再生发电制动

1.他励直流电动机再生发电制动的基本概念

他励直流电动机在电动状态下运行时，电源电压U与电枢电动势Ea方向相反，且＞，电枢电流Ia从电源流向电枢，产生拖动转矩，电动机从电源输入电功率UIa＞0。如果能设法使＞，则Ea将迫使Ia改变方向，电磁转矩也改变方向成为制动转矩，电动机进入制动状态。此时Ia从电枢流向电源，电动机再生发电，UIa＜0，电动机向电源馈送功率，所以把这种制动称为再生发电制动，或回馈制动。

在回馈制动状态下运行时，电动机轴功率P2＝T2Ω＜0，即从轴上输入机械功率，扣除空载损耗功率p0后即转变为电功率EaIa，其中一小部分I2aRa损耗在电枢回路中的电阻上，剩余的大部分则回馈电网。可见，此时电动机已成为与电网并联运行的发电机，这是再生发电制动与其他制动方法的主要区别。在实际的拖动系统中，再生发电制动现象很多，当电动机在电动状态下运行而突然降低电源电压；或者当电动机按反向运转接线，拖动位能负载高速下放重物电车下坡时，都能出现再生发电制动状态。此时电动机转速可能超过理想空载转速n0。

图4.4.8　降低电源电压的再生发电制动

2.降低电源电压的再生发电制动（正向回馈制动）

如图4.4.8所示，一台他励直流电动机由可调直流电源供电，拖动恒转矩负载在固有机械特性曲线1的A点上稳定运行，转速为nA。如果突然把电源电压降到U1，则电动机的机械特性将变为图中的人为机械特性曲线2，其理想空载转速为n01＝U1／CeΦN。在降低电压瞬间nA不能突变，电动机的工作点将从A点过渡到机械特性曲线2的B点上。由于nA＞n01，所以Ea＞U1，电枢电流将改变方向，Ia＜0，电磁转矩T＝TB＜0，与n的方向相反，成为制动转矩，电动机进入再生发电制动状态。在T与TL的作用下，电动机减速，运行点沿机械特性2位于第象Ⅱ限的BC段变化。至C点，n＝n01，Ea＝U1，Ia及T均降到零，再生发电制动结束。此后，系统在负载转矩TL的作用下继续减速，电动机的运行点进入第Ⅰ象限，n＜n01，Ea＜U1，Ia及T均变为正，电动机又恢复为正向电动状态，但由于T＜TL，将继续下降，直到D点，T＝TL，电动机以转速nD稳定运行。

图4.4.9　位能负载时的再生发电制动

3.位能负载下放重物时的再生发电制动（反向回馈制动）

当起重机把重物提升到一定高度时，如欲停止提升，可切断电动机电源，同时施以机械闸，使电动机转速n＝0，重物被吊在空中。

为了高速下放重物，在松开机械闸后，电动机转速由正向变成反向旋转，即反向起动电动机。此时电动机的机械特性位于第Ⅲ象限，电动机工作在反向电动状态。如图4.4.9所示。在反向起动过程中，电动机的电磁转矩T＜0，但位能负载转矩TL＞0，二者方向一致，都是拖动转矩。在它们的共同作用下，电动机转速迅速升高。运行点从电动机机械特性的A点向B点变化。随着反向转速的升高，增大，减小，也相应减小，直到B点，n＝－n0，T＝0，但在位能负载转矩TL作用下系统仍将继续反向升速。当时，电动机进入第Ⅳ象限。此时，电枢电流改变了方向，Ia＞0，电磁转矩也相应改变方向，成为制动转矩，电动机工作状态变成再生发电制动状态。由于电磁转矩的制动作用，重物下降的加速度减小，并且随着增加，电磁转矩不断增大，制动作用不断加强，重物下降的加速度也越来越小，直到C点，T＝TL，电动机以转速nC稳定运行，重物以恒定的速度下降。这种再生发电制动又称为反向回馈制动。

从图4.4.9中可以看出，电枢外串电阻Rc越大，电动机的机械特性斜率就越大，再生发电制动运行的转速也就越高。为了防止重物下放速度过高，通常在电枢回路中不串电阻。即使这样，电动机的转速仍高于n0，所以这种制动方法仅在起重机下放较轻的重物时才采用。

一台直流电机，在一种条件下它可以作发电机运行，而在另一种条件下它又可以作为电动机运行。在上述电机从电动机变为发电机运行的过程中，电动机的转向并未改变。电动势方向也未改变，只是转速大小发生了变化。在发电运行时，，电流顺电动势方向流向电网。在电动机运行时，，电流由电网顺电压U方向流向电机。这也说明了电机的可逆性原理。

例4－7　一台他励直流电动机UN＝－220V其他数据同例4－5。试求：（1）电动机带1／2额定位能负载，在固有机械特性上进行回馈制动，问在哪一点稳定运行；（2）电动机带同样位能负载，欲使电动机在n＝－1280r／min时稳定运行，问回馈制动时，电枢电路应接入多大的电阻。

解 （1）TL＝0.5TN，忽略T0，可以认为Ia＝0.5IN，则

（2）稳定在n＝－1280r／min时，有

所以电枢回路中应串入的电阻

例4－8　一台他励直流电动机的铭牌数据为PN＝22kW，UN＝220V，IN＝115A，nN＝1500r／min。已知Ra＝0.1Ω。最大允许电流Iamax≤2IN，原在固有机械特性上运行，折算在电动机轴上的总负载转矩TL＝0.9TN，试计算：（1）拖动反抗性恒转矩负载，采用能耗制动停车，电枢回路中应串入的最小电阻为多少？（2）拖动位能性恒转矩负载，例如起重机。传动机构的损耗转矩ΔT＝0.1TN，要求电动机以恒速n＝－200r／min下放重物，采用能耗制动运行，电枢回路中应串入的电阻阻值为多少？该电阻上消耗的功率是多少？（3）拖动反抗性恒转矩负载，采用电压反接制动停车，电枢回路中应串入的电阻最小值是多少？（4）拖动位能性恒转矩负载，电动机运行在n＝－1000r／min，恒速下放重物，采用电动势反接制动，电枢中应串入的电阻阻值为多少？该电阻上消耗的功率是多少？（5）拖动位能性恒转矩负载，采用再生发电制动运行下放重物，电枢回路中不串电阻，电动机的转速是多少？

解 先求CeΦN、n0、ΔnN。

（1）反抗性恒转矩负载能耗制动过程应串入电阻的计算

额定运行时的电枢电动势

负载TL＝0.9TN时的转速

制动开始时的电枢电动势

能耗制动过程应串入的电阻值

（2）位能性恒转矩负载能耗制动运行时的计算

反转时的负载转矩

稳定运行时的电枢电流

转速n＝－200r／min时的电枢电动势

电枢回路中应串入的电阻值

电阻上消耗的功率

（3）电压反接制动停车时的计算

（4）拖动位能性恒转矩负载电动势反接制动时的计算

转速n＝－1000r／min时的电枢电动势

电枢回路中应串入的电阻值

电阻上消耗的功率

（5）拖动位能性恒转矩负载再生发电运行时的计算