直流电动机控制电路

【教学重点】并励直流电动机的起动和正、反转控制原理【教学难点】

他励和串励直流电动机的起动原理第七节直流电动机的控制电路第1页/共24页第一页，共25页。第七节直流电动机的控制电路直流电动机突出的优点是有很大的起动转距和能在很大的范围内平滑地调速。直流电动机的控制包括直流电动机的起动、正反转、调速及制动的控制。按励磁方式可分为他励、并励、串励和复励四种。并励及他励直流电动机的性能及控制电路相近，它们多用在机床等设备中；在牵引设备中，则以串励直流电动机应用较多。第2页/共24页第二页，共25页。一、直流电动机的起动控制电路图4-20并励直流电动机的起动控制电路图中电枢回路的电阻R为降压起动电阻,①合上电源开关QS。②按下起动按钮SB1，接触器KM得电吸合并自锁，直流电动机电枢回路串入电阻R起动，随着转速逐渐上升，通过电动机的电流减小，电阻R上电压下降，接在电枢两端的电压继电器KA线圈两端电压逐渐上升。当KA线圈的电压上升到一定值时，KA动合触点闭合，短接电阻R，电动机在额定电压下运行。③按下停止按钮SB2，接触器KM断电释放，电动机M停止转动。1．并励直流电动机的起动控制电路（1）工作原理第3页/共24页第三页，共25页。直流电动机的起动控制电路并励直流电动机在起动时需在施加电枢电压之前，先接上额定励磁电压，以保证起动过程中产生足够大的反电动势，迅速减小起动电流和保证足够大的起动转矩，加速起动过程。

因此，常被转速需要保持恒定或需要在广泛范围内进行调速的生产机械所采用。

（2）工作特点第4页/共24页第四页，共25页。直流电动机的起动控制电路2．他励直流电动机的起动控制电路（1）工作原理图4-21他励直流电动机起动控制电路他励直流电动机起动控制电路如图4-21所示，这是一个用时间继电器控制二级电阻起动的电路。电路分析：第5页/共24页第五页，共25页。直流电动机的起动控制电路工作原理：

①合上开关QS1和QS2，励磁绕组F1F2首先得到励磁电流；同时，时间继电器KT1和KT2的线圈也得电，其动断触点断开，接触器KM2和KM3线圈断电，并联在起动电阻R1和R2上的接触器动合触点KM2和KM3处于断开状态，从而保证了电动机在起动时电阻全部串入电枢回路中。图4-21他励直流电动机起动控制电路②按下起动按钮SB1，接触器KM1线圈得电吸合并自锁，电动机在串入全部起动电阻情况下降压起动。同时，由于接触器KM1的动断触点断开，时间继电器KT1和KT2线圈断电。KT1延时闭合的动断触点首先延时闭合，接触器KM2线圈通电，其动合触点闭合，将起动电阻R1短接，电动机继续加速。然后，KT2延时闭合的动断触点延时闭合，接触器KM3通电吸合，将电阻R2短接，电动机起动完毕，正常运行。第6页/共24页第六页，共25页。直流电动机的起动控制电路（2）工作特点他励直流电动机控制电路的工作特点与并励直流电动机控制电路的工作特点相近。第7页/共24页第七页，共25页。直流电动机的起动控制电路3．串励直流电动机的起动控制电路（1）工作原理②按下起动按钮SB1，接触器KM1通电吸合并自锁，KM1主触点接通主回路，电动机串电阻R1和R2降压起动。R1两端的电压开始时较高，时间继电器KT2动作，KT2动断触点瞬时断开。同时，由于KM1动断触点断开，KT1线圈断电，KT1延时闭合的动断触点延时闭合，接触器KM2通电吸合，其动合触点闭合，起动电阻R1短接。这时，时间继电器KT2线圈断电，KT2延时闭合的动断触点延时闭合，接触器KM3通电吸合，将电阻R2短接，电动机全压运行。图4-22串励直流电动机控制电路①合上电源开关QS，时间继电器KT1线圈得电，KT1闭合触点立即断开。第8页/共24页第八页，共25页。直流电动机的起动控制电路（2）工作特点并励、他励直流电动机的电磁转矩与电枢电流成正比，而串励电动机的电磁转矩T与电枢电流的平方成正比。也就是说在同样大的起动电流下，串励电动机的起动转矩要比并励或他励电动机的起动转矩大得多。所以，在带大负载起动或起动很困难的场合，如电力机车、起重机等机械宜采用串励直流电动机拖动。串励电动机不能在空载或轻载的情况下起动，应在至少带有20～30％负载的情况下起动。否则，电动机的转速极高，会使电枢受到极大的离心力而损坏。第9页/共24页第九页，共25页。二、直流电动机的正、反转控制电路要改变直流电动机旋转方向，只要改变它的电磁转矩方向即可。直流电动机电磁转矩的方向取决于主磁通和电枢电流的方向。所以电动机的励磁绕组的端电压极性不变，改变电枢绕组端电压的极性；或电枢绕组电压极性不变，改变励磁绕组端电压的极性，都可以改变电动机的旋转方向。因此，改变直流电动机的旋转方向有以下两种方法：一是改变电枢电流方向；二是改变励磁电流的方向，但是不能同时改变这两个电流的方向。

第10页/共24页第十页，共25页。直流电动机的正、反转控制电路这种方法常用于并励和他励直流电动机中。因为并励和他励直流电动机励磁绕组的电感量大，若要使励磁电流改变方向，一方面，将励磁绕组从电源上断开时，会产生较大的自感电动势，很容易把励磁绕组的绝缘层击穿；另一方面，改变励磁电流方向时，由于中间有一段时间励磁电流为零，容易出现“飞车”现象，使电动机的转速超过允许的程度，为此，通常还需要用接触器在改变励磁电流方向的同时切断电枢回路电流。由于以上这些原因，所以一般情况下，并励和他励直流电动机多采用改变电枢绕组中电流的方向来改变电动机的旋转方向。1.改变电枢绕组中的电流方向图4-23并励直流电动机正、反转控制电路第11页/共24页第十一页，共25页。直流电动机的正、反转控制电路2.改变励磁绕组中的电流方向这种方法常用于串励直流电动机。因为串励电动机励磁绕组两端的电压较低，反接较容易，电力机车等的反转都采用这种方法，其控制电路的部分原理图如图4-24所示。控制电路其余部分与图4-23完全相同。图4-24串励直流电动机正、反转控制电路第12页/共24页第十二页，共25页。三、直流电动机的制动控制电路

直流电动机的制动方法也有机械制动和电气制动两种。由于电力制动的制动转矩大，操作方便、无噪声，所以应用较广。直流电动机的电气制动有能耗制动和反接制动等。第13页/共24页第十三页，共25页。直流电动机的制动控制电路

能耗制动是把正在运转的直流电动机的电枢从电源上断开，接上一个外加电阻Rz组成回路，将机械动能变为热能消耗在电枢和Rz上。1.能耗制动第14页/共24页第十四页，共25页。直流电动机的制动控制电路

图4-25他励直流电动机能耗制动原理图他励直流电动机能耗制动的部分原理如图4-25所示。图中虚线箭头表示电动机处于电动状态时的电枢电流I和电磁转矩T的方向。电动机制动时，其励磁的大小和方向维持不变，接触器KM释放，KM的动合主触点断开，使电枢脱离直流电源；同时，KM的动断触点闭合，把电枢接到外加制动电阻Rz上去。这时，电动机由于惯性仍按原方向继续旋转，因而反电动势Ea的方向不变，并成为电枢回路的电源，所以制动电流Iz方向与原来的方向相反。电磁转矩的方向也随着电流的反向而改变方向，即与转子旋转方向相反，成为制动转矩Tz，这就促使电动机迅速减速直至停止转动。应注意选择大小适当的制动电阻Rz，Rz过大，制动缓慢；Rz过小，电枢中的电流将超过电枢电流允许值。一般可按最大制动电流不大于二倍电枢额定电流来计算。（1）他励直流电动机的能耗制动第15页/共24页第十五页，共25页。直流电动机的制动控制电路

（2）串励直流电动机的能耗制动串励直流电动机能耗制动有自励式和他励式两种。他励式能耗制动的原理如图4-26所示，与他励交流电动机能耗制动原理类似。自励式能耗制动在制动时必须将励磁绕组与电枢绕组反向串联，否则无法产生制动转矩（仅为电枢电流与励磁电流同时反向，转矩方向将不变），其原理如图4-27所示。图4-26他励式能耗制动的原理图图4-27自励式能耗制动的原理图第16页/共24页第十六页，共25页。直流电动机的制动控制电路

（1）他励直流电动机的反接制动2.反接制动图4-28为他励直流电动机反接制动的部分原理图。在反接制动时，断开正转接触器KM1的主触点，闭合反转接触器KM2的主触点，直流电源反接到电枢两端。由于电枢电流的方向发生了变化，转矩也因之反向，电动机因惯性仍按原方向旋转，转矩与转向相反而成为制动转矩，使电动机处于制动状态。反接制动是把正在运转的直流电动机的电枢两端突然反接，并维持其励磁电流方向不变的制动方法。

图4-28他励直流电动机反接制动原理图第17页/共24页第十七页，共25页。直流电动机的制动控制电路

（2）串励电动机的反接制动图4-29串励直流电动机反接制动原理图串励电动机的反接制动工作原理如图4-29所示，对于串励直流电动机，由于励磁电流就是它的电枢电流，在采用电枢反接的方法来实现反接制动时，必须注意，通过电枢绕组的电流和励磁绕组中的励磁电流不能同时反向。如果直接将电源极性反接，则由于电枢电流和励磁电流同时反向，由它们建立的电磁转矩T的方向却不改变，不能实现反接制动。所以，一般只将电枢反接。第18页/共24页第十八页，共25页。直流电动机的制动控制电路

一、反接制动的电流极大。这是因为反接制动时，电枢的电流值是由电枢电压与反电动势共同作用的缘故。为了限制反接制动电流，必须在制动回路中串入限流电阻。二、反接制动时，要防止电动机反向起动。在手动操作按钮时，要及时松开制动按钮；在自动操作时，则可采用速度继电器来自动断开反极性电源。直流电动机反接制动应注意两个问题：第19页/共24页第十九页，共25页。【课堂练习】

第七节直流电动机的控制电路分析串励直流电动机正、反转控制电路的原理。图4-24串励直流电动机正、反转控制电路第20页/共24页第二十页，共25页。【课堂练习】

第七节直流电动机的控制电路2.分析自励直流电动机能耗制动和串励直流电动机反接制动的原理。图4-27自励式能耗制动的原理图图4-29串励直流电动机反接制动原理图第21页/共24页第二十一页，共25页。【课堂小结】

第七节直流电动机的控制电路直流电动机和三相异步电动机的起动、正反转和制动的原理和方法比较：起动正、反转制动直流电动机三相异步电动机第22页/共24页第二十二页，共25页。【课后作业】

无。第七节直流电动机的控制电