速 n 方向相反，n 为正，T 为负，起制动作用。从机械特性上来看，原来系统工作于电动状态时，机械特性位于第一象限。进入回馈制动后，机械特性位于第二象限，因为由电动到回馈制动的过程中，电动机接线未变，参数也没改变，所以机械特性为不过当进入回馈制动以后，T 本身变为负值。所以 ，如图 (c)所示，BC 即为提升空笼时的回馈制动机械特性。机械特性斜率仍决定于 b 值。负载转矩 TL 为负，仍为恒转矩负载，其负载特性位于第二象限，如图 3.15(c)所示。当电动机进入回馈制动状态后，随着转速的升高，电动势 增高，反向电流增加，与之对应的反向转矩(制动转矩)亦增加。直到负载特性与电动机机械特性交于一点 C，电动机转矩与负载转矩平衡，系统以稳定转速 提升空笼。由图(b)，可以写出电枢回路的电压平衡方程式 上式两端同乘以电流 ，可得其功率平衡方程式aEaI0a0I0a0n0naEaUIrEaI2aaaIrI
