东北大学继续教育学院
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目
直流电动机回馈制动原理及应用
姓名 贾文彪 学号 c34140113030001
专业： 电气工程及其自动化
学习中心： 辽宁本溪奥鹏学习中心 ×
住址： 辽宁本溪平山区北台
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一
本课题主要研究内容
1、回馈制动的原理
EaUNIa0RaRcn01n02n>n0回馈T反号制动nn1n2T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）Tb0TL
2、回馈制动的机械特性
UNRanTn0T2CeCeCTn回馈n0电动T0
3、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。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。
(2) 下放重物。如图3.16(a)所示，货笼中有重物，重物连同货笼总质量仍为
因为要下放重物，转速n为负；电动机转矩应与下放方向(转速n方向)相同，该转矩T为负，所以电动机要反向接线；负载转矩TL为正。各物理量的方向如图 (a) 所示。
当下放重物时，由于电动机转矩T与负载转矩TL方向相同，二者的共同作用使系统反向加速，使电动机工作在反向电动状态。同 理，随着转速n的增高，反电动势 加大。电枢电流降低，电动机的转矩亦降低。在图(c)上，机械特性沿着第三象限所示的反向变化。到时，电动势E与外加电源电压U相平衡，电枢电流I=0，转矩T=0，即图 (b)上所示的F点(0， )。到F点时，虽然电动机转矩T为零，但还有负载转矩TL的作用，仍使系统继续反向加速。但转矩T亦改变方向，如图 (b)所示。这时转矩T与转速n方向相反，电动机转矩起制动作用，机械特性位于第四象限。电动机进入回馈制动状态后，随着转速的升高，电势增加。电枢电流增加，与之对应的电动机转矩(制动转矩)增加，负载特性与机械特性交于一点G，电动机转矩与负载转矩相平衡，系统以稳定速度 下放重物。(3) 电动机由高速向低速变速。上面的情况都是由于位能负载的作用，使电动机的转速超过理想空载转速，从而使电动机进入回馈(再生发电)制动状态。但是在生产实际中，当电动机由高速向低速变速的过程中，在新的理想空载转速低于运转着的转速时也要产生回馈(再生发电)制动过程。 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。
二 课题的研究意义
1、回馈制动的优点
电动机直接接到电网时，电机发出的电向电网回馈，但是这样对电网有较大的影响，如果电机由变频器拖动时，由于变频器有中间储能环节，其储能是有限的，故电机发电状态时对变频器有较大的威胁。变频器在处理电机的再生发电时，有多种制动方法，如能耗制动、储能制动、回馈制动等。对能耗制动方法，电机发出的电会白白的浪费，同时能耗电阻会经常损坏；储能制动方法中储能也是有限的，同样对变频器有威胁，能量回馈是处理再生发电的好方法，又是制动的好方法。它保证了变频器的安全、节约了能量、同时增强了电机的制动功能。
2、回馈制动的缺点
只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于
10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。
在回馈时，对电网有谐波污染；控制复杂，成本较高。 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。
3、回馈制动的适用场合
回馈制动特别适用于电动机功率较大，如大于等于100kw，设备的转动惯量较大，且反复短时连续工作，从高速到低速的减速降幅较大，制动时间又短，需要强力制动的场合，如电力机车、采油等行业。
三 解决的关键问题
1、正向回馈制动
他励直流电动机通过降低电压来减速时，若电压下降幅度较大，会使得工作点经过第II象限，如图中的BC段，转速为正而电磁转矩为负，电动机运行于制动状态。在这一过程中，由于电源电压下降，使得Ea>U,电流方向改变，电能从电动机回馈到电源。
在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的空载转速，Ea增大，超过U以后，电流也会反向，进入正向回馈制动状态。
2、反向制动控制
他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。
• 反接电源电压并给电枢支路串入限流电阻。工作点将会稳定在第iv象限。在D点，电动机的转速高于理想空载转速，Ea>U，电流流向电源，属于反向回馈制动。
• 反向回馈制动常用于高速下放重物时限制电机转速。
• 为了限制高速下放速度，一般在回魁制动时，将电枢回路串联的电阻切除。
3、回馈制动的控制
在回馈制动中，合理的控制回馈电流大小也是至关重要，回馈电流的大小必须满足能量回馈功率的要求，如果系统回馈功率小于电机在发电状态时的输出功率，在变频器的公共直流母线上电压就会继续升高。由于电网电压是一定的，系统回馈功率的大小是由回馈电流的大小决定的。
另外回馈电流的大小必须控制在所使用的IGBT的额定范围内。
回馈制动时，回馈电流变化速度较快，就需要采用有效的控制方式，一般采用滞环电流比较法控制。
四 参考文献
[1]丁志刚．无刷直流电动机的研究和发展进展［J］．微电机，2000 [2]《电机设计》 西安交通大学 陈世坤主编
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