《电工工艺学》教案第五章电气控制设备及维修

第五章电气控制设备及维修电气图绘制标准的简介生产机械电气控制的电气图通常总包含有：原理图及接线图，以便于接线、安装和维修电气设备。1、图区编号图样上方的1、2、3…等数字是图区编号，它是为了便于检索电气线路，方便阅读电气原理图而设置的。图区编号也可设置在图的下方。2、图区编号下方的“电源开关及保护……等字样，表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，以利于理解全电路的工作原理。1、图5-1图区中，的“8”为最简的索引代号。它指出了继电器KA线圈位置在图区8。82、触头索引：图5—1KM线圈及KA线圈下方的是接触器KM和继电KA的索引。并在其下面注明相应触头的索引代号，对未使用的触头用“×”表明，有时也可采用上述省去触头符号的表示法。⑴对接触器，上述表示法中各栏的含义如下：触头e号触头号⑵对继电器，，上述表示法中各栏的含义如下：左栏动合触头所在动断触头所在标注般用小号字体注在电器代号下面，如图5—2就是热继电明该处导线的截面积。st+Ist+I44电动机额定功率(KW)N(二)减压起动(也称降压起动)控制电路1、大容量电动机一般均采用减压起动的方法。额定值，经过一段时间后，再将定子绕组上的电压提高到额定值，使电动机稳定运行。3、减压起动能减少电动机的起动电流的原因：由于电动机的起动电流与定子绕组上的电压成正比，所以利用减压起动的方法，可以减少电动机的起动电流。三角起动及延边三角形起动。)串电阻(或电抗器)起动①方法：这种起动方法是在定子电路中串入电阻(或电抗器)，起动时利用串入的电阻(或电抗器)起降压的作用，限制起动电流，待电动机转速升到一定值时，将电阻(或电抗器)短接，使电动机在额定电压下稳定运行。②不串电阻而串电抗器的原因：由于定子电路中串入的电阻要消耗电能，所以大、中型电动机常采优点：具有结构简单、价格低廉、维修方便等优点，目前广泛用于工业生产中。2、三相异步电动机的自动控制电路：大多是由继电器、接触器、主令控制器等电器元件组成，用来控制电动机的起动、制动、反转及调速等功能，它将电动机、低压电器、测量仪表等装置有机地结合起来，组成电力拖动的自动控制系统。制电路1、起动：是指使电动机的转子由静止状态变为正常运转的过程。2、直接起动：实际应用中，许多笼型异步电动机都是在定子三相绕组加额定电压起动，当起动转矩大于电动机轴上的负载转矩时，电动机便开始转动。转速从零(即转差率s=1)开始逐渐增加，直至额定转速，3、直接起动缺点：采用这种方法起动时，电动机的起动电流很大，可达额定电流的4~7倍。如果要起动的电动机的容量较大，巨大的起动电流会引起电网电压的过分降低，从而影响其他设备的稳定运行1、三相笼型异步电动机直接起动的控制电路如图5—3所示。2、能否直接起动要考虑的两个因素：三相笼型异步电动机能否进行直接起动，一般除考虑到电动机本身的容量外，还取决于供电电网的容3、判断电网容量能否允许电动机直接起动，常用如下的经验公式：用串电抗器的起动方法。③串电阻起动的控制电路如图5—4所示，起动按钮起动按钮SB2，接触器KM1线圈和时间继电器KT线圈同经过预先整定的起动时间后，其延时闭合的动合触头闭合，使接触器KM2线圈通电，其主触头将起动电阻R⑤三相定子绕组中所串电阻的选择，常根据下述'经验公式'I——指未串电阻时的起动电流(A)；③自耦变压器减压起动优点：采用自耦变压IIR=190st'ststIIststI'——指串电阻后的起动电流(A)(根据实际情况可确定为额定电流I的2~3倍)；stN举例：一台笼型异步电动机，额定功率为22kW，额定电流IN为40A，额定电压为380V，当采用串电阻减压起动时，电路中应串多大的电阻。如下：stNstNR=190=1.58R=190=1.58⑥对所串电阻的要求：在定子电路中所串的电阻，一般可选取铸铁电阻；且三相电路中所串的电阻应相等；选择时还应注意到所选电阻允许通过的电流值。①①电路图如图5—5所示。接触器KM1和时间继电器KT同时通电，电动机通器起动比定子串电阻(或电抗)起动能提供更大的起动转矩④自耦变压器减压起动缺点：是自耦变压器价格昂贵，且不充许频繁起动。(3)星一三角起动控制电路(丫一△起动)②方法：即起动时绕组为丫形联结，待转速升高到一定程度时，改为△形联结，直到稳定运行。采1用这种方法起动时，可使每相定子绕组所受的电压在起动时降为电路电压的(57．7％3电路电压)，其电流为直接起动时的1／3。用于空载空载或轻载起动的起动控制线路示于图5—6a，b中。它们起动的原则是一致的。从主回定子接成三角形；当KM3主触头闭接成星形。这两个控制线路的共同点都是利用时间继电器KT来实现丫⑤线路a工作过程：当按下起动按钮SB2，KM1与KM3同时通电，电星形联结下作减压起动。由于时间继电器KT也同时通电，经一定成自锁，维持KM2的通电。定子绕组接成三角形，起动到正常工作状态。起动控制用中有一定的限制。为克服丫一△起动方法起动时转矩小的缺点，可采法。②延边三角形起动一般可采用XJI系列低压起动控制箱，也可用交流接触器等元件来实现。起动方法的实质：是将电动机定子绕组中的部分绕组接成Y形，另一部分绕组接成△。定子绕组有9个抽头，其接线图如图5—7所从图5—7可以看出．其绕组的整个接法好像是一个△形的三边延长后它为延边三角形。压，比△形联结时的相电压要低。可见用延边三角形法不但可以达到减压起动的目的，而且由于其相电压高于丫一△起动法时的电压，因此起动转矩也就大于丫一△起动时的转矩。相绕组中匝数N与N的比值(称为抽头比)，N所占的比例越大，相电压就越低。如当N:N=1：01020101022时，则相电压为290V，当N:N=1：1时，相电压为264V(计算略)。0102在实际应用中，可以根据不同的使用要求，选用不同的抽头比进行减压起动，待电动机起动运转⑥⑥延边三角形起动的控制电路如图5—8所示。起动按钮SB2，接触器KMl和绕组接成延边三角形，此时器KT也同时通电，绕组接成三角形正常运转。制生产机械通常要求能对电动机进行正、反转控制，如大多数机床的主轴或进给运动都需要两个方向运行，故要求电动机能够正、反转。三相异步电动机改变方向的方法：若要使电动机改变旋转方向，只要改变通入电动机三相定子绕组中源即可。常用的电动机正、反转控制电路有如下几种。(一)倒顺开关正、反转控制1、倒顺开关：是一种既能接通电源，又能改变电源相序的电源开关。该开关手柄有正、停、反三个位置。最好在停的位置略微停顿一下。这样，可避免电动机突然反接，定子绕组因流过大造成过热而损坏。、适用范围：利用倒顺开关控制电动机正、反转，一般仅适用于不需经常正、反转的场合。(二)接触器联锁的正、反转控制电路动机的正、反转控制电路其电路如22、动作过程为：按起动按钮SB2，使接触器KM1通电吸合，主触头闭合，使电动机按U、V、W的相序接通电源而起动，互锁：利用KM1与KM2的动断触头分别串联在对方回路，以防止两个接触器同时通电，避免电源两相短路，为互锁。(三)按钮联锁的正反转控制电路1、上图缺点：图5—9的电路操作时不大方便，从电动机正转到反转，必须先按下停止按钮SB1。如果把上图中串在KM1与KM2回路中的动断触头KM2和KM1换上按钮SB3和SB2的动断触头，就实现了利用按钮联锁来控制电动机正反转的要求，SB2和SB3直接进行正反转控制，不必按下停止按钮。其联锁作用是利用按钮动断触头先断开、常开后闭合的特点，来保证KM1与KM2不会同时通电，避免电源两相短接，造成短4、缺点：但仅用按钮进行联锁，而不用接触器动断触头之间的联锁，是不可靠的，在实际中可能出现；由于负载短路或大电流的长期作用，接触器的主触头被强烈的电弧“烧焊”在一起，或者接触器的机构失灵，使衔铁卡住，总是在吸合状态，这都可能使主触头即使在线圈断电的情况下，也不断开。这时如果另一接触器又动作，就会造成电源短路事故。为了避免出现这样的事故，常采用双重联锁的正反转控制电路。(四)按钮、接触器双重联锁的正反转控制电路动机的制准确定位，这就要求对电动机进行制2、制动：就是当电动机脱离电源后，强3、制动的方法一般有两大类：迫电动机迅速制动使电动机立即停止。(一)机械制动1．机械制动机械制动是当电动机切断电源后，依靠外加制动闸轮作用于电动机轴上，使电动机迅速停2、制动强度调整：可通过调整机械结构来改变。3、缺点：制动时间越短冲击振动越大，且在电动机的轴伸端安装这样的制动机械，对某些空间位置比较紧凑的生产机械是有困难的。4、断电抱闸⑴控制电路：如图5—12a⑵⑵工作原理：图a是在电源切断的情况下才起制动作用的，在电动机时，制动电磁铁同时被通电吸合，使抱闸松开。当电动机切断电源⑶断电抱闸优点：机械制动的制动转矩在一定范围内可以克服任何外矩，例如在提升重物时，由于抱闸的作用力可以使重物停留在需要可靠，不会因中途断电或电气故障的影响而造成事故。因此，这种制动方法普遍用⑷断电抱闸缺点：图5—12a电路的缺点是电源切断后，电动机轴就被KM2吸合使电磁铁动作，抱闸抱紧使电动机停止。松开按钮SB1，电磁铁即释放，抱闸松开，即可进行人工调整。(二)反接制动的电源相序，使定子的旋转磁场反向，转子便受到与原旋转方2、基本原理见图5—13所示。3、反接制动注意问题：当电动机利用改变电源相序来进行反接制动时，电动机转速迅速降低。如果电动机转速降到零以后，不及时切断电源，电动机就要反向起动，所动机4、速度继电器⑴作用：它能反映电动机转速的变化，在转速接近零时能发出信号，使控制线路发生作用，断开电动机的电源。⑵速度继电器的结构及原理主要部分构成。转子直接或通过传动机构与电动机的轴连接，随着电③定子：构造与笼型电动机的转子相似，定子内浇铸有短路导体，定子也能围绕着转轴转动。④当转子随电动机旋转时，它的磁场与定子的短路导体相互切割，短路导体内就感应产生电动势和电流，与异步电动机的作用原理相同，旋转磁场与定子导体相动起来。转子的转速越高，产生的转矩也越大，⑤定子转动时带动杠杆，杠杆推动动触头5，使动断触头断开，动合触头闭合。⑥反力弹簧：同时杠杆通过返回杠杆7压缩反力弹簧，反力弹簧的阻力使定子不能继续转动。如果转子的转速降低，转矩就减小，反力弹簧通过返回杠杆使杠杆返回到原来位置，动合触头断开，动断触头闭合。调节螺钉可以调节反力弹簧的弹力，使触头闭合或断开时的转子转速就随之改变。器器SR动合触头闭合(SR随电动机轴一起旋转，速度达120r／min时，即动作)，为制动作好准备。当按下SB1时KM1失电，KM2通电，电动机电源反接，电动机制动，转速迅速下降，在需要用手转动电动机轴时，速度继电器的转子也随着转动，于调整工作。而采用线路b即可克服上述缺点。⑵电路b:按钮SB1采用复合按钮，从动线路才接通，在调整时，就不会出现上述的现象。原处在正转状态，则速度继电器SR触头(11—13)闭合，为进行反接制动作好准电动机原处在反转状态时，速度继电器SR(11—7)闭合，也为进行⑦电动机的旋转方向相反时，继电器转子的旋转方向也随之改变，产生的转矩方向也改变，定子就触动另一方向的触头．使之断开或闭合。5、反接制动控制电路反接制动控制电路见图5—15a、b、c所示。6、限流电阻：因电动机反接制动电流很大，故在定子制动回路中一般应串入电阻来限制制动电流。7、反接制动的优缺点：反接制动方法比较简单可靠，适用于电动机容量为2~3kW，起动与制动次数不太10kW以上的电动机就不大采用反接制动法。(三)能耗制动1、应用场合：能耗制动可以弥补反接制动的不足，在一些功率较大、制动次数频繁的生产机械上较多地采用这种方法。2、能耗制动的原理：在电动机定子绕组与交流电源断开之后，立即在任意两相定子绕组中通人直流电，在定子绕组中产生一个静止的磁场，由于转子的惯性仍按原方向旋转，而切割磁力线，在转子电路里即产生感应电动势和感应电流。转子电流与静止磁场相互作用产生一个与旋转方向相反的制动力矩，使电动机迅速停止。这种制动方法，实质上是把转子原来“储存”的机械能转变成电能，又消耗在转子的电阻上，、线路的动作过程为：按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈得电并自保，主触头闭合，使电动机接通电源正常运转。当按下停止按钮SB1，KM1断电，与此同时，器KM2和时间继电器KT通电，给电动机两相定子绕T动的准备。5、电阻R作用：是用来调节电流大小的，从而调节制动的强度。也可以在变压器的二次侧设置抽头，以达到调节制动强度的目的。6、直流电源的估算：⑴确定参数：先用电桥测量电动机定子绕组中任意两相之间的冷态电阻R，或从手册中查得；⑵测量空载电流(或取I=30％~40％额定电流)；0⑶取制动电流I=(1．5~4)I，当传动装置转速高、惯性大时，系数可取大一些；Z0⑷取制动电压U=IR。Z⑸开始计算：变压器的二次电压U=1.11IR2Z变压器的二次电流I=1.11I2Z变压器容量SIU22的长短17、当采用桥式整流电路时：流过每只二极管的电流平均值I2Z反向电压为2U21、绕线转子异步电动机优点：与直流电动机相比结构简单，维护方便，而调速和起动性能又优于笼型异2、绕线转子异步电动机的结构特点：转子上绕有三相绕组，通过集电环与外电路连接。由于异步电动机的转子电阻影响到电动机的起动电流，也影响到电动机的起动转矩，并能用外加电阻来改变电动机的工作转速，所以绕线转子异步电动机常用转子外接电阻来控制电动机的起动和速度调节。路转矩。桥式起重机的吊钩电动机为绕线转子异步电动机，常用串电阻步电动机，常用串电阻的方法来起动。起动过程中转子回路里电流的大小来切除电阻的。即在起动过程中，每当电流小到某一值时，就切除一级电阻，电阻一切除，起动电流就又控制在一定的范围，不致使起动电流太可以相等，但释放电流不等，且使KI1的释放电流大于KI2的释放电流。接触器KM1线圈通电，主触头接通电源，辅助触头自保。与此同时，中间继电器KA通电吸合(其作用下面再分析)。由于起动过程刚开始，故起动电流很大，足以使KI1、KI2吸合，保证接触器KM2与KM3不被通电，这时，全部起动电阻均接入转子回路。电动机的转速逐渐增加，而随着转速的中电流逐渐减小，当小到KI1的释放电流值时，KI1便释放，接通接触器KM2，切除电阻R1。由于R1的切除，转子回路中的电流又增加。电动机的转速继续上升，随着转速的增高，电流又减小，当小到KI2的释放电流值时。KI2便释放，使接触器KM3通电吸合，切除电阻R2，电流又重新增大，使电动机转6、中间继电器KA的作用：是保证刚开始起动时接入全部起动电阻。由于电动机开始起动时，起动电流由零增大到最大值需一定的时间。这样就有可能出现KI1与KI2还未动作、KM2与KM3反而先通电把电阻R1与R2切除，相当于电动机直接起动。线路中采用了中间继电器KA以后，不管KI1与KI2有无动作，即可由KA的触头来切断KM2和KM3的通电回路，这就保证了起动时电阻全部接入转子回路。(二)转子回路中串频敏变阻器的起动控制电路1、转子串电阻起动缺点：绕线转子异步电动机，用转子串电阻起动时，由于分级切除起动电阻，会造成电流与转矩的突跳变化(增大)，对机械会产生冲击。2、频敏变阻器的特点：频敏变阻器的阻抗值随着电流频率的变化而显著地变化。电流频率高时，阻抗值也高，电流频率低时，阻抗值也低。频敏变阻器的这一频率特性非常适合于控制异步电动机的起动过程。3、电动机转子电势的频率与什么有关：由于电动机转子电势的频率决定于转差率s。这样将频敏变阻器串最大，随着电动机转速上升，转差率s减小，变阻器的阻抗也随之减小。这样，频敏变阻器就可以代替起动电阻，控制起动过程，使绕线转子异步电动机的整个起动过程接近于恒值起动转矩。4、采用频敏变阻器的起动控制电路如图5—18所示。钮SB2，利用时间继电器KT，控制中间继电器KA和接触器KM2的动作，在适当的时间将频敏变阻器短接。开关SB制中间继电器KA和接触器KM2的动作。起动过免因起动时间过长而使热继电器误动作。如遇到下列情况，可以调整匝数和气隙。⑴起动电流过大或过小，可设法增加或减少匝数；⑵起动转矩过大，机械有冲击，而起动完毕时的稳起动电流略微增加，起动转矩略微减小，但起动完毕时转矩增大，稳定转速可以得到提高。步电动机，改变定子绕组的接法，就可以得到不同的工作转速4、常用的多速电机：有双速电动机和三速电动机。5、控制电路1⑴如图5—19所示。子绕组接成丫丫，电动机以2n的转速运转。在有些场合需要电动机以△起动，然后自动地将转速加快投入丫丫运转，从起动到运转这段时间可以有延时继电器来调节，⑴控制电路如图5—20所示(主电路略)。线路中的时间继电器KT，就是用来调节电动机起动KM将电动机定子绕组接成△起动，并通过中间继触器KM1断电。而使KM2通电，电动机便自动地从△改变成丫丫运转，完。电动机的控制1、三相同步电动机用途及规格：主要用于拖动恒速旋转的大型机械，如大型空气压缩机、风机及水泵等设备。其额定电压多在3．3kV以上，功率多在250kW以上。2、同步电动机的定子绕组同异步电动机相似，而转子绕组则由直流电源进行励磁。3、励磁电源：可用直流发电机、交流发电机及晶闸管整流装置。4、无刷励磁系统：如果使用交流发电机及晶闸管整流装置励磁,交流发电机发出的交流电需经整流后成为直流电源。为了安装简便，常将交流发电机与同步电动机同轴联结，并将定子做成磁极，转子作为电枢，是旋转电枢式结构。整流装置也与电枢同轴，故励磁电流直接馈送到同步电动机的励磁绕组，从而取消了同步电动机的集电环，成为无刷励磁系统。5、同步电动机的转速是恒定的6、同步电动机工作中存在的问题及解决：⑴不能自起动：由于同步电动机的起动转矩为零，因而要采取技术措施来解决不能自起动的问题；⑵励磁电流的调节：为了调节励磁电流，则励磁电源装置要有快速反应的调节能力⑶起动过程中转子绕组感应过电压，在起动时需采取灭磁措施。7、同步电动机的控制包括：起动、停车制动及励磁电流的调节，其控制电路都是针对上述各项特点而设1、同步电动机启动方法：同步电动机起动时可采用⑴辅助电动机起动：同步电动机的转轴与另一台三相异步电动机的转轴用传动装置相联结。在定子绕组接通三相电源时，异步电动机顺着同步电动机旋转的方向拖动同步电动机旋转而起动。有原动机及其控制设备，占地面积大，而且不经济。重载需大容量的原动机，其缺点更为明显，故实际中较少采用。⑵异步起动：常用，异步起动的同步电动机转子表面上，装有与异步电动机完全相同的笼型绕组，在同步电动机定子绕组接通电源时，转子的笼型绕组所起的作用与异步电动机的转子绕组相同，从而同步电动机得以起动。这种起动方法操作简便，而且经济，较辅助电动机起动方法要优越得多，故目前生产的同步电动机，其转子上往往装有笼型绕组，以便异步起动。⑶调频起动：起动时利用极低频率的电源接到同步电动机的定子绕组，以克服转子的惯性，慢慢起缺点：这种起动方法需要一套大功率的变频电源设备，使设备费用增加，技术上的难度也较大，故只有在特殊情况下才予以采用。2、启动过程中转子的处理：将增加起动的困难。⑵用电阻短接励磁绕组：为避免转子绕组中感应的高压开路电动势击穿绝缘、损坏元件，通常在起动过程中，用电阻将励磁绕组加以短接。此放电电阻的阻值一般为励磁绕组电阻的5~10倍。起动过程结束前再切除。⑶切除放电电阻，投入励磁：待转子的转速接近同步转速时(通常为同步转速的95％左右)，切除放电制电路包括：电动机定子电源的控制及转子绕组投入励磁的控制。除放(一)定子绕组电源的控制电路⑴全压起动：对于重载起动的电动机常采用全压起动。这是因为全压起动时具有较大的起动转矩，而且在转子绕组投入励磁后，能产生较大的牵入同步转矩，便于电动机迅速起动和进入正常同步运行。但全压起动时对电源及机械设备的冲击大。⑵减压起动：减压起动适用于轻载起动，通常用电抗器串接在定子回路中，起动时可按电流原则或时间原则在起动过程中再切除。这样起动时对电源及机械设备的冲击均较小。2、高压同步电动机所用的电气元件：均为高压电器，如高压隔离开关及油断路器等。而且其联锁保护等5—21所示为同步电动机全压起动的控制电路。offon⑦SA1虚线框中的SA1为励磁装置(图中略去未画，下同)准备完成等待运行的开关，励磁准备完成后SA1闭合KA时KA5线圈得电；⑨KA6为总停及失压等保护继电器触头，当低压控制柜中的水温、水压不正常时，或因故障需要紧急停车QS时KAKAKA2通电吸合。这样，指示灯HL—GN亮，表示电路等待起动。(2)起动：按压起动按钮SB1，接触器KM1吸合，于是断路器的合闸线圈YA通电，断路器QF合闸，同步电动机全压起动。在QF合闸的同时，其辅助触头(5—7)闭合，KA1吸合并自保，其动断触头断开KM1线圈灯HL—GN灭，而“运行”的红色信号灯HL—RD亮，表示同步电动机已处于运行状态。同步电动机开始起动，并在具备了一定条件后对其转子绕组施加励磁，起动完毕，投入运行。(3)正常停车按压SB2，分闸线圈YAoff通电，于是断路器掉闸，电动机停止运转。AYA上述过程一样，电动机将立即断电停车。电路所设的电气仪表供监测同步电动机的工作状态之用。电流互感器及电压互感器的二次侧必须接地，以保证安全。(二)转子绕组加入励磁的控制电路(用直流发电机)1、加入励磁需要解决的问题：同步电动机起动时，需待转子转速达同步转速的95％(即准同步转速)及以上时再投入励磁。因而其控制电路必须对转速进行监测。转速可由定子回路的电流或转子回路的频率等参数来反映。2、按转子回路频率原则加入励磁的控制电路⑴原理：转子回路频率随转子转速升高而降低①KM：为转子励磁电源接触器②KA：为极性继电器③R：为转子绕组的放电电阻④继电器KA：是一个在铁心上装有阻尼铜套的电磁继电器，其线圈通过二极管V并联在电阻R的抽头上。KA的作用，铁电流值及频率也下降。当转速达到准同步转速切除转子绕组的放电电阻和加入励磁电流，同步电动机就牵入同步运行。⑶⑶实际的加入励磁电流的控制电23所示。入励磁，由直流发电机提供励磁电压。按钮SB2，时间继电器KT1及接触器KM1同电器KA吸合，触头(5—17)闭合，给定子器KT1所整定的时间以后，其延时断开的动断触头KT1(9—15)断开，使接触器KM1断电释放，则接触器KM2通电吸合，定子绕组加入全电压，转速就进一步上升。当转速上升到准同步速时，极性继电器KA释放，使接触器KM3通电吸合，短接放电电阻R，在转子绕组中加入直流励磁，将同步电动机牵入同步运行，起动过程结束。MKA吸合，在KM2吸合后KM3立即吸合，过早加入励磁：2)KT2的延时断开的动断触头(3—5)．在KM3接触器长时不吸合时，切断控制电源，防止电动机长期在3、按定子回路电流原则加入励磁的控制电路⑴原理：同步电动机作异步起动时，定子的电流很大，当转速达到准同步速时，电流下降。所以可用定子电流值来反映电动机的转速状况。⑵按定子电源原则投入励磁的简化原理图如图5—24所①TA为电流互感器②KI为电流继电器③KM为直流励磁接触器④KT为时间继电器。使电流互感器TA二次侧回路中的电流继电器KI吸合，时间继电器KT线圈通电吸合，其延时闭合的动断触头瞬时断开，切过放电电阻R1短接。当同步电动机的转速达到准同步速时，定子电流下降到使电流继电器KI释放，使时间继电器KT断电释放，经一定延时后，延时闭合的动断触头闭⑶实际的按电流原则自动投入励磁电流的同步电动机的控制电路如图5—25所示。电路中设有一级强励环节，即短接直流发电机分励绕组所串接的电阻R2。QF1，欠压继电器KA吸合，其作用是保证接触器KM2不能吸合，以便在起动时，保证直流发电机产生正常的电压值。然后合上开关QF2，按起动按钮SB2，接触器KM1通电吸合并自保，电它的动合触头使时间继电器KT1通电吸合，其延时断开的动合触头(23—27)闭合使KT2通电吸合，而延时闭合的动断触头(3一17)断开，避免KM3、KM4通电吸合造成误动作。当电动机转速接近准同步速时，定子电KIKT3—17)闭合，接通接触器KM3并自保，同步电动机在全压下继续起动。而KT1的延时断开的动合触头(23—27)经同样的延时后断开KT2。KT2的延时闭合的动断触头(11—19)经KT2所整定的延时后，使接触器KM4通电吸合，短接放电电阻R3，给同步电动机加入励磁。另一对动合触头短接电流继电器的线圈，而其动断触头(5—7)使接触器KM1释放，切断定子起动电阻回路以及KT1、KT2线圈的电源。电动机起动过程结束。强励环节：当电网电压过低时，同步电动机的输出转矩将下降，电动机工作就趋于不稳定。为此电路中设置了强励环节。当电网电压低到一定数值时，继电器KA释放，其触头(1l—13)闭合，使接触器KM2吸合，将直流发电机的磁场电阻R2短接，直流发电机输出增加，同步电动机的励磁电流增加，以加大同步电动机的电磁转矩，保证其正常运转。停车时：按压停止按钮SB1。电路中未设电力制动控制。电路中使KM4吸合后短接电流继电器KI的线圈目的：是用来防止电动机运转时因某种原因引起冲击电(三)同步电动机转子加入励磁(用晶闸管)1、晶闸管励磁系统优点：是无触头连续系统，反应快，调节灵敏、方便，而且体积小，无噪声。性能远远优于直流发电机励磁系统。目前大型同步电动机采用晶闸管励磁系统的较多。路1、同步电机制动方法：同步电动机停车时，如需要进行电力制动，则无例外地采用能耗制动。2、同步电机能耗制动的方法：将运转中的同步电动机定子电源断开，再将定子绕组接于一个外电阻R(或频敏变阻器)上，并保持转子励磁绕组的直流励磁，同步电动机就成为电枢被R短接的同步发电机，这就能械能变换为电能，最终成为热能而消耗在电阻R上，电动机即被制动。3、简化的能耗制动主电路如图526所示。其控制电路与一般的异步电动机能耗制动电路相同。机的控制1、直流电动机分类：⑴他励直流电动机：电枢电源与励磁电源分别由两个独立的直流电源供电，则称为他励直流电动机②串励在牵引设备中，则以串励直流电动机应用较多③复励2、直流电动机的电源分类⑴可控直流电源：目前工厂常用的可控电源为直流发电机与晶闸管可控整流装置。而磁放大器及可控器提供。(一)直流电动机起动止状态逐渐加速到稳定运行状态，这个过程称为起动。短，起动设备要经济，操作要方便等。实践中，这些要求是互相矛盾的，因而只能以满足主要的要求为主，兼顾其他要求。通常是在保证足够大的起动转矩下，尽可能地减少起动电流，再考虑其他要求。3、起动电流大的原因：在起动最初的一瞬间，电动机尚处于静止状态，因而反电势E=0，所以电源电压全达额定电流的10~20倍。4、起动电流大的后果：这样大的电流将可能导致电动机换向器和电枢绕组的损坏，同时对电源也是沉重的负担，大电流产生的转矩和加速度对机械传动部件也将产生强烈的冲击，这也是不适合的，在选择起动考虑。5、他励、并励直流电动机在起动时需在施加电枢电源之前：先接上额定励磁电压(至少是同时)6、先接上额定励磁电压的原因：以保证起动过程中产生足够大的反电动势，迅速减少起动电流和保证足够大的起动转矩，加速起动过程。这样还可以避免：电动机在没有励磁的状态下起动时，由于没有足够的起动转矩，电动机持续处在过大的电流状态下；或者虽能起动(空载)但产生转速过高，即“飞车”(磁场7、串励电动机的励磁和电枢电源是同时接通的。(二)直流电动机的正反转⑴保持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⑵保持电枢绕组端电压极性不变，改变励磁绕组端电压的极性2、采用改变电枢绕组端电压极性的方法存在的问题：因主回路电流较大，故接触器的容量较大。同时因直流电流在触头断开时，会产生强烈的电弧，为此要用灭弧能力强的直流接触器，这给使用带来不便。3、采用改变励磁绕组端电压极性的方法存在的问题：由于电动机的励磁电流仅为额定电枢电流的2％~5％，故使用的接触器容量小得多，这一优点对功率较大的电动机尤为突出。但为避免励磁电流为零而“飞车”，通常尚需用接触器在改变励磁的同时切断电枢回路电源。同时，因励磁回路的电感量很大，所以触收装置。4、制动和联锁电路的作用：在直流电动机正反转控制的电路中，通常都设有制动和联锁电路，以确保在电动机停转后，再行反向起动，以免直接反向产生过大的电流。(三)调速1、直流电动机的突出优点：是能在很大的范围内具有平滑、平稳的调速性能。2、转速调节的主要技术指标是：①定义及公式：某种调速方法所能得到的最高转速n与最低转速n之比称为调速范围D。nD=maxn——额定负载时的最高转速；nnminn——额定负载时的最低转速。②常用设备的调速范围：调速范围是根据生产机械工艺要求提出的，例如龙门刨床主拖动要求D=10~30；螺纹磨床要求D=20~60，而龙门铣床的进给系统则要求D=100或更高；坐标镗床的主轴及导轨磨的万能磨头主传动则要求D=3~10等。①静差率的引入：不能单从所可能获得的最高转速和最低转速来决定调速范围。可很大，但我们还必须考虑所达到的调速范围有无实用价值。因为负载对转速是有影响的，即存在转速的稳定性问题。如机床在某一转速进行加工时，当负载发生变化后，电动机转速是会有很大变化的，甚低速时，甚至可能堵转，这是不合要求的。因而要引入静差率来表示负载变化时，对转速的影响②静差率的热物理意义：静差率表达负载变化时，对转速的影响；表示在负载变化时，拖动装置转速降落的程度nnns=01=nn00④静差率大小的影响：s值越小，表示转速稳定性越好，对生产机械，如机床加工的零件，其加工的精度及表面粗糙度就越高。⑤常用设备的调速范围：各种生产机械对静差率都有一定的要求，如一般车床的主传动要求s<0．2~0．3；龙门刨床的工作台传动要求s<0．1，精密卧式镗床的主传动要求s<0．04~O．05等。⑥静差率与调速范围的制约关系：调速指标中，静差率的值是要求在规定的调速范围内，即在最转速与最低转速之间的任何转速时都要满足。显然这就限制了某一调速方法的调速范围。反过来说，即只有满足静差率s的调速范围才是有效的。允许的负载性质：①恒转矩负载：机构在不同的速度下运行时，其负载转矩基本上保持不变。起重机械、某些轧钢机、机床的进给机构及某些精加工机床的主传动等，都可看作是恒转矩负载，机构在不同的速度下运行时，其负载功率基本上保持不变。车床主轴传动就是恒功率负载，即在低速下切削量往往较大，负载力矩较大，因而要保持负载功率③调速方法的性质：与负载性质相同，同样有恒转矩负载和恒功率负载。④调速方法与负载的配合：在电动机调速时，调速方法的性质最好能符合负载特性。即恒转矩的调用于恒功率负载⑤直流电动机却正好具有恒功率及恒转矩的调速方式，故可根据生产机械的要求而选择不同的调速。3、直流电动机转速调节的方法变电枢回路电阻调速①方法：在他励直流电动机的电枢回路中，串接一个可变调速电阻器R，改变R的数值即可进行转速②人为机械特性③特点：A当改变调速电阻时，电动机的理想空载转速n不变；0B调速电阻越大时，电动机的转速降落越大，工作转速就越低，特性变得很软，这就限制C这种调速方法只能以额定转速往下调节。因为当调速电阻等于零时，即为额定状态，而R。是电枢绕组的固有电阻，是无法调节的。显然不能从额定转速向上调节。同时，在调速电阻上还要消耗能量，转速越低，能量损耗越大。⑤优缺点：电枢回路串入电阻的调速方法，它存在着调速范围小、特性软、效率低的缺点。但线路较为简单，这在小功率，主要是直流驱动微电机的拖动装置中有所应用。对于串励直流电动机，其调速方式也可用在电枢回路中串入电阻器。①励磁电流与转速的关系：磁通的变化可借励磁电流的变化来实现。在磁路不饱和的情况下，可假定磁化曲线是直线，则电动机的转速与励磁电流成反比。②弱磁升速：通常直流电动机的额定励磁接近磁化曲线的饱和点，故磁通难以再增加，因而一般只能用减弱励磁来提高电动机的转速。显然这种调速方法是以额定转速为下限，以电动机所能允许的最高转速为上限。③最高转速受限的因素：电动机的最高允许转速受换向条件及机械强度的限制，同时，磁场过弱所形成的高速使电动机的运行不易稳定，所以其最高转速是有一定限度的。④弱磁调速的最高转速：不得高于电机技术标准中规定的最高转速。对没有规定最高转速的电机，以不超过额定转速的1．2倍为宜。⑤弱磁调速方法的调速范围：在1．5~3左右，特殊设计的电动机，调速范围可以大于3。⑥串励直流电动机弱磁调速的实现方法：是在额定的电源电压下，在励磁绕组上并联一个附加调速电阻R。由于R的分流作用，调节尺的阻值可以改变励磁电流。其调速范围也是以额定转速为下限，电动机所允许的最高转速为上限。⑦人为机械特性⑧弱磁调速的性质是恒功率调速：随着转速的升高，电动机的输出转矩将随着转速的上升而相应地却近似恒定不变，因而通常称弱磁调速方式为恒功率调速。⑨弱磁调速的应用：而一般的生产机械，如大多数机床的主轴，其切削负载都是随主轴转速的增高而减小，故弱磁调速方式能够很好地适应这些机床主轴传动的要求。这在调速范围不太大，静差率要求不太高，且负载基本上是恒功率负载的机床(这有助于转速的稳定性)，应用得较多。①人为机械特性：从“电机原理”中可知，改变他励直流电动机电枢电压得到的机械特性是一组平行线，理想空载转速和工作转速都随着电枢电压的改变而改变，。电动机的转速只能向低于额定转速的方向调节，但最低转速常受静差率的限制而不能太低。④改变电枢电压调速的性质：属恒转矩调速。这种调速方式，电动机的励磁保持为额定值。当工作电流为额定电流时，则允许的负载转矩不变，所以属恒转矩调速。⑤调压调速的直流电源：早期应用的是可控离子管、磁放大器调速装置。目前实用的多为直流发电机一电动机系统及晶闸管一电动机系统。压调磁)①定义：当对直流电动机的电枢电压及励磁电流都进行调节而调速时，通常称为调压调磁的调速方②方法：这时从额定转速向下调速时，采用调压调速，而从额定转速向上调速时，采用调磁调速。③优点：这种调速方法得到的调速范围更大，电动机的容量能得到充分的利用，这对调速范围要求制动：可采用机械制动和电力制动的方法。向相反的电磁转矩，使电动机迅速停止。制动转矩。制动种类：有能耗制动、反接制动和再生发电制动。惯性而继续旋转，成为直流发电机。如果用一个电阻R使电枢回路成为闭路，则在此回路电磁转矩的方向也随电流的反向而改变方向，即与转子旋转方向相反成为制动力矩，这就促使电动机迅速降速以致停止。②叫能耗制动的原因：这种制动方式是将转动部分的机械能转换成电能，再在电阻R上转化热能而消耗掉，故称此种制动方式为能耗制动。优点：由于能耗制动较为平稳，在机床的直流拖动中应用较为普遍。①方法：反接制动是在保持励磁为额定状态不变，而将反极性的电源接到电枢绕组上。这时电枢电即制动力矩，迫使电动机迅速停止。③注意两个问题其一是反接制动的电流极大。这是因为反接制动时，电枢的反电动势成为与制动电源电压相叠加的缘故。为限制反接制动电流，必须在制动回路中串入附加的限流电阻。其二反接制动时，要防止电机反向起动。在手动操作按钮时，要及时松开制动按钮；在自动操作制动：在理论上，反接制动也可采用改变励磁电压的极性来进行。不便而不宜采用。①该制动方法仅存在于：重物下降的过程中，如吊车下放重物或电力机车下坡时②原理：再生发电制动是在电动机的电枢及励磁电源处于某一定值时，如果电动机这时的转速超过了理想空载转速，此时电枢的反电动势也将大于电枢的供电电压。电枢电流反向，产生制动电磁力矩，使重物下降的速度不致无限地增加，而被限制在一个高于理想空载转速的稳定转速上。路1、串励直流电动机常应用于：电力牵引设如蓄电池搬运车。串入主回路的电阻器。⑶SQ为限位开关，搬运车的机械制动器与限位开关联锁。当踏下脚踏板时，制动器KM吸合并自保，主触头闭合，电动机得电，保证电动机串入全部电阻起动，搬运车从最低速开始起步。这就是零位保护作用。3、工作过程：搬运车工作时，踏下脚踏板后，接触器KM动作，然后可将控制器从0一I一Ⅱ一Ⅲ挡，使车速逐步上升。当在前进I挡时，控制器触头(2~3)闭合，电动机作正转接法同时控制器触头(1—5)闭合，电动机为正转接法。触头(1—4—5)闭合，串联电阻被短接一部分后串入电枢，这时搬运车在中速向前运行。其余各种工作状态，读者自行分析。，所不同的是电枢回路中还串有一个串励绕组。间(1)起动前的准备工作状态：将主令开关SA的手柄放在零位，分别合上主电路及控制电路的空气断路器，在电动机的并励绕组中，就流电器KI1不动作，通过SA(1—2)使KA线圈通电，并由两个串联的触头自保。与此同时，时间继电器KT1的线圈也通电，其延时闭合的动断触头立即分开，以保证起动时R1与R2都串入。(2)起动：起动时可将SA的手柄由零位扳到3位，这时KM1通电，主触头闭合，接通电动机电枢电路，电动机在电枢串有两段起动电阻R1与R2的情况下开始起动。在电动机开始起动的同时，由于起动电阻R1上有压降，而使跨接在它两端的时间继电器KT2通电，串联在KM3线圈电路中的延时闭合的动断触头断开。另外KM1的动断触头使KT1断电，经过一段延时后，其延时闭合的动断触头闭合，接通KM2的线圈回路。KM2的动合触头闭合，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，其延时闭合的动断触头闭合，接通加速接触器KM3的线圈回路，KM3的动合主触头闭合，切除最后一段电阻R2，电动机进入全电压运转，起动过程结束。(3)调速欲使电动机运行在低速时，只要将主令开关的手柄扳到“1”或“2”位，则电动机就在电枢串有两段或一段电阻下运行，其转速低于主令开关处在3位时的转速。继电器KI1即动作，它切断KA的通电回路，于是KM1、KM2、KM3均断电，使电动机脱离电源。②励磁保护：欠电流继电器KI2是当励磁线圈断路时，它的已闭合的动合触头分开，切断KA线圈电路，起同样的作用。于停电以后突然来电而产生的“自起动”，起零压保护作用。④磁绕组的保护：R是励磁绕组的放电电阻，以防止励磁绕组电源断开瞬间在励磁绕组中产生很大。在正常情况下，利用二极管V的单向导电性，不会产生影响。(二)改变励磁电流进行调速的控制电路1、为了限制起动电流，起动时仍采用电枢回路中串入电阻的起动方法，转速调节则应用改变励磁电流的。2、控制电路如图5—29所示。它是T4163坐标镗床主传动电采用两相零式整流电路⑵起动电阻R：电枢回路中串入起动电阻R，以限制起动电流，起动过程结束后，由接触器KM3切除。同时该电阻还作制动时的限流电阻之用。⑶调速电阻器R3：电动机的并励绕组串入调速电阻器R3，调节R3即可对电动机实现调速。⑷电阻R2：与励磁绕组并联的电阻R2是为吸收励磁绕组的磁能而设，以免接触器断开瞬间因过高的器拉弧。⑸接触器KM1：为能耗制动接触器，⑹KM2：为工作接触器⑺接触器KM3：为切除起动电阻用接触器，3、它们的工作过程(1)起动按压起动按钮SB2，接触器KM2吸合，其主触头闭合接通主回路，电动机电枢串入电阻R之后起动，辅助触头KM2(2l一25)自保。时间继电器KT吸合，经过一定时间的延时后，其延时闭合的动合触头(21—29)闭合，使接触器KM3吸合，KM3主触头(24—26)切除起动电阻R，KM3触头(21—29)闭合而自保，电动机起动过程结束，进入正常运行状态。(2)转速调节在正常运行状态下，调节电阻器R3，即可改变电动机的转速。(3)停车及制动在正常运行状态下，只要按下SB1，则接触器KM2及KM3断电释放，电动机断电，在按压SB1的同时，接触器KM1通电吸合，其主触头(24—30)闭合，使电动机电枢两端经电阻R而短接，而触头(22励条件下进行能耗制动，不受调速电阻器在停车时处于何种阻值的限制，而有最大的制动转矩。松开按钮SB1，制动结束，电路又处于准备工作状态。(三)改变励磁电压极性的反转控制电路1、控制电路图5—30所示，是MM52125A型型导轨磨床的部分电路。动机停止以后才能反向起动。(1)设电动机已处于正转状态：此时接给电动机电枢供电，其动断辅助触头切断延时断开的动断触头(1—9)闭合，与KMl8KMl保电路，这时电动机的励磁电流由J流向K。(2)停车：此控制电路必须先停车，然后才能起动反转电路。按压SB1，KMl7释放，它一方面切断电动预先整定的时间后才能闭合，故在这延时时间内，主回路是不可能供电的，而另一触头KT(1—9)也需延时同样的时间后，才能切断KMl8的自保回路，在这段时间内，KMl8继续维持吸合状态，使励磁回路保持正常(3)反转：如果在整定的延时时间内，按压SB3时，既不可能对电动机电枢回路供电，也不可能使反向接触器KMl9吸合。只有在经过预先整定的时间以后，KT触头(1—5)闭合、主回路接触器KMl7处于再次起动则KMl9吸合。它一方面使电动机励磁绕组反向励磁即从K→J；另一方面接通KMl7线圈回路，KMl7主触头闭(四)带有能耗制动的反转控制电路1、控制电路如图5—31所示法：该电路的直流电动机利用改变电枢电压极性来反向的⑵电路中包括了两级电阻起动起动电阻R1、R2同时作为调速用，起动与调速过程同前。⑶主令开关SA：正、反转控制由主令开关控制，当主令开关SA的手柄向左(正转位置)，接通接触器KM，电枢电压为左正右负。当手柄向右(反转位置)接通接触器KM，电枢电压为左负右正，这样就LRKAKA动，且利用电压继电器KA,KA控制。它们的线圈在工LRLR作时与电动机电枢并联，它反映电动机电枢电压，即转速的变化，所以说它是用转速原则来控制的。2、电路的动作过程：设主令开关手柄扳在向左第3挡，这时，主接触器KM1、KM2、KM3吸合，正转接触器KML吸合，正向制动继电器KA线圈通电吸合并自保，为制动接触器KA通电作好准备，同时动断触头断开；与反转接触LB器KA联锁。BL同时由于KM的断电又接通了KM，它的主触头闭合，使电阻R3与电枢形成闭合回路，电枢中产生了LB制动电流，将电动机惯性的动能转变为电能并消耗在制动电阻R3上，故转速急剧下降。随着制动过程的进行，其电枢电动势也随着转速的下降而降低。当转速降到一定程度时，就使KA释放，制动结束。电路恢L复到原始状态，以准备重新起动。如电动机原处于反转状态，共停车的制动过程与上述过程相似，不同的只是利用电压继电器KAR来控当用主令开关手柄从正转扳到反转时，电路本身能保证先进行能耗制动，后改变转向。这是利用继电器KA在制动结束以前一直是吸合的，断开了反转接触器KM线圈的回路，故即使主令开关处于反转第LR3挡，也不能接通反转接触器。当主令开关从反转瞬时扳到正转时，情况类似。(五)反接制动的控制电路制电路如图5—32所示。KT的延时闭合的动断触头瞬时断开，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。⑵正向启动：按下正向按钮SB2，接触器KML线圈得电吸合，其主触头闭合，直流电动机电枢回路串入KT1延时闭合的动断触头先闭合、然后KT2延时闭合的动断触头闭合，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。由于起动时电动机的反电动势等于零，电压继电器KA不会动作，所以接触器KM1、KM2(或KM3)都不会动作；当电动机建立反电动势后，电压继电器KA吸合，其动合触头闭合，接触器KM2得电吸合并自保，其动合触头(7—9)的闭合为反接制动作好准备。图中,RB为反接制动电阻，R为电动机停车时励磁绕组的放电电阻。M触头(25—7)闭合，使接触器KM瞬时得电吸合，电枢通以反向电流，产生制动转矩。同时接在R上的RB动断触头断开，将反接电阻R串入电枢回路，使电动机在串入反接电阻R的情况下进行反接制动而迅速BB停转。待转速接近于零时，电枢的反电动势也接近于零，电压继电器KA断电释放，断开接触器KM1的线圈通电回路，使KM1的动断触头又恢复闭合短接R，同时，反接制动接触器KM2和反向接触器KMR线圈也断电B下次起动。关于反向运行及制动的动作过程，读者可参照上述方法自行分析。1、G—M系统可以充分发范围内具有平滑、稳定的调速性能，以及良好的起他励直流发电机作为他励示⑴异步电动机M1⑵直流发电机G⑶直流电动M机G1组成。4、各部分的关系：由他励发电机发出的电动势供给直流电动机M作为电枢电源电压，并励发电机G1发出的恒定直流电压U1供给直流发电机G作为励磁电压，同时供给接触器KM1和KM2作为控制电路电压，M1拖动同轴连接的直流发电机G和励磁发电机G1转动。5、动作原理⑴励磁：先起动三相笼型异步电动机M1，使励磁发电机G1和直流发电机G旋转，励磁机开始发出直流电压U，分别供G—M机组励磁电压和控制电路电压。⑵起动：按下起动按钮SB1(或SB2)，接触器KM1(或KM2)线圈通电吸合，其动合触头闭合，发电机G的励磁绕组JK便流过一定方向的电流，发电机开始励磁。因发电机G的励磁绕组有较大的电感，故励磁GG电流上升较慢，电动势E逐渐增大，直流电动机M的电枢电压U也是从零逐渐升高的。起动时就可避免较G大的起动电流的冲击，所以起动时在电枢回路不需串入起动电阻，电动机M就可很平滑地正向(或反向)起⑶调速：R和R分别是发电机G和电动机M的励磁绕组的调节电阻器MGRR使直流电压U逐步上升，电动机M则从最低速逐步上升到MG当直流电动机在运行中需调速时：可调节R(阻值减小)使直流发电机的励磁电流增加，于是发电机G发出的电压即电动机电枢绕组上的电源电压U增加，电动机转速n增加。可见，调节R的阻值能改变发电G定值，因此，在一般情况下，调节电阻器R只能使电动机在低于额定转速情况下进行平滑调节。G若要电动机在额定转速以上进行调速，则应先调节R，使电动机电枢端电压U保持为额定值不变(即GR不变)，然后调节电阻器R，若使阻值增大，则励磁电流减小，磁通0也减小，所以转速升高。GM⑷停车制动若要电动机停车，可按停止按钮SB3，接触器KM1(或KM2)线圈断电释放，直流发电机G的励磁绕组JK断电，发电机电动势消失，直流电动机M的电枢回路电压U消失，这时电动机M仍作惯性GG运转，而励磁绕组JK也仍有励磁电流，故这时电动机就成为发电机，电流开始反送(即反馈)，产MM生制动力矩，从而实现能耗制动，使电动机M迅速停车。⑸反转：直流电动机的反向旋转可借改变直流发电机G的励磁绕组方向来实现。6、G—M系统的优点是：调速范围大；增加发电机和电动机的励磁调节电阻的抽头数目，可减小各级转速差，便得到近似的无级调速；且所需的控制能量小(都是较小功率的励磁回路)，控制方便，起动和制动时都不需串接电阻，故能量损耗小。7、应用：正是由于G—M系统具有较好的起动、调速、反转、制动的性能，因此在龙门刨床、重型镗床、高炉卷扬装置以及其他生产机械上得到广泛的应用。8、G—M系统的缺点是：设备费用大、机组多，占厂房面积大，由于能量依次传递，故效率低(仅为0．6~0．65)。过渡过程的时间较长。的自动调速系统1、电机扩大机实质：是两台直流发电机串接组合在一起而成。2、优点：⑴电压放大倍数及功率放大倍数很大，电压放大倍数在10~100之间，功率放大倍数在500~10000之间，故输入较小的控制信号，即可得到高电压、大功率的输出，是一个很好的放大器件。⑵易于综合多路信号的优点。因为其控制绕组可做成几组，而且是互相独立的绕组，以便根据需要来加入各种不同的控制信号，这在实际应用上具有很大的灵活性。⑶具有较好的快速性：虽然它受到两级励磁惯性的影响，但两级电路的时间常数都不大，故能满足一般工业生产设备快速性的要求。3、应用：用电机扩大机作为放大器件的直流调速自动控制系统，在机械、冶金等工业部门均得到十分广泛的应用。虽然晶闸管一直流电动机自动调速系统的应用日益普遍，但在工矿企业中仍有相当数量的电机扩大机控制系统运用于如龙门刨床、轧钢机等设备上，并起着相当重要的作用。而且，这类控制系统目前仍在继续生产。4、缺点：⑴换向器的调整、维修保养工作量较大；⑵工作点不稳定；⑶剩磁电压较高等(磁滞回线的影响)⑷噪声及占地面积大也是其缺点。5、国产电机扩大机的型号⑴系列：国产电机扩大机为ZKK系列，功率等级目前为3~50kW。如目前普遍用于龙门刨床(B2012A、B2016A等)的扩大机ZKK扩大机；12——在额定转速(2900r／min)时，电机扩大机10倍的额定输出功率(kW)的近似值，即额定输出功率为1．2kW；12——表示属于ZKK~12J的电机扩大机；制绕组；12——表示其控制绕组的参数属于该型机的第12组。统概述1、开环控制系统(断续控制系统)的应用：在讨论直流电机的控制时，其控制电路均属于继电器一接触器控制的断续控制系统，即开环控制系统。2、闭环控制系统(连续控制系统)的应用：采用电机扩大机(以及磁放大器、晶闸管等)为放大器件的调速系统，通常是带有反馈的连续控制系统，即闭环控制系统。3、连续控制系统的特点：随时可将输出量反馈到输入端，将系统的输出误差减小到最低限度。这样就具有断续控制(开环控制)系统所达不到的一些优点，如调速范围大而且稳定，静差率小，动态特性好(即起动、制动、反向的过渡过程短暂)，工作可靠，电机的容量能得到充分的利用等。如在第四节中的直流发动机一电动机调速系统中，励磁机给发电机励磁绕组供电，而发电机发出的电给电动机提供电源，再由电动机带动生产机械运转。这时，发电机励磁绕组的输入电流为输入量，直流电动机的转速(转矩)就是输出量。控制输入量的大小，即可达到控制输出量的目的，而输出量与输入量之间没有任何联系。这样的系统称为开环系统。开环系统的框图如图5—34所示。(二)闭环控制系统：1、开环控制系统的缺点：在实际工作中往往是不能满足生产机械的工艺要求的。这是因为在加工过程中，负载转矩在不断地变化，从而引起电动机转速的变化。如要减小这种变化，只有根据负载变化的情况随时改变发电机励磁。而上述开环控制系统中，发电机的励磁(即输入量)是不随负载(即输出量)而变的。调整，能达到这种目的的系统就称为闭环系统。(1)人工：但人工的调整在实际过程中往往是行不通的。因为在加工过程中，负载的变化很快的，产生的时间是随机的，所以人工的反应是无法适应的。(2)自动控制：因而实际上都是采用自动控制的手段组成闭环控制系统来达到电动机转速自动调节((1)这里仍假定被调对象为直流电动机，执行机构为发电机，放大机构为电机扩大机。系统的给定装置即为主令机构。测量机构可以是测速发电机。当系统中各元件(机构)按照一定的顺序，一个作用于下一个，周而复始，循环不已，这样就形成一个按偏差(2)它的作用过程简述如下:扰动:在自动控制系统中，使被调量偏离给定值的因素，称为扰动。一个调速系统所受的扰动往往是多种的，如电动机励磁电压的变化、发电机原动机转速的变化、电动机负载的变化等，都会影响到电动机转速的变化，所以都是扰动。但是，对于任何扰动，自动控制系统都能使扰动的影响减小，也就是闭环的自动控制系统具有抑制各种扰动的能力。抑制扰动的自动调节过程可用下列顺序来表达。其中符号“↑”TGG使n的增加量减少。TGG6、反馈装置系统中，测量装置将输出量的变化送回到输入端，这种装置称为反馈装置。闭环控制系统总7、反馈分类⑴按输入与输出量的极性分入端时，其极性和给定信号的极性相反，则称为负反馈；的一部分在反馈回输入端时，其极性和给定信号的极性相同，则称为正反馈。⑵按输入与输出量的关系分；②微分或积分反馈：如反馈和输出量的某种变化量成一定关系的，则称为微分或积分反馈。⑶按反馈量反映不同性质的物理量分①转速反馈、②电流反馈、③电压反馈8、这些不同性质的反馈，还可互相组合而成各种形式的反馈，9、各种反馈的性质不同，但都是起改善调速系统性能的作用。10、由电机扩大机为调节放大元件的闭环自动调速系统的应用：目前仍大量应用于功率较大、性能要求较高的电力拖动中。11、由电机扩大机为调节放大元件的闭环自动调速系统的优点：这种自动调速系统具有较硬的机械特性；可缩短起动、反向、调速和制动的过渡过程时间；可扩大调速范围；有较小的静差率和很好的稳定性，因而应用较广泛。(三)电机扩大机在自动调速系统中如何使用1、用来作发电机工作(直流电源)⑴直接给电动机的电枢供电：当电动机的容量较小时，电机扩大机可直接给电动机电枢供电；实际应用如Y7520K螺纹磨床等的电气控制中⑵作为直流发电机的励磁机：当电动机容量较大时，电机扩大机可作为直流发电机的励磁机，再由发电机给直流电动机供电。多用于B2012A等龙门刨床的电气控制中。⑶直接给电动机的励磁绕组供电：实现调磁调速。这在大型龙门刨床的电气控制中，应用两台电机扩大机，一台对电动机作调压调速(通过直流发电机中间环节)；另一台对电来作电动机用转速负反馈的电机扩大机一发电机一电动机自动调速系统1、具有转速负反馈的自动调速电路的原理图如图5—36所示在在机械连接上，测速发电机TG与电动机M同轴。测速发电机的输出电压U与电动机的转速n成正比。U为输入控制电压(给定电压)。U反极性同U在cTGc电位器RP上综合成为负反馈连接形式。两者的差值U=U-U即为电机扩大机控制绕组的输入信号cTG值电压△U有关。2、工作过程：系统在运行中，对应于某一给定的控制电压U，则此时电动机M的转速为n。反馈电压c11相应为U。电机扩大机控制绕组上的输入电压U=U-U。系统稳定运行在转速n上。当外界存在扰动时，电动机的转速就会受到影响而发生变1c1TG11回路电流随即增加，电流的增加将使发电机端压因其内部压降的增加而降低，电动机也就因电枢电压降低而引起转速由n下降。同时，测速发电机的输出电压U下降为U。但给定控制电压U未变，则扩TG1TG2c1大机控制绕组的输入电压U=U-U就增加。控制绕组中就流过较原来为大的电流。其所增大的电2c1TG2流将导致电机扩大机、发电机的输出电压增加。所增加的电压就部分补偿了由于电枢电流增加而产生的电压降。发电机端电压由此而基本恢复原值，则电动机将仍然恢复到原先转速n。因而可知，在具有转速负1c3、在调速系统中加入转速负反馈以后性能的改善：3⑴静特性得到了改善：提高了机械特性硬度，扩大了允许的调速范围，减小了静差率，⑵动特性得到了改善：还可缩短起动、制动和反向的过渡过程时间4、如何改善系统的动特性的：现以起动为例来加以说明。在起动开始瞬间，加入给定电压U后，电动机c的转速不能突然上升，因为惯性的关系，转速在此瞬间仍零，显然反馈电压U=0。所以，这一瞬间电机扩机输入电压即为U，要比正常运转时的信号电压高得多。这样，电机扩大机就处于强励磁状态，直流c发电机也将产生很高的电压加在电动机电枢绕组上。电动机在此高电压下迅速启动，则启动过程将十分迅速，时间出很短暂。在启动过程中，随着电动机转速的升高，U随着增大，电机扩大机的输入电压逐渐5、系统的放大元件的放大倍数对系统的影响：对通过上述的例子可以看到，将反映电动机转速值的某一物理量(在上例中是将电动机的转速转换为与之成正比的电压值)送回到输入端，成为负反馈的方式，则可度，必需要有放大倍数足够大的放大环节。因为放大环节的输入量是反映了电动机的实际转速与给定值的差节的放大倍数对于调速系统的静特性和动特性有重要的作用，通常希望其放大倍数要足够大。但放大倍数过大将导致系统的不稳定(这在下面讨论稳定性时再介绍)，故要求其放大倍数要适中。1、转速负反馈的自动调速系统的缺点：由于要装置一台测速发电机，既增加了设备投资，又增加了安装上的麻烦。2、对于某些要求不太高的电力拖动，常采用电压负反馈的调速电路。3、采用电压负反馈利用的原理：这是因为电动机的转速近似正比于其电枢端电压，因而用电动机端电压的变化来反映转速的变化，从而以电压负反馈取代转速负反馈。4、具有电压负反馈的自动调速系统电路如图5—37其中U为给定信号电源电压，RP为调速电位器，0RP是为实现电压负反馈用电位器。输出电压(代B表转速)同给定电压在RP上综合后取其差值送往B电机扩大机控制绕组OⅢ(此电机扩大机的第3号控5、电压负反馈是这样形成的：RP并联在电枢两B端，其上的电压值近似与电动机转速成正比，上端为正，下端为负。它的负端接OⅢ，即其电流将是从RP的抽头，经RP后由OⅢ2流向0Ⅲ1：而给定电压的BB控制绕组0Ⅲ中，这就形成了电压负反馈。控制绕组OⅢ中的电流I便由给定电压U及反馈电压U的差O3CB值所决定。所以当控制绕组的电阻为R时,I=O3R36、在调速系统中加入电压负反馈以后性能的改善⑴提高系统的静特性：提高了机械特性硬度，扩大了允许的调速范围，减小了