第七節(jié)_直流電動(dòng)機(jī)的控制電路

1、第四章機(jī)床電氣控制基本環(huán)節(jié)第四章機(jī)床電氣控制基本環(huán)節(jié)第七節(jié)第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的控制電路直流電動(dòng)機(jī)的控制電路 【教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)】 1. 初步了解直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的 意義和方法； 2. 理解并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制的 原理； 3. 理解他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制的原理； 4. 了解直流電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)控制方法 的異同。第七節(jié)第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的控制電路直流電動(dòng)機(jī)的控制電路 【教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)】 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和正、反轉(zhuǎn)控制原理【教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)】 他勵(lì)和串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)原理第七節(jié)第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的控制電路直流電動(dòng)機(jī)的控制電路 第七節(jié)第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的控制電路

2、直流電動(dòng)機(jī)的控制電路u 直流電動(dòng)機(jī)突出的優(yōu)點(diǎn)是有很大的起動(dòng)轉(zhuǎn)距和能在很大的范圍內(nèi)平滑地調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)的控制包括直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動(dòng)的控制。 u 按勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。并勵(lì)及他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的性能及控制電路相近，它們多用在機(jī)床等設(shè)備中；在牽引設(shè)備中，則以串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用較多。 一、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路一、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路圖4-20并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路圖中電樞回路的電阻R為降壓起動(dòng)電阻, 合上電源開(kāi)關(guān)QS。按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM得電吸合并自鎖，直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串入電阻R起動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)速逐漸上升，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流減小，電阻R上電壓下

3、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(dāng)KA線圈的電壓上升到一定值時(shí)，KA動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，短接電阻R，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行。 按下停止按鈕 SB2，接觸器KM斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M停止轉(zhuǎn)動(dòng)。1 1并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路（1 1）工作原理）工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路u并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)需在施加電樞電壓之前，先接上額定勵(lì)磁電壓，以保證起動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生足夠大的反電動(dòng)勢(shì)，迅速減小起動(dòng)電流和保證足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，加速起動(dòng)過(guò)程。u 因此，常被轉(zhuǎn)速需要保持恒定或需要在廣泛范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械所采用。 （2 2）工作特點(diǎn)）工作

4、特點(diǎn) 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路2 2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路（1 1）工作原理）工作原理KT2KM3KM2KT2KT1KM1R1R2KM2KM3MKM1KM1KT1KM1SB2SB1+QS2QS1+F1F2-圖4-21他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路如圖4-21所示，這是一個(gè)用時(shí)間繼電器控制二級(jí)電阻起動(dòng)的電路。電路分析：電路分析： 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路工作原理：工作原理：KT2KM3KM2KT2KT1KM1R1R2KM2KM3MKM1KM1KT1KM1SB2SB1+QS2QS1+F1F2-

5、合上開(kāi)關(guān)QS1和QS2，勵(lì)磁繞組F1F2首先得到勵(lì)磁電流；同時(shí)，時(shí)間繼電器KT1和KT2的線圈也得電，其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，接觸器KM2和KM3線圈斷電，并聯(lián)在起動(dòng)電阻R1和R2上的接觸器動(dòng)合觸點(diǎn)KM2和KM3處于斷開(kāi)狀態(tài)，從而保證了電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)電阻全部串入電樞回路中。圖4-21他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路 按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電吸合并自鎖，電動(dòng)機(jī)在串入全部起動(dòng)電阻情況下降壓起動(dòng)。同時(shí)，由于接觸器KM1的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，時(shí)間繼電器KT1和KT2線圈斷電。KT1延時(shí)閉合的動(dòng)斷觸點(diǎn)首先延時(shí)閉合，接觸器KM2線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，將起動(dòng)電阻R1短接，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速。然后，KT2延時(shí)閉合

6、的動(dòng)斷觸點(diǎn)延時(shí)閉合，接觸器KM3通電吸合，將電阻R2短接，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢，正常運(yùn)行。 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路（2 2）工作特點(diǎn)）工作特點(diǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)控制電路的工作特點(diǎn)與并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)控制電路的工作特點(diǎn)相近。 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路3 3串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路（1 1）工作原理）工作原理KM2+QSKM1MD1D2R1R2KM3KT2KT1KM1KM2KM3KT2KT1KM1SB1SB2KM1-按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1通電吸合并自鎖，KM1主觸點(diǎn)接通主回路，電動(dòng)機(jī)串電阻R1和R 2降壓起動(dòng)。R1兩端的

7、電壓開(kāi)始時(shí)較高，時(shí)間繼電器KT2動(dòng)作，KT2動(dòng)斷觸點(diǎn)瞬時(shí)斷開(kāi)。同時(shí)，由于 KM1動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，KT1線圈斷電，KT1延時(shí)閉合的動(dòng)斷觸點(diǎn)延時(shí)閉合，接觸器KM2通電吸合，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，起動(dòng)電阻R1短接。這時(shí)，時(shí)間繼電器KT2線圈斷電，KT2延時(shí)閉合的動(dòng)斷觸點(diǎn)延時(shí)閉合，接觸器KM3通電吸合，將電阻R2短接，電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行。圖4-22串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)控制電路合上電源開(kāi)關(guān)QS，時(shí)間繼電器KT1線圈得電，KT1閉合觸點(diǎn)立即斷開(kāi)。 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路（2 2）工作特點(diǎn)）工作特點(diǎn)u 并勵(lì)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，而串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流的平方成正比。也

8、就是說(shuō)在同樣大的起動(dòng)電流下，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要比并勵(lì)或他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大得多。u 所以，在帶大負(fù)載起動(dòng)或起動(dòng)很困難的場(chǎng)合，如電力機(jī)車、起重機(jī)等機(jī)械宜采用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不能在空載或輕載的情況下起動(dòng)，應(yīng)在至少帶有2030負(fù)載的情況下起動(dòng)。否則，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速極高，會(huì)使電樞受到極大的離心力而損壞。 二、直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制電路二、直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制電路u 要改變直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，只要改變它的電磁轉(zhuǎn)矩方向即可。直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的勵(lì)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(lì)磁繞組端電壓

9、的極性，都可以改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。u 因此，改變直流電動(dòng)機(jī)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(lì)磁電流的方向，但是不能同時(shí)改變這兩個(gè)電流的方向。 直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制電路 這種方法常用于并勵(lì)和他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)中。因?yàn)椴?lì)和他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的電感量大，若要使勵(lì)磁電流改變方向，一方面，將勵(lì)磁繞組從電源上斷開(kāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的自感電動(dòng)勢(shì)，很容易把勵(lì)磁繞組的絕緣層擊穿；另一方面，改變勵(lì)磁電流方向時(shí)，由于中間有一段時(shí)間勵(lì)磁電流為零，容易出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)允許的程度，為此，通常還需要用接觸器在改變勵(lì)磁電流方向的同時(shí)切斷電樞回路電流。

10、由于以上這些原因，所以一般情況下，并勵(lì)和他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)多采用改變電樞繞組中電流的方向來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。1. 1. 改變電樞繞組中的電流方向改變電樞繞組中的電流方向+QSKM1KM2SB3MKM1KM2KM2KM1KM1KM2KM1KM2SB2SB1E1E2圖4-23并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn) 控制電路 直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制電路2. 2. 改變勵(lì)磁繞組中的電流方向改變勵(lì)磁繞組中的電流方向這種方法常用于串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。因?yàn)榇畡?lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組兩端的電壓較低，反接較容易，電力機(jī)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。控制電路其余部分與圖4-2

11、3完全相同。KM1KM2KM1KM2D1D2+MQS圖4-24串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路 三、直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路三、直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路 u 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法也有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩 種。u 由于電力制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，操作方便、無(wú)噪聲，所以應(yīng)用較廣。直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)有能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)等。 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路 能耗制動(dòng)是把正在運(yùn)轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)機(jī)的電樞從電源上斷開(kāi)，接上一個(gè)外加電阻Rz組成回路，將機(jī)械動(dòng)能變?yōu)闊崮芟脑陔姌泻蚏z上。1. 1. 能耗制動(dòng)能耗制動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路 圖4-25他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗 制動(dòng)原

12、理圖n 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的部分原理如圖4-25所示。圖中虛線箭頭表示電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的電樞電流I和電磁轉(zhuǎn)矩T的方向。電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，其勵(lì)磁的大小和方向維持不變，接觸器KM釋放，KM的動(dòng)合主觸點(diǎn)斷開(kāi)，使電樞脫離直流電源；同時(shí)，KM的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，把電樞接到外加制動(dòng)電阻Rz上去。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)由于慣性仍按原方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，因而反電動(dòng)勢(shì)Ea的方向不變，并成為電樞回路的電源，所以制動(dòng)電流Iz方向與原來(lái)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(dòng)轉(zhuǎn)矩Tz，這就促使電動(dòng)機(jī)迅速減速直至停止轉(zhuǎn)動(dòng)。n 應(yīng)注意選擇大小適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻Rz，Rz過(guò)大，制動(dòng)緩慢；Rz過(guò)小，電

13、樞中的電流將超過(guò)電樞電流允許值。一般可按最大制動(dòng)電流不大于二倍電樞額定電流來(lái)計(jì)算。 （1 1）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路 （2 2）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng) 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)有自勵(lì)式和他勵(lì)式兩種。他勵(lì)式能耗制動(dòng)的原理如圖4-26所示，與他勵(lì)交流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)原理類似。自勵(lì)式能耗制動(dòng)在制動(dòng)時(shí)必須將勵(lì)磁繞組與電樞繞組反向串聯(lián)，否則無(wú)法產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（僅為電樞電流與勵(lì)磁電流同時(shí)反向，轉(zhuǎn)矩方向?qū)⒉蛔儯?，其原理如圖4-27所示。 A1A2MRzD1D2RA1A2D1D2RzM圖4-26他勵(lì)式能耗制動(dòng)的

14、原理圖圖4-27自勵(lì)式能耗制動(dòng)的原理圖 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路 （1 1）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)2. 2. 反接制動(dòng)反接制動(dòng) 圖4-28為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的部分原理圖。在反接制動(dòng)時(shí)，斷開(kāi)正轉(zhuǎn)接觸器KM1的主觸點(diǎn)，閉合反轉(zhuǎn)接觸器KM2的主觸點(diǎn)，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(dòng)機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。 反接制動(dòng)是把正在運(yùn)轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端突然反接，并維持其勵(lì)磁電流方向不變的制動(dòng)方法。 圖4-28他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)原理圖 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

15、控制電路直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路 （2 2）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)MA1A2D1D2Rz+圖4-29串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)原理圖串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)工作原理如圖4-29所示，對(duì)于串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，由于勵(lì)磁電流就是它的電樞電流，在采用電樞反接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)時(shí)，必須注意，通過(guò)電樞繞組的電流和勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流不能同時(shí)反向。如果直接將電源極性反接，則由于電樞電流和勵(lì)磁電流同時(shí)反向，由它們建立的電磁轉(zhuǎn)矩T的方向卻不改變，不能實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。所以，一般只將電樞反接。 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路 u 一、反接制動(dòng)的電流極大。這是因?yàn)榉唇又苿?dòng)時(shí)，電樞的電流值是由電樞電壓與反電動(dòng)勢(shì)共同作用的緣故。為了限制反接制動(dòng)電流，必須在制動(dòng)回路中串入限流電阻。u 二、反接制動(dòng)時(shí)，要防止電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)。在手動(dòng)操作按鈕時(shí)，要及時(shí)松開(kāi)制動(dòng)按鈕；在自動(dòng)操作時(shí)，則可采用速度繼電器來(lái)自動(dòng)斷開(kāi)反極性電源。直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題：直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題： 【課堂練習(xí)課堂練習(xí)】 第七節(jié)第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的控制電路直流電動(dòng)機(jī)的控制電路 分析串勵(lì)直流電 動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控 制電路的原理。KM1KM2KM1KM2D1D2+MQS圖4-24串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路 【