發布日期：2022-04-18 點擊率：98
根據電磁轉矩Tem和轉速n方向之間的關系，可以把電機分為兩種運行狀態。當Tem與n方向相同時，稱為電動運行狀態，簡稱電動狀態；當Tem與n方向相反時，稱為制動運行狀態，簡稱制動狀態。電動狀態時，電磁轉矩為驅動轉矩，電機將電能轉換成機械能；制動狀態時，電磁轉矩為制動轉矩，電機將機械能轉換成電能。
在電力拖動系統中，電動機經常需要工作在制動狀態。例如，許多生產機械工作時，往往需要快速停車或者有高速運行迅速轉為低速運行，這就要求電動機進行制動。因此，電動機的制動運行也是十分重要的。
他勵直流電動機的制動有能耗制動、反接制動和回饋制動三種方式，下面分別加以介紹。
1．能耗制動
能耗制動的接線圖。開關S接電源側為電動狀態運行，此時電樞電流Ia、電樞電動式Ea、轉速n及驅動性質的電磁轉矩Tem的方向如圖所示。當需要制動時，將開關S投向制動電阻RB上，電動機便進入能耗制動狀態。
初始制動時，因為磁通保持不變、電樞存在慣性，其轉速n不能馬上降為零，而是保持原來的方向旋轉，于是n和Ea的方向均不改變。但是，由Ea在閉合的回路內產生的電樞電流IaB卻與電動狀態時電樞電流Ia的方向相反，由此而產生的電磁轉矩TemB也與電動狀態時Tem的方向相反，變為制動轉矩，于是電機處于制動運行。制動運行時，電機靠生產機械慣性力的拖動而發電，將生產機械儲存的動能轉換成電能，并消耗在電阻上，直到電機停止轉動為止，所以這種制動方式稱為能耗制動。
（1-66）
或，與電動狀態下電樞串電阻RB時的人為特性的斜率相同，如圖1-4中直線BC所示。
即
反向的電樞電流IaB產生很大的反向電磁轉矩TemB，從而產生很強的制動作用，這就是電壓反接制動。
電動狀態時，電樞電流的大小由UN與Ea之差決定，而反接制動時，電樞電流的大小由UN與Ea之和決定，因此反接制動時電樞電流是非常大的。為了限制過大的電樞電流，反接制動時必須在電樞回路中串接制動電阻RB。RB的大小應反接制動時電樞電流不超過電動機的最大允許值Imax=(2~2.5)IN,因此應串入的制動電阻值為
的直線，如圖中線段BC所示。
電壓反接制動時電機工作點的變化情況可用下圖說明如下：設電動機原來工作在固有特性上的A點，反接制動時，由于轉速不突變，工作點沿水平方向躍變到反接制動特性上的B點，之后在制動轉矩作用下，轉速開始下降，工作點沿BC方向移動，當到達C點時，制動過程結束。在C點，n=0,但制動的電磁轉矩TemB=TC≠0，如果負載是反抗性負載，且時，這時在反向轉矩作用下，電動機將反向起動，并沿特性曲線加速到D點，進入反向電動狀態下穩定運行。當制動的目的就是為了停車時，那么在電機轉速接近于零時，必須立即斷開電源。
反接制動過程中（圖中BC段），U、Ia、Tem均為負，而n、Ea為正。輸入功率P1= U Ia>0，表明電機從電源輸入電功率；輸出功率
電壓反接制動接線圖 電壓反接制動時的機械特性
（2）倒拉反轉反接制動
倒拉反轉反接制動只適用于位能性恒轉矩負載。現以起重機下放重物為例來說明。
圖所示為正向電動狀態（提升重物）時電動機的各物理量方向，此時電動機工作在固有特性上的A點。如果在電樞回路中串入一個較大的電阻RB，便可實現倒拉反轉反接制動。串入RB將得到一條斜率較大的人為特性，如圖中的直線n0D所示，制動過程如下：串電阻瞬間，因轉速不能突變，所以工作點由固有特性上的A點沿水平跳躍到人為特性上的B點，此時電磁轉矩TB小于負載轉矩TL，于是電機開始減速，工作點沿人為特性由B點向C點變化，到達C點時，n=0,電磁轉矩為堵轉轉矩TK，因TK仍小于負載轉矩TL，所以在重物的重力作用下電機將反向旋轉，即下放重物。因為勵磁不變，所以Ea隨n的方向而改變方向，由圖1—50（b）所示可以看出Ia的方向不變，故Tem的方向也不變。這樣，電機反轉后，電磁轉矩為制動轉矩，電機處于制動狀態，如圖（c）中的CD段所示。隨著電機反向轉速的增加，Ea增大，電樞電流Ia和制動的電磁轉矩Tem也相應增大，當到達D點時，電磁轉矩與負載轉矩平衡，電機便以穩定的轉速勻速下放重物。若電機串入RB越大，最后穩定的轉速越高，下放重物的速度也越快。
電樞回路串入較大的電阻后，電機能出現反轉制動運行，主要是位能負載的倒拉作用，又因為此時的Ea與U也順向串聯，共同產生電樞電流，這一點與電壓反接制動相似，因此把這種制動稱為倒拉反轉反接制動。
倒拉反轉反接制動時的機械特性方程式就是電動狀態時電樞串聯電阻的人為特性方程式，只不過此
回饋制動機械特性
在圖中，A點時電動狀態運行工作點，對應電壓為U1，轉速為nA。當進行降壓（U1降為U2）調速時，因轉速不突變，工作點由A點平移到B點，此后工作點在降壓人為特性的Bn02段上變化過程即為回饋制動過程，它起到了加快電機的減速作用，當轉速到n02時，制動過程結束。從n02降到C點轉速nc為電動狀態減速過程。
在下圖中，磁通由φ1增大到φ2時，工作點的變化情況與右圖相同，其工作點在Bn02段上變化時也為回饋制動過程。
能耗制動接線圖
能耗制動時的機械特性，就是在U=0、φ=φN、R=Ra+RB條件下的一條人為機械特性，即
（1-67）
可見，能耗制動時的機械性是一條通過坐標原點的直線，其理想空載轉速為零，特性的斜率
能耗制動時的機械特性
能耗制動時，電機工作點的變化情況可用機械特性曲線說明。設制動前工作點在固有特性曲線A點處，其n>0，Tem>0，Tem為驅動轉矩。開始制動時，因n不突變，工作點將沿水平方向躍變到能耗制動特性曲線上的B點。在B點，n>0，Tem<0，電磁轉矩為制動轉矩，于是電動機開始減速，工作點沿BO方向移動。
若電動機拖動反抗性負載，則工作點到達O點時，n=0，Tem=0，電機便停轉。
若電機拖動位能性負載，則工作點到達O點時，雖然n=0，Tem=0，但在位能負載的作用下，電機反轉并加速，工作點將沿曲線OC方向移動。此時Ea的方向隨n的反向而反向，即n和Ea的方向均與電動狀態時相反，而Ea產生的Ia方向卻與電動狀態時相同，隨之Tem的方向也與電動狀態時相同，即n<0, Tem>0，電磁轉矩仍為制動轉矩。隨著反向轉速的增加，制動轉矩也不斷增大，當制動轉矩與負載轉矩平衡時，電機便在某一轉速下處于穩定的制動狀態運行，即勻速下放重物，如圖中的C點。
改變制動電阻RB的大小，可以改變能耗制動特性曲線的斜率，從而可以改變起始制動轉矩的大小以及下放位能負載時的穩定速度。RB越小，特性曲線的斜率越小，起始制動轉矩越大，而下放位能負載的速度越小。減小制動電阻，可以增大制動轉矩，縮短制動時間，提高工作效率。但制動電阻太小，將會造成制動電流過大，通常限制最大制動電流不超過2~2.5倍的額定電流。選擇制動電阻的原則是
（1-68）
式中，Ea為制動瞬間（制動前電動狀態時）的電樞電動勢。如果制動前電機處于額定運行，則Ea-UN-Ra-IN -U。
能耗制動操作簡單，但隨著轉速的下降，電動勢減小，制動電流和制動轉矩也隨之減小，制動效果變差。若為了使電機能更快地停轉，可以在轉速到一定程度時，切除一部分制動電阻，使制動轉矩增大，從而加強制動作用。
2．反接制動
反接制動分為電壓反接制動和倒拉反接制動兩種。
（1）電壓反接制動
電壓反接制動時的接線圖如下圖所示。開關S投向“電動”側時，電樞接正極性的電源電壓，此時電機處于電動狀態運行。進行制動時，開關S投向“制動”側，此時電樞回路串入制動電阻RB后，接上極性相反的電源電壓，即電樞電壓由原來的正值變為負值。此時，在電樞回路內，U與Ea順向串聯，共同產生很大的反向電流：
可見，其特性曲線是一條通過?n0點，斜率為時，電動機便停止不轉。如果
，表明軸上輸入的機械功率轉變成電樞回路的電功率。由此可見，反接制動時，從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機械功率轉變成的電功率一起全部消失在電樞回路的電阻（Ra+RB）上，其能量損耗是很大的。
倒拉反轉反接制動
時電樞串入的電阻值較大，使得n<0。因此，倒拉反轉反接制動特性曲線是電動狀態電樞串電阻人為特性在第四象限的延伸部分。倒拉反轉反接制動時的能量關系和電壓反接制動時相同。
3．回饋制動
電動狀態下運行的電動機，在某種條件下（如電動機拖動的機車下坡時）會出現運行轉速n高于理想空載轉速n0的情況，此時Ea>U，電樞電流反向，電磁轉矩的方向也隨之改變：由驅動轉矩變成制動轉矩。從能量傳遞方向看，電機處于發電狀態，將機車下坡時失去的位能變成電能回饋給電網，因此這種狀態稱為回饋制動狀態。
回饋制動時的機械特性方程式與電動狀態時相同，只是運行在特性曲線上不同的區段而已。當電動機拖動機車下坡出現回饋制動時，其機械特性位于第二象限，如圖中的n0A段。當電動機拖動起重機下放重物出現回饋制動時，其機械特性位于第四象限，如圖中的?n0B段。圖中的A點是電機處于正向回饋制動穩定運行點，表示機車以恒定的速度下坡。圖中的B點是電機處于正向回饋制動穩定運行點，表示重物勻速下放。
除以上兩種回饋制動穩定運行外，還有一種發生在動態過程中的回饋制動過程。如降低電樞電壓的調速過程和弱磁狀態下增磁調速過程中都將出現回饋制動過程，下面對這兩種情況進行說明。
降壓調速時產生回饋制動 增磁調速時產生回饋制動
回饋制動時，由于有功率回饋到電網，因此與能耗制動和反接制動相比，回饋制動是比較經濟的。
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