直流電動機控制電路

【教學重點】并勵直流電動機的起動和正、反轉(zhuǎn)控制原理【教學難點】

他勵和串勵直流電動機的起動原理第七節(jié)直流電動機的控制電路第1頁/共24頁第一頁，共25頁。第七節(jié)直流電動機的控制電路直流電動機突出的優(yōu)點是有很大的起動轉(zhuǎn)距和能在很大的范圍內(nèi)平滑地調(diào)速。直流電動機的控制包括直流電動機的起動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動的控制。按勵磁方式可分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種。并勵及他勵直流電動機的性能及控制電路相近，它們多用在機床等設(shè)備中；在牽引設(shè)備中，則以串勵直流電動機應(yīng)用較多。第2頁/共24頁第二頁，共25頁。一、直流電動機的起動控制電路圖4-20并勵直流電動機的起動控制電路圖中電樞回路的電阻R為降壓起動電阻,①合上電源開關(guān)QS。②按下起動按鈕SB1，接觸器KM得電吸合并自鎖，直流電動機電樞回路串入電阻R起動，隨著轉(zhuǎn)速逐漸上升，通過電動機的電流減小，電阻R上電壓下降，接在電樞兩端的電壓繼電器KA線圈兩端電壓逐漸上升。當KA線圈的電壓上升到一定值時，KA動合觸點閉合，短接電阻R，電動機在額定電壓下運行。③按下停止按鈕SB2，接觸器KM斷電釋放，電動機M停止轉(zhuǎn)動。1．并勵直流電動機的起動控制電路（1）工作原理第3頁/共24頁第三頁，共25頁。直流電動機的起動控制電路并勵直流電動機在起動時需在施加電樞電壓之前，先接上額定勵磁電壓，以保證起動過程中產(chǎn)生足夠大的反電動勢，迅速減小起動電流和保證足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，加速起動過程。

因此，常被轉(zhuǎn)速需要保持恒定或需要在廣泛范圍內(nèi)進行調(diào)速的生產(chǎn)機械所采用。

（2）工作特點第4頁/共24頁第四頁，共25頁。直流電動機的起動控制電路2．他勵直流電動機的起動控制電路（1）工作原理圖4-21他勵直流電動機起動控制電路他勵直流電動機起動控制電路如圖4-21所示，這是一個用時間繼電器控制二級電阻起動的電路。電路分析：第5頁/共24頁第五頁，共25頁。直流電動機的起動控制電路工作原理：

①合上開關(guān)QS1和QS2，勵磁繞組F1F2首先得到勵磁電流；同時，時間繼電器KT1和KT2的線圈也得電，其動斷觸點斷開，接觸器KM2和KM3線圈斷電，并聯(lián)在起動電阻R1和R2上的接觸器動合觸點KM2和KM3處于斷開狀態(tài)，從而保證了電動機在起動時電阻全部串入電樞回路中。圖4-21他勵直流電動機起動控制電路②按下起動按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電吸合并自鎖，電動機在串入全部起動電阻情況下降壓起動。同時，由于接觸器KM1的動斷觸點斷開，時間繼電器KT1和KT2線圈斷電。KT1延時閉合的動斷觸點首先延時閉合，接觸器KM2線圈通電，其動合觸點閉合，將起動電阻R1短接，電動機繼續(xù)加速。然后，KT2延時閉合的動斷觸點延時閉合，接觸器KM3通電吸合，將電阻R2短接，電動機起動完畢，正常運行。第6頁/共24頁第六頁，共25頁。直流電動機的起動控制電路（2）工作特點他勵直流電動機控制電路的工作特點與并勵直流電動機控制電路的工作特點相近。第7頁/共24頁第七頁，共25頁。直流電動機的起動控制電路3．串勵直流電動機的起動控制電路（1）工作原理②按下起動按鈕SB1，接觸器KM1通電吸合并自鎖，KM1主觸點接通主回路，電動機串電阻R1和R2降壓起動。R1兩端的電壓開始時較高，時間繼電器KT2動作，KT2動斷觸點瞬時斷開。同時，由于KM1動斷觸點斷開，KT1線圈斷電，KT1延時閉合的動斷觸點延時閉合，接觸器KM2通電吸合，其動合觸點閉合，起動電阻R1短接。這時，時間繼電器KT2線圈斷電，KT2延時閉合的動斷觸點延時閉合，接觸器KM3通電吸合，將電阻R2短接，電動機全壓運行。圖4-22串勵直流電動機控制電路①合上電源開關(guān)QS，時間繼電器KT1線圈得電，KT1閉合觸點立即斷開。第8頁/共24頁第八頁，共25頁。直流電動機的起動控制電路（2）工作特點并勵、他勵直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，而串勵電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流的平方成正比。也就是說在同樣大的起動電流下，串勵電動機的起動轉(zhuǎn)矩要比并勵或他勵電動機的起動轉(zhuǎn)矩大得多。所以，在帶大負載起動或起動很困難的場合，如電力機車、起重機等機械宜采用串勵直流電動機拖動。串勵電動機不能在空載或輕載的情況下起動，應(yīng)在至少帶有20～30％負載的情況下起動。否則，電動機的轉(zhuǎn)速極高，會使電樞受到極大的離心力而損壞。第9頁/共24頁第九頁，共25頁。二、直流電動機的正、反轉(zhuǎn)控制電路要改變直流電動機旋轉(zhuǎn)方向，只要改變它的電磁轉(zhuǎn)矩方向即可。直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩的方向取決于主磁通和電樞電流的方向。所以電動機的勵磁繞組的端電壓極性不變，改變電樞繞組端電壓的極性；或電樞繞組電壓極性不變，改變勵磁繞組端電壓的極性，都可以改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。因此，改變直流電動機的旋轉(zhuǎn)方向有以下兩種方法：一是改變電樞電流方向；二是改變勵磁電流的方向，但是不能同時改變這兩個電流的方向。

第10頁/共24頁第十頁，共25頁。直流電動機的正、反轉(zhuǎn)控制電路這種方法常用于并勵和他勵直流電動機中。因為并勵和他勵直流電動機勵磁繞組的電感量大，若要使勵磁電流改變方向，一方面，將勵磁繞組從電源上斷開時，會產(chǎn)生較大的自感電動勢，很容易把勵磁繞組的絕緣層擊穿；另一方面，改變勵磁電流方向時，由于中間有一段時間勵磁電流為零，容易出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，使電動機的轉(zhuǎn)速超過允許的程度，為此，通常還需要用接觸器在改變勵磁電流方向的同時切斷電樞回路電流。由于以上這些原因，所以一般情況下，并勵和他勵直流電動機多采用改變電樞繞組中電流的方向來改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。1.改變電樞繞組中的電流方向圖4-23并勵直流電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路第11頁/共24頁第十一頁，共25頁。直流電動機的正、反轉(zhuǎn)控制電路2.改變勵磁繞組中的電流方向這種方法常用于串勵直流電動機。因為串勵電動機勵磁繞組兩端的電壓較低，反接較容易，電力機車等的反轉(zhuǎn)都采用這種方法，其控制電路的部分原理圖如圖4-24所示?？刂齐娐菲溆嗖糠峙c圖4-23完全相同。圖4-24串勵直流電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路第12頁/共24頁第十二頁，共25頁。三、直流電動機的制動控制電路

直流電動機的制動方法也有機械制動和電氣制動兩種。由于電力制動的制動轉(zhuǎn)矩大，操作方便、無噪聲，所以應(yīng)用較廣。直流電動機的電氣制動有能耗制動和反接制動等。第13頁/共24頁第十三頁，共25頁。直流電動機的制動控制電路

能耗制動是把正在運轉(zhuǎn)的直流電動機的電樞從電源上斷開，接上一個外加電阻Rz組成回路，將機械動能變?yōu)闊崮芟脑陔姌泻蚏z上。1.能耗制動第14頁/共24頁第十四頁，共25頁。直流電動機的制動控制電路

圖4-25他勵直流電動機能耗制動原理圖他勵直流電動機能耗制動的部分原理如圖4-25所示。圖中虛線箭頭表示電動機處于電動狀態(tài)時的電樞電流I和電磁轉(zhuǎn)矩T的方向。電動機制動時，其勵磁的大小和方向維持不變，接觸器KM釋放，KM的動合主觸點斷開，使電樞脫離直流電源；同時，KM的動斷觸點閉合，把電樞接到外加制動電阻Rz上去。這時，電動機由于慣性仍按原方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，因而反電動勢Ea的方向不變，并成為電樞回路的電源，所以制動電流Iz方向與原來的方向相反。電磁轉(zhuǎn)矩的方向也隨著電流的反向而改變方向，即與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩Tz，這就促使電動機迅速減速直至停止轉(zhuǎn)動。應(yīng)注意選擇大小適當?shù)闹苿与娮鑂z，Rz過大，制動緩慢；Rz過小，電樞中的電流將超過電樞電流允許值。一般可按最大制動電流不大于二倍電樞額定電流來計算。（1）他勵直流電動機的能耗制動第15頁/共24頁第十五頁，共25頁。直流電動機的制動控制電路

（2）串勵直流電動機的能耗制動串勵直流電動機能耗制動有自勵式和他勵式兩種。他勵式能耗制動的原理如圖4-26所示，與他勵交流電動機能耗制動原理類似。自勵式能耗制動在制動時必須將勵磁繞組與電樞繞組反向串聯(lián)，否則無法產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩（僅為電樞電流與勵磁電流同時反向，轉(zhuǎn)矩方向?qū)⒉蛔儯?，其原理如圖4-27所示。圖4-26他勵式能耗制動的原理圖圖4-27自勵式能耗制動的原理圖第16頁/共24頁第十六頁，共25頁。直流電動機的制動控制電路

（1）他勵直流電動機的反接制動2.反接制動圖4-28為他勵直流電動機反接制動的部分原理圖。在反接制動時，斷開正轉(zhuǎn)接觸器KM1的主觸點，閉合反轉(zhuǎn)接觸器KM2的主觸點，直流電源反接到電樞兩端。由于電樞電流的方向發(fā)生了變化，轉(zhuǎn)矩也因之反向，電動機因慣性仍按原方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反而成為制動轉(zhuǎn)矩，使電動機處于制動狀態(tài)。反接制動是把正在運轉(zhuǎn)的直流電動機的電樞兩端突然反接，并維持其勵磁電流方向不變的制動方法。

圖4-28他勵直流電動機反接制動原理圖第17頁/共24頁第十七頁，共25頁。直流電動機的制動控制電路

（2）串勵電動機的反接制動圖4-29串勵直流電動機反接制動原理圖串勵電動機的反接制動工作原理如圖4-29所示，對于串勵直流電動機，由于勵磁電流就是它的電樞電流，在采用電樞反接的方法來實現(xiàn)反接制動時，必須注意，通過電樞繞組的電流和勵磁繞組中的勵磁電流不能同時反向。如果直接將電源極性反接，則由于電樞電流和勵磁電流同時反向，由它們建立的電磁轉(zhuǎn)矩T的方向卻不改變，不能實現(xiàn)反接制動。所以，一般只將電樞反接。第18頁/共24頁第十八頁，共25頁。直流電動機的制動控制電路

一、反接制動的電流極大。這是因為反接制動時，電樞的電流值是由電樞電壓與反電動勢共同作用的緣故。為了限制反接制動電流，必須在制動回路中串入限流電阻。二、反接制動時，要防止電動機反向起動。在手動操作按鈕時，要及時松開制動按鈕；在自動操作時，則可采用速度繼電器來自動斷開反極性電源。直流電動機反接制動應(yīng)注意兩個問題：第19頁/共24頁第十九頁，共25頁?！菊n堂練習】

第七節(jié)直流電動機的控制電路分析串勵直流電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路的原理。圖4-24串勵直流電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路第20頁/共24頁第二十頁，共25頁。【課堂練習】

第七節(jié)直流電動機的控制電路2.分析自勵直流電動機能耗制動和串勵直流電動機反接制動的原理。圖4-27自勵式能耗制動的原理圖圖4-29串勵直流電動機反接制動原理圖第21頁/共24頁第二十一頁，共25頁?！菊n堂小結(jié)】

第七節(jié)直流電動機的控制電路直流電動機和三相異步電動機的起動、正反轉(zhuǎn)和制動的原理和方法比較：起動正、反轉(zhuǎn)制動直流電動機三相異步電動機第22頁/共24頁第二十二頁，共25頁?！菊n后作業(yè)】

無。第七節(jié)直流電動機的控制電