激光设备控制技术教材——第三章第七节讲解

1、第七节 直流电动机的控制电路直流电动机虽然不如三相交流感应电动机结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但它具有良好的起动、 制动与调速性能，容易实现直流电动机各种运行状态的自动控制。尤其是他励和并励直流电动机，在工业生产中得到了广泛的应用。由于他励和并励直流电动机的运行性能和控制电路接近，所以下面仅以他励直流电动机为例，介绍直流电动机的起动、 反转和制动的基本控制电路。一、单向运转起动电路直流电动机起动控制的要求与交流电动机类似，即在保证足够大的起动转矩下，应尽可能地减小起动电流。由电动机的工作原理可知，直流电动机电压平衡方程式与反电动势为：U = Em +Im Rm（ 3-2）Em = C

2、e 0 n（3-3）式中：U为电源电压（V） ; Em为电枢反电动势（V）; Im为电动机电枢电流（A ）; Rm 为电动机电枢电阻（Q ）; Ce为电动势常数，与电机的结构有关；$为电动机每极下的主磁通（Wb）; n为电动机的转速（r/min）。从公式中我们可以看出， 电动机在刚起动瞬间，由于n = 0、Em =0、电枢电流Im = U / Rm , 由于电枢电阻Rm很小，所以 直流电动机起动特点之一就是起动冲击电流更大，可达额定电流的1020倍，这样大的起动电流将可能导致电动机换向器和电枢绕组的损坏；同时对电 源也是很重的负担；大电流产生的转矩和加速度对机械部件也将产生强烈的冲击。故在选择

3、起动方案时必须予以充分考虑，除小型直流电动机外一般不允许直接起动。图3-38为电枢串接二级电阻按时间原则起动控制电路。图中KM1为电源控制接触器，KM2、KM3为短接起动电阻接触器， KA1为过电流继电器，KA2为欠电流继电器， KT1、 KT2为时间继电器，R1、R2为起动电阻，R3为放电电阻。私2 KT1 KX1 KK2 KM3图3-38 直流电动机电枢串二级电阻按时间原则起动控制电路起动时合上电源开关 QS1和QS2。在按下起动按钮 SB2以前，断电延时时间继电器 KT1 线圈已得电，其常闭触头KT1已断开。在电动机励磁电流正常后，KA2的常闭触头闭合，为电动机的起动做好准备。按下SB2

4、后，KM1通电吸合，主触头闭合，使电动机M串R1和R2起动，同时KT1断电释放并开始延时。 由于起动电阻R1上有压降，使KT2通电吸合， 其常闭触头断开。KT1延时时间到，其延时闭合的常闭触头闭合，接通KM2的线圈回路，KM2的常开触头闭合，切除起动电阻R1,电动机进一步加速。同时KT2线圈被短接，经过一定延时，其延时闭合的常闭触头闭合，接通接触器KM3的线圈回路，KM3的常开主触头闭合，切除最后一段电阻R2，电动机再一次加速进入全电压运转，起动过程结束。过电流继电器 KA1实现电动机过载保护和短路保护；欠电流继电器 KA2实现电动机弱磁保护；电阻R3与二极管VD构成电动机励磁绕组断开电源时的

5、放电回路，以免产生过电 压。二、可逆运转控制电路改变直流电动机旋转方向的方法有两种，一是保持励磁磁场方向不变，改变电枢电流的方向；二是保持电枢电流的方向不变，改变励磁磁场，即磁通的的方向。通过改变磁通的方 向改变电动机转向的方法其过程较慢，故常采用改变电枢电流的方式改变直流电动机的转 向。图3-39为直流电动机电枢反接法正反转控制电路。其控制原理如下：按下起动按钮SB2时，接触器KM1得电，主触头闭合，电动机电枢绕组接通电源，起动运转（设此时运转方 向为正转），并由KT1、KT2、KM3、KM4控制电枢回路的电阻 R1、R2。前进至压下 SQ2 时，KM1线圈失电，KM2线圈得电，电动机电枢绕

6、组被反接。由于电动机本身的惯性，先 进行反接制动，再反向起动。在这一过程中，KT1线圈有一短时的接通，其常闭触头断开，使KM3、KM4线圈断电，保证电枢绕组在反接的过程中串入电阻R1、R2。图3-39 直流电动机可逆运转起动控制电路在此电路中，采取了两个接触器 KM1、KM2的联锁控制，避免了因起动按钮 SB1和 SB2的误操作而不能使电动机正常工作。 KM3、KM4为短接电枢电阻接触器， KA1为过电 流继电器，KA2为欠电流继电器，R1、R2为起动电阻，R3为放电电阻，SQ1为反向转正 向行程开关，SQ2为正向转反向行程开关。三、制动控制电路直流电动机的电气制动有能耗制动、反接制动和再生制

7、动。为获得迅速、准确的停车， 一般采用能耗制动和反接制动。1.直流电动机能耗制动控制电路图3-40为直流电动机单向旋转、串二级电阻起动、能耗制动的控制电路。电路的动作 过程如下：电动机起动时，先合上电源开关 QS1和QS2,按下起动按钮 SB2时，接触器KM1 得电吸合，主触头闭合，使电动机M串电阻R1和R2起动，同时KT1断电释放开始延时，由于起动电阻 R1上有压降，使 KT2通电吸合，使其常闭点断开。KT1延时到，其延时闭合的常闭触头闭合，接通 KM2的线圈回路，KM2的常开触头闭合，切除起动电阻R1，电动机进一步加速，同时 KT2线圈被短接，经过一定延时，其延时闭合的常闭触头闭合，接 通

8、接触器KM3的线圈回路，KM3的常开主触头闭合，切除最后一段电阻R2，电动机再一次加速，进入全电压运转，起动过程结束。XT1 KK1 KK2 JIMS KM4图3-40 直流电动机单向旋转串二级电阻起动能耗制动控制电路停车时，按下停止按钮 SB1 , KM1线圈断电释放，其主触头断开电动机电枢直流电源， 但电动机因惯性仍按原方向旋转，在保持励磁不变的情况下，电枢导体切割磁场而产生感应电动势，使并联在电动机电枢两端的电压继电器KA3经自锁触头仍保持通电。KA3常开触头闭合，使KM4线圈通电吸合，其常开主触头将电阻R4并接在电枢两端，电动机实现能耗制动，电动机转速迅速下降，电枢电动势也随之下降，当

9、降至一定值时，KA3释放，KM4线圈断电，电动机能耗制动结束。2.直流电动机反接制动控制电路图3-41为电动机可逆旋转、反接制动控制电路。其动作原理如下：合上电源开关QS,励磁绕组得电并开始励磁，同时，时间继电器KT1和KT2线圈得电吸合，它们的延时闭合的常闭触头瞬时断开，接触器KM4和KM5线圈处于断电状态，时间继电器KT2的延时时间大于KT1的延时时间，此时电路处于准备工作状态。 按下正向起动按钮 SB2，接触器KM l 线圈得电吸合，其主触头闭合，直流电动机电枢回路串入电阻R1和R2而减压起动，KM l它的常闭触头（1-16）断开，时间继电器 KT1和KT2断电，经一定的延时时间后，KT

10、1延时闭合的常闭触头先闭合，然后KT2延时闭合的常闭触头闭合，接触器 KM4和KM5先后得电吸合，先后切除电阻 R1和R2，直流电动机进入正常运行。由于起动开始时电动机的反电动势为零，电压继电器KV不会动作，所以接触器KM1、KM2 （或KM3 ）都不会动作，当电动机建立起反电动势后，电压继电器KV吸合，其常开触头闭合，接触器KM2得电吸合并自锁，其常开触头（7-9）的闭合，为反接制动作好准备。 图中R3为反接制动限流电阻，R为电动机停车时励磁绕组的放电电阻。假设电动机原来正转，按下停止按钮 SB1，则正向接触器 KMl线圈断电释放，此时，电动机由于惯性仍按原 方向高速旋转，反电动势仍较高，电压继电器KV不会释放，因而 KM l释放后，KM1线圈得电吸合并自锁，同时 KM1触头（6-7）闭合，使接触器 KM r瞬时得电吸合，电枢通以反 向电流，产生制动转矩。同时，在R3上的常闭触头断开，使电动机在串入R3（及R1、R2）的情况下进行反接制动。待转速降低到KV释放电压时，KV释放，断开接触器 KM1的线圈通电回路，使 KM1的常闭触头又恢复闭合而短接R3，同时，反接制动接触