第3章-直流電動(dòng)機(jī)與拖動(dòng)控制

電機(jī)與電氣控制案例教程

第三章直流電動(dòng)機(jī)與拖動(dòng)控制3.1案例1：直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)在機(jī)床設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛，尤其并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用廣泛的動(dòng)力設(shè)備；而在牽引設(shè)備中，則以串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用較多。通過不同的電氣控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制。而不管多么復(fù)雜的控制電路都是由最基本的控制環(huán)節(jié)組成。因此，掌握控制線路最基本的控制環(huán)節(jié)是熟練分析電氣控制線路工作原理和維修的關(guān)鍵，也是成功設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)?？刂浦绷麟妱?dòng)機(jī)運(yùn)行和停止的手段通常采用啟動(dòng)控制電路來實(shí)現(xiàn)，它是最基本的直流電動(dòng)機(jī)控制電路。3.1.1【解決方案】控制電路的實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)最初的一瞬間，因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等于零，則反電勢為零，所以電源電壓全部施加在直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組的電阻及線路電阻上。通常這些電阻都是極小的，所以這時(shí)電樞電流很大，起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的10～20倍。這樣大的起動(dòng)電流將會(huì)導(dǎo)致直流電動(dòng)機(jī)換向器和電樞繞組的損壞，同時(shí)大的起動(dòng)電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)加速度對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部件也將產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊。為此，如外加的是恒定直流電壓，則必須在直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路中串入附加電阻來起動(dòng)，用以限制起動(dòng)電流。以直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來說明，在直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)需在施加電樞電壓之前，先加上額定勵(lì)磁電壓，以保證直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中產(chǎn)生足夠大的反電勢，迅速減小起動(dòng)電流和保證足夠大的起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩，加速起動(dòng)過程。用按鈕、繼電器和接觸器組成的直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電氣原理圖如圖3-1所示。圖3-1中電樞回路串接的電阻Ｒ為降壓起動(dòng)電阻。原理圖分為主電路和控制電路兩部分。主電路包括直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁回路和電樞回路：是從直流電源經(jīng)電源開關(guān)QS、接觸器KM的兩組主觸點(diǎn)到直流電動(dòng)機(jī)M的勵(lì)磁繞組和電樞繞組構(gòu)成?？刂齐娐肥菑闹绷麟娫唇?jīng)電源開關(guān)QS、接觸器KM的電磁線圈及KM的一對(duì)輔助常開觸點(diǎn)、起動(dòng)控制按鈕SB1、停止控制按鈕SB2構(gòu)成。圖3-1直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電氣原理圖工作原理如下：停止：按下按鈕SB2接觸器KM斷電釋放電動(dòng)機(jī)M斷電停止

起動(dòng)：合電源開關(guān)QS按下按鈕SB1接觸器KM通電吸合并自鎖電動(dòng)機(jī)M串入電阻Ｒ起動(dòng)。隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸上升，電動(dòng)機(jī)電樞電流的逐漸減小，電阻Ｒ上的壓降下降，電壓繼電器KA線圈兩端電壓逐漸上升，KA線圈兩端電壓上升到其動(dòng)作值時(shí)KA的常開觸點(diǎn)閉合短接了電阻Ｒ，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行。3.1.2【知識(shí)進(jìn)階】直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本原理直流電機(jī)包括直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)和調(diào)速性能，一般應(yīng)用于對(duì)起動(dòng)和調(diào)速有較高要求的拖動(dòng)系統(tǒng)，例如軋鋼機(jī)、龍門刨床、電車等。直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是存在換向問題，使其在最高轉(zhuǎn)速、單機(jī)容量和使用環(huán)境都受到一定的限制。近年來由于交流調(diào)速的發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)一統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的局面，受到了極大地挑戰(zhàn)。直流電機(jī)是以電磁感應(yīng)定律和電磁力定律為基礎(chǔ)的帶有換向裝置的實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)的電磁機(jī)械。1.直流電機(jī)的基本原理（1）直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理圖3-2直流發(fā)電機(jī)原理圖圖3-2是一臺(tái)兩極直流發(fā)電機(jī)的原理圖。圖中N、S是靜止的磁極，它產(chǎn)生磁通。能夠在兩磁極之間轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵心和線圈ab和cd稱為轉(zhuǎn)子(通稱電樞)。線圈的兩個(gè)端頭接在相互絕緣的兩個(gè)銅質(zhì)半圓環(huán)1和2上（稱為換向片），在空間靜止的電刷A和B與換向片滑動(dòng)接觸，使旋轉(zhuǎn)的線圈與外面靜止的電路相連接。工作原理：當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈的兩個(gè)邊ab和cd切割磁力線，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，必在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其方向可由右手定則判定。如圖3-2所示，電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)導(dǎo)線ab中感應(yīng)電勢方向由b指向a；而導(dǎo)線cd中感應(yīng)電勢的方向由d指向c。因電勢是從低電位指向高電位，此時(shí)A刷為正電位，B刷為負(fù)電位。外電路中的電流，由A刷經(jīng)負(fù)載流向B刷。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180°，導(dǎo)線ab轉(zhuǎn)至S極中心下，導(dǎo)線cd轉(zhuǎn)到N極中心下，它們的感應(yīng)電勢方向改變了。導(dǎo)線ab的感應(yīng)電勢方向變?yōu)橛蒩指向b，導(dǎo)線cd中的感應(yīng)電勢方向變?yōu)橛蒫指向d。a所接的換向片1轉(zhuǎn)至與B刷相接觸，d所接的換向片2轉(zhuǎn)到與A刷相接觸。這時(shí)，A刷仍具有正電位，B刷仍具有負(fù)電位。外電路中的電流，仍是由A刷經(jīng)負(fù)載流向B刷。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中產(chǎn)生交變電勢，由于換向片和電刷即換向裝置的作用，使電刷A和B始終具有一定的極性，這就是直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理。（2）直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理圖3-3直流電動(dòng)機(jī)原理圖圖3-3是直流電動(dòng)機(jī)的原理圖。直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)接于直流電源上，如A刷接電源正極，B刷接電源負(fù)極。工作原理：電流從A刷流人，經(jīng)線圈abcd，由B刷流出。圖3-3所示之瞬間，在N極下的導(dǎo)線ab中電流是由a到b；在S極下的導(dǎo)線cd中電流方向由c到d。根據(jù)電磁力定律知道，載流導(dǎo)體在磁場中要受力，其方向可由左手定則判定。導(dǎo)線ab受力的方向向左，導(dǎo)線cd受力的方向向右。兩個(gè)電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸所形成的電磁轉(zhuǎn)矩為逆時(shí)針方向，電磁傳矩使電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180°，換向片2轉(zhuǎn)至與A刷接觸，換向片1轉(zhuǎn)至與B刷接觸。電流由正極經(jīng)換向片2流人，導(dǎo)線dc中電流由d流向c，導(dǎo)線ba中電流由b流向a，由換向片1經(jīng)B刷流回負(fù)極。導(dǎo)線中的電流方向改變了，導(dǎo)線所在磁場的極性也改變了，電磁力及電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸所形成的電磁轉(zhuǎn)矩的方向未變，仍為逆時(shí)針方向，這樣可使電動(dòng)機(jī)沿一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。通過換向裝置，使每一極性下的導(dǎo)體中的電流方向始終不變，因而產(chǎn)生單方向的電磁轉(zhuǎn)矩，電樞向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。由上述分析可以看出，直流電機(jī)是以電磁感應(yīng)定律和電磁力定律為理論基礎(chǔ)的。導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)便在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用。直流電機(jī)借助換向裝置，實(shí)現(xiàn)電樞線圈中的交流電與外電路中的直流電之間的相互轉(zhuǎn)換。一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，只是外界條件不同而已。如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，可以將機(jī)械能變換成電能，成為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；若在直流電機(jī)的兩電刷上加上直流電源，則成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。同一臺(tái)電機(jī)，既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行又可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。2.直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-4和圖3-5所示.圖3-4直流電機(jī)的軸向剖面圖

圖3-5直流電機(jī)的徑向剖面示意圖1-底腳；2-電樞鐵心；3-電樞繞組；4-換向極繞組；5-換向極鐵心；6-機(jī)座；7-主極鐵心；8-勵(lì)磁繞組；9-電樞槽；10-電樞齒；11-極靴圖3-6直流電機(jī)的主磁極1-機(jī)座；2-主極鐵心；3-勵(lì)磁繞組主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成換向極：改善換向，由鐵心和繞組構(gòu)成電刷裝置：與換向片配合,完成直流與交流的互換機(jī)座和端蓋：起支撐和固定作用。定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。換向器：與電刷裝置配合,完成直流與交流的互換轉(zhuǎn)軸風(fēng)扇氣隙靜止的磁極和旋轉(zhuǎn)的電樞之間的間隙稱為氣隙圖3-7直流電機(jī)的換向極

1-換向極鐵心；2-換向極繞組

圖3-8電刷裝置

1-刷盒；2-電刷；3-銅絲辮；4-壓緊彈簧

圖3-9電樞鐵心沖片圖3-10電樞鐵心與繞組元件

1-電樞鐵心；2-電樞鐵心繞組元件；3-換向器圖3-11金屬套筒式換向器剖面圖

1-云母絕緣；2-換向片；3-套筒：4-V型環(huán)；5-螺帽；6-片間云母圖3-12塑料緊固換向器剖面圖

1-換向片；2-塑料套筒

3.直流電機(jī)的系列和額定值電機(jī)的機(jī)殼上都有一個(gè)銘牌，上面標(biāo)有電機(jī)的型號(hào)和各種額定數(shù)據(jù)等。額定數(shù)據(jù)是正確選用電機(jī)的依據(jù)。（1）國產(chǎn)直流電機(jī)的系列我國目前生產(chǎn)的直流電機(jī)的主要系列有以下幾種：Z2系統(tǒng)：“Z”表示直流電機(jī)，“2”表示第二次統(tǒng)一設(shè)計(jì)，Z2系列是一般用途的小型直流電機(jī)系列。Z3系列：第三次統(tǒng)一設(shè)計(jì)的一般用途的小型直流電機(jī)Z4系列：第四次統(tǒng)一設(shè)計(jì)的小型直流電機(jī)ZF和ZD系列：這是一般用途的中大型直流電機(jī)系列，“F”表示發(fā)電機(jī)，“D”表示電動(dòng)機(jī)（2）額定值額定值是電機(jī)制造廠對(duì)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)有關(guān)的電量或機(jī)械量所規(guī)定的數(shù)據(jù)。額定值是選用電機(jī)的依據(jù)。直流電機(jī)的額定值有以下幾個(gè)：額定功率：電機(jī)在額定情況下允許輸出的功率。對(duì)于發(fā)電機(jī)，是指輸出的電功率；對(duì)于電動(dòng)機(jī)，是指軸頭所輸出的機(jī)械功率，單位一般都為kW額定電壓：在額定情況下，電刷兩端輸出或輸入的電壓，單位為V額定電流ⅠN：在額定情況下，允許電機(jī)長期流出或流入的電流，單位為A直流發(fā)電機(jī)額定電流為：直流電動(dòng)機(jī)額定電流為：為直流電動(dòng)機(jī)的額定效率額定轉(zhuǎn)速：在額定功率、額定電壓、額定電流時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r／min額定勵(lì)磁電壓：在額定情況下，勵(lì)磁繞組所加的電壓，單位為V額定勵(lì)磁電流：在額定情況下，通過勵(lì)磁繞組的電流，單位為A4.直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢電樞繞組處在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，稱為電樞電動(dòng)勢。電樞電動(dòng)勢是指直流電機(jī)正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢，也就是每條支路里的感應(yīng)電動(dòng)勢。每條支路所含的元件數(shù)是相等的，而且每個(gè)支路里的元件都是分布在同極性磁極下的不同位置上的。這樣，先求出一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割氣隙磁通密度的平均感應(yīng)電動(dòng)勢，再乘以一條支路里總的導(dǎo)體數(shù)，就是電樞電動(dòng)勢。電樞電動(dòng)勢就是電樞每條支路中的感應(yīng)電動(dòng)勢，電樞每條支路中的感應(yīng)電動(dòng)勢為：式中為電動(dòng)勢常數(shù)，當(dāng)電機(jī)制造好后僅與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)為電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；為電樞回路的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)；N為電樞導(dǎo)體的總根數(shù)；上式表明直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通和電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)當(dāng)電機(jī)制造好以后，電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)不再變化，因此電樞電動(dòng)勢僅與氣隙磁通和轉(zhuǎn)速有關(guān)，改變轉(zhuǎn)速和磁通均可改變電樞電動(dòng)勢的大小。5.直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電樞繞組中有電樞電流流過時(shí)，通電的電樞繞組在磁場中將受到電磁力，該力與電機(jī)電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩經(jīng)過推導(dǎo)可得電磁轉(zhuǎn)矩為：式中為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，也僅與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)；為電樞鐵心的直徑都是電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，兩者之間的數(shù)量關(guān)系為：CT=9.55Ce由上式可看出，直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩僅與電樞電流和氣隙磁通成正比6.直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞繞組與電源連接關(guān)系的不同，直流電動(dòng)機(jī)可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)等類型：（1）他勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)獨(dú)立的直流電源供電，勵(lì)磁電壓與電樞電壓彼此無關(guān)如圖3-13(a)所示（2）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一電源供電，勵(lì)磁電壓等于電樞電壓如圖3-13(b)所示（3）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后再接于直流電源，此時(shí)的電樞電流就是勵(lì)磁電流，如圖3-13(c)所示（4）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組。并勵(lì)繞組與電樞繞組并聯(lián)后再與串勵(lì)繞組串聯(lián)，然后接于電源上，如圖3-13(d)所示圖3-13直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式7.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式（1）電動(dòng)勢平衡方程式該平衡方程式表示了電源電壓除一小部分被電樞電阻損耗外，其余被電動(dòng)機(jī)吸收轉(zhuǎn)換為反電動(dòng)勢去帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)（2）轉(zhuǎn)矩平衡方程式電動(dòng)機(jī)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩一部分與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，另一部分是空載損耗（3）功率平衡方程式8.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性所謂他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在電樞電壓，勵(lì)磁電流，電樞回路不串電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩和效率分別與輸出功率之間的關(guān)系。工作特性如圖3-14所示圖3-14他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性9.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性利用機(jī)械特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可以確定拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性對(duì)分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等運(yùn)行性能是十分重要的。（1）機(jī)械特性方程式如圖3-15所示是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路原理圖，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式，可由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式導(dǎo)出，可求得機(jī)械特性方程式：圖3-15他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路原理圖當(dāng)電源電壓、電樞回路總電阻勵(lì)磁磁通均為常數(shù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖3-16所示，是一條向下傾斜的直線。說明：加大電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，會(huì)使轉(zhuǎn)速下降。

特性曲線與縱軸的交點(diǎn)為時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為理想空載轉(zhuǎn)速圖3-16他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

（2）固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性

固有機(jī)械特性：是當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電樞電壓和勵(lì)磁磁通均為額定值，電樞電路中沒有串入附加電阻時(shí)的機(jī)械特性，其方程式為固有機(jī)械特性如圖3-17中R=Ra的曲線所示，由于Ra較小，故他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性較“硬”。人為機(jī)械特性：機(jī)械特性是人為地改變電動(dòng)機(jī)電路參數(shù)或電樞電壓以達(dá)到應(yīng)用目的而得到的機(jī)械特性。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)有下列三種人為機(jī)械特性：圖3-17他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻時(shí)的機(jī)械特性(a)電樞串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性如圖3-17中曲線1，2所示與固有特性相比，理想空載轉(zhuǎn)速不變，但轉(zhuǎn)速降增大。越大，也越大，特性變“軟”(b)改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性如圖3-18所示。與固有特性相比較，特性曲線的斜率不變，理想空載轉(zhuǎn)速隨電壓減小成正比減小，故改變電壓時(shí)的人為特性是一組低于固有機(jī)械特性而與之平行的直線(c)減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性由于磁通的減少，使得理想空載轉(zhuǎn)速和斜率都增大，其特性曲線如圖3-19所示圖3-18他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓時(shí)的機(jī)械特性圖3-19他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁時(shí)的機(jī)械特性3.1.3【知識(shí)進(jìn)階】直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式（起動(dòng)）1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)概念起動(dòng)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速逐漸上升，最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程稱為起動(dòng)電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中，電樞電流、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速都隨時(shí)間變化，是一個(gè)過渡過程開始起動(dòng)的一瞬間，轉(zhuǎn)速等于零，這時(shí)的電樞電流稱為起動(dòng)電流，用表示，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，用表示一般對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)有如下要求：(1)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大(2)起動(dòng)電流要限制在一定的范圍內(nèi)

(3)起動(dòng)設(shè)備操作方便，啟動(dòng)時(shí)間短，運(yùn)行可靠，成本低廉2.直接起動(dòng)直接起動(dòng)就是在他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞上直接加以額定電壓的起動(dòng)方式，如圖3-20所示。起動(dòng)時(shí)，先合Q1建立磁場，然后合Q2全壓起動(dòng)圖3-20他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的全壓起動(dòng)對(duì)于一般的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，為了限制起動(dòng)電流，可以采用電樞回路串聯(lián)電阻或降低電樞電壓啟動(dòng)的起動(dòng)方法直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流將達(dá)到很大的數(shù)值，將出現(xiàn)強(qiáng)烈的換向火花，造成換向困難，還可能引起過流保護(hù)裝置的誤動(dòng)作或引起電網(wǎng)電壓的下降，影響其他用戶的正常用電；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也很大，造成機(jī)械沖擊，易使設(shè)備受損。因此，除個(gè)別容量很小的電動(dòng)機(jī)外，一般直流電動(dòng)機(jī)是不容許直接起動(dòng)的。

3.電樞回路串電阻起動(dòng)起動(dòng)時(shí)在電樞回路串入電阻，以減小起動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后再逐漸切除電阻，以保證足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如圖3-21所示為三級(jí)電阻起動(dòng)控制接線和起動(dòng)工作特性示意圖。圖3-21他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前，應(yīng)使勵(lì)磁回路附加電阻為零，以使磁通達(dá)到最大值，能產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。4.降低電樞電壓起動(dòng)起動(dòng)前將施加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電源電壓降低，以減小起動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再逐漸提高電源電壓，使起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩維持在一定數(shù)值，保證電動(dòng)機(jī)按需要的加速度升速。其接線原理和起動(dòng)工作特性如圖3-22所示在調(diào)節(jié)電源電壓時(shí)，不能升得太快，否則會(huì)引起過大的沖擊。圖3-22他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降壓時(shí)的機(jī)械特性5.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)要使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向，而電磁轉(zhuǎn)矩的方向由磁通方向和電樞電流的方向決定。在控制時(shí)，通常直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法有兩種：（1）改變勵(lì)磁電流方向：保持電樞兩端電壓極性不變，將勵(lì)磁繞組反接，使勵(lì)磁電流反向，磁通即改變方向（2）改變電樞電壓極性：保持勵(lì)磁繞組兩端的電壓極性不變，將電樞繞組反接，電樞電流即改變方向3.1.4【知識(shí)進(jìn)階】涉及的低壓電器控制電路所涉及的低壓電器有：各種開關(guān)、熔斷器、主令電器、各種繼電器、接觸器、電阻器等1.直流接觸器的作用直流接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理與交流接觸器基本相同，其圖形符號(hào)相同，用于直流電力線路中，遠(yuǎn)距離接通與分?jǐn)嚯娐芳皩?duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行頻繁起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或反接制動(dòng)的控制，以及用來控制CD系列電磁操作機(jī)構(gòu)的合閘線圈或頻繁接通和斷開起重電磁鐵、電磁閥、電磁離合器和電磁線圈等2.直流接觸器的型號(hào)含義常用的直流接觸器有CZ18、CZ21、CZ22和CZ0系列CZ18系列型號(hào)含義：例如CZ18-80/10中，“CZ”表示直流接觸器，“18”表示設(shè)計(jì)序號(hào)，“80”表示額定電流，“1”表示常開主觸點(diǎn)數(shù)為1，“0”表示常閉主觸點(diǎn)數(shù)為0。3.1.5【知識(shí)進(jìn)階】電路故障診斷與維修1.檢查線路（1）對(duì)照原理圖、接線圖逐線檢查，核對(duì)線號(hào)，防止錯(cuò)接、漏接（2）檢查所有端子接線是否牢靠，排除虛接處（3）用萬用表進(jìn)行電路斷電時(shí)的檢查：如圖3-1所示，斷開刀閘開關(guān)QS，取下接觸器的滅弧罩，以便用手操作來模擬接觸器觸點(diǎn)的分合動(dòng)作，萬用表放在R*1檔，測量主電路中各個(gè)器件是否正常，比如降壓電阻、繼電器的線圈和觸點(diǎn)、直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞電阻等，再檢測控制電路部分，比如起動(dòng)和停止按鈕、交流接觸器的線圈和觸點(diǎn)等，應(yīng)仔細(xì)逐線檢查，并排除故障2.試車與調(diào)整完成上述檢查后，清點(diǎn)工具，清除安裝板上的線頭雜物，裝好接觸器的電弧罩；檢查各組熔斷器的熔體、分?jǐn)喔鏖_關(guān)、使按鈕、接觸器處于未操作（或未動(dòng)作）狀態(tài)，檢查直流電源是否正常等。一切正常后，在指導(dǎo)老師的監(jiān)護(hù)下通電試車。先進(jìn)行控制回路試驗(yàn)，在進(jìn)行整體試驗(yàn)。（1）控制回路試驗(yàn)：先斷開直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路，再合上刀開關(guān)QS，按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM應(yīng)立即動(dòng)作，松開SB，接觸器KM則保持；按動(dòng)一下停止按鈕SB2，接觸器KM應(yīng)立即釋放。（2）整體試驗(yàn)：空載試驗(yàn)動(dòng)作無誤后，即可切斷電源，接好直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路，可通電進(jìn)行整體試車。合上刀開關(guān)QS，按動(dòng)一下按鈕SB1，接觸器KM觸點(diǎn)吸合，并實(shí)現(xiàn)自鎖，繼電器不動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)的電樞回路中串入降壓電阻起動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，電動(dòng)機(jī)的反電勢達(dá)到繼電器的吸合電壓時(shí)，繼電器的常開觸點(diǎn)動(dòng)作，將電動(dòng)機(jī)的電樞回路中串入降壓電阻短接，直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行；按動(dòng)一下按鈕SB2，接觸器KM則立即復(fù)位，電動(dòng)機(jī)斷電停轉(zhuǎn)。起動(dòng)后在運(yùn)行中，如發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)外殼過熱或電動(dòng)機(jī)嗡嗡響但不能起動(dòng)等異?，F(xiàn)象，說明電機(jī)是在缺相運(yùn)行，應(yīng)立即停車，切斷電源后再進(jìn)行檢查。如出現(xiàn)接觸器振動(dòng)、發(fā)出噪聲，主觸點(diǎn)然弧嚴(yán)重也應(yīng)立即停車檢查。3.儀表測量檢查利用各種電工儀表測量電路中的電阻、電流、電壓等參數(shù)，并進(jìn)行故障診斷。常用的方法有電壓測量法、電阻測量法兩種，我們推薦采用電阻測量法，因?yàn)殡娮铚y量法是在電路斷電的情況下進(jìn)行的，操作比較安全，操作方法比較直觀、簡單，用萬用電表的電阻擋分別測量電器元件的直流電阻或電路接線的通斷情況，來判斷電氣故障的原因。電壓測量法是根據(jù)電壓值來判斷電器元件和電路的故障所在，檢查時(shí)把萬用表旋到直流電壓500V檔位上，它有分階測量、分段測量、對(duì)地測量三種方法3.1.6【應(yīng)用拓展】其他幾種起動(dòng)控制電路1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路圖3-23所示為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路。這是一個(gè)利用時(shí)間繼電器控制二級(jí)電阻起動(dòng)的控制電路圖3-23他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路電路的工作原理如下：首先合上開關(guān)QS1和QS2，直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組F1F2首先得到勵(lì)磁電流。與此同時(shí)，時(shí)間繼電器KT1和KT2的電磁線圈也通電，它們的常閉觸點(diǎn)立即斷開，使接觸器KM2和KM3的電磁線圈斷電。于是，并聯(lián)在起動(dòng)電阻R1和R2上的接觸器常開觸點(diǎn)KM2和KM3處于斷開狀態(tài)，從而保證了直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)電阻全部串入電樞回路中。按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1線圈通電吸合并自鎖，電動(dòng)機(jī)的電樞在串入全部電阻進(jìn)行降壓起動(dòng)。與此同時(shí)，由于接觸器KM1的常閉觸點(diǎn)斷開，使時(shí)間繼電器KT1和KT2的電磁線圈斷電。經(jīng)過一段延時(shí)后，KT1的常閉延時(shí)閉合觸點(diǎn)首先閉合，使KM2線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，將起動(dòng)電阻R1短接，直流電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速。然后，再經(jīng)過一段延時(shí)后，KT2常閉延時(shí)閉合觸點(diǎn)延時(shí)閉合，使KM3線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，將起動(dòng)電阻R2短接，直流電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，直到起動(dòng)完畢，直流電動(dòng)機(jī)在全壓下穩(wěn)定運(yùn)行。2.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路

圖3-24所示為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路。這也是一個(gè)利用時(shí)間繼電器控制二級(jí)電阻起動(dòng)的控制電路圖3-24串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路電路的工作原理如下首先合上開關(guān)QS，時(shí)間繼電器KT1的電磁線圈通電，它的常閉觸點(diǎn)立即斷開。按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1線圈通電吸合并自鎖，接觸器KM1的主觸點(diǎn)接通直流電動(dòng)機(jī)的主回路，電動(dòng)機(jī)的電樞在串入全部電阻進(jìn)行降壓起動(dòng)。

R1電阻兩端的電壓開始時(shí)較高，時(shí)間繼電器KT2處于動(dòng)作狀態(tài)，KT2的常閉觸點(diǎn)瞬間斷開。與此同時(shí)，由于接觸器KM1的常閉觸點(diǎn)斷開，使時(shí)間繼電器KT1的電磁線圈斷電，KT1的常閉延時(shí)閉合觸點(diǎn)延時(shí)閉合，接觸器KM2線圈通電吸合，其常開觸點(diǎn)閉合，將起動(dòng)電阻R1短接，直流電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速。這時(shí)，時(shí)間繼電器KT2的線圈斷電，KT2常閉延時(shí)閉合觸點(diǎn)延時(shí)閉合，使KM3線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，將起動(dòng)電阻R2短接，直流電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，直到起動(dòng)完畢，直流電動(dòng)機(jī)在全壓下穩(wěn)定運(yùn)行?！締栴}探討】?（1）直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向由什么決定的？（2）在直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路中，需要那些低壓電器及設(shè)備？（3）在直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路中，電壓繼電器起到什么作用？（4）直流電機(jī)中的電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩的大小與哪些因素有關(guān)，它們的方向如何判斷?（5）直流電機(jī)中的電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩在發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分別起到什么作用，它們的方向如何？（6）什么是直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性和轉(zhuǎn)矩特性？它們對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的使用有何實(shí)際意義？【問題探討】?（7）什么是直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性？直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線是如何推導(dǎo)出來的？該曲線的基本變化特征是什么？（8）什么是直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性？什么是直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性？直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的各種人為機(jī)械特性曲線變化特點(diǎn)是什么？（9）起動(dòng)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)時(shí)為什么一定要先加勵(lì)磁電壓，后加電樞電壓？如果未加勵(lì)磁電壓，而將電樞電源接通，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？（10）一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞繞組接在同一電源上運(yùn)行，當(dāng)改變電源電壓的極性時(shí)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向如何？為什么?3.2案例2：直流電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)控制電路電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)分機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩種能耗制動(dòng)是電氣制動(dòng)的一種所謂電氣制動(dòng)，就是指使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)速方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩Tem,Tem起到阻礙運(yùn)動(dòng)的作用

能耗制動(dòng)是指在制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)靠慣性旋轉(zhuǎn)，電樞通過切割磁場將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，再消耗在電樞回路電阻上，因而稱為能耗制動(dòng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)的意義：(1)拖動(dòng)系統(tǒng)迅速減速停車(稱為“制動(dòng)過程”)(2)限制位能性負(fù)載的下降速度(稱為“制動(dòng)運(yùn)行”)第一種情況的制動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)從某一轉(zhuǎn)速迅速減速到零的過程(包括只降低一段轉(zhuǎn)速的過程)，在制動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem起著制動(dòng)的作用，從而縮短停車時(shí)間，以提高生產(chǎn)率。第二種情況的制動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)處于某一穩(wěn)定的制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem起到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的作用。3.2.1【解決方案】控制電路的實(shí)現(xiàn)圖3-25直流電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)電路圖3-25所示為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)串電阻起動(dòng)、能耗制動(dòng)電路。圖中KM1為線路接觸器，KM2、KM3為短接起動(dòng)電阻的接觸器，KA1為過電流繼電器，KA2為欠電流繼電器、KT1、KT2為時(shí)間繼電器，KM4為制動(dòng)接觸器，KV為電壓繼電器，R1、R2為分級(jí)起動(dòng)電阻，R3為放電電阻，R4為能耗制動(dòng)電阻電路的工作原理如下：合上電源開關(guān)Q2電源開關(guān)Q1

KT1線圈通電，其常閉觸點(diǎn)斷開切斷KM2、KM3接觸器的線圈回路將R1、R2全部串入電樞回路。

起動(dòng)：按下SB2

KM1線圈通電并自鎖其主觸點(diǎn)閉合接通電樞回路電樞串入二級(jí)起動(dòng)電阻起動(dòng)同時(shí)KM1常閉輔助觸點(diǎn)斷開KT1線圈斷電為延時(shí)使KM2、KM3接觸器的線圈通電，短接電樞回路起動(dòng)電阻做準(zhǔn)備同時(shí)KT2線圈通電其常閉觸點(diǎn)斷開KM3線圈回路斷開確保R2串入電樞回路延時(shí)后KT1斷電常閉觸點(diǎn)閉合KM2線圈通電吸合其主觸點(diǎn)閉合短接R1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，電樞電流減小。同時(shí)KT2線圈斷電釋放再經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)

KT2斷電常閉觸點(diǎn)閉合KM3線圈通電吸合其主觸點(diǎn)短接電阻R2電動(dòng)機(jī)在額定電樞電壓下運(yùn)轉(zhuǎn)，起動(dòng)過程結(jié)束。停車：按下SB1

KM1線圈斷電釋放其主觸點(diǎn)斷開電樞直流電源電動(dòng)機(jī)以慣性旋轉(zhuǎn)此時(shí)電壓繼電器KV仍保持通電吸合狀態(tài)其常開觸點(diǎn)仍閉合使KM4通電吸合因KM4的常開主觸點(diǎn)將R4并聯(lián)在電樞兩端電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降電樞兩端感應(yīng)電動(dòng)勢也隨之下降當(dāng)下降至一定值時(shí)KV釋放KM4線圈斷電電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)結(jié)束，自然停車至零。3.2.2【知識(shí)進(jìn)階】直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式（制動(dòng)）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)方法有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)等。

1.能耗制動(dòng)如圖3-26所示為能耗制動(dòng)原理圖制動(dòng)前接觸器KM的常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開，電動(dòng)機(jī)有勵(lì)磁將處于正向電動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，即電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n的方向相同(均為順時(shí)針方向)，Tem為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。在電動(dòng)運(yùn)行中保持勵(lì)磁，斷開常開觸頭KM，使電樞電源斷開，閉合常閉觸頭KM，用電阻RH將電樞回路閉合，則進(jìn)入能耗制動(dòng)。圖3-26能耗制動(dòng)原理圖制動(dòng)原理如下：能耗制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁不變，KM的電磁線圈失電，觸點(diǎn)動(dòng)作，使電樞繞組脫離電樞電源，由于機(jī)械慣性，制動(dòng)初始瞬間轉(zhuǎn)速n不能突變，仍保持原來的方向和大小，電樞感應(yīng)電動(dòng)勢Ea也保持原來的大小和方向，而電樞電流Ⅰa變?yōu)樨?fù)值，說明其方向與原來電動(dòng)運(yùn)行時(shí)相反，因此電磁轉(zhuǎn)矩Tem也變負(fù)，表明此時(shí)Tem的方向與轉(zhuǎn)速n的方向相反,Tem起制動(dòng)作用，稱為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。由于Tem－TL＜0，拖動(dòng)系統(tǒng)減速。在減速過程中Ea逐漸減小，Ⅰa

、Tem的數(shù)值隨之變小，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Tem－TL仍小于0；拖動(dòng)系統(tǒng)繼續(xù)減速，直至n=

0,此時(shí)UN、Ea、Ⅰa、Tem都為0。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，系統(tǒng)就在n=

0時(shí)停車。在能耗制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)靠慣性旋轉(zhuǎn)，電樞通過切割磁場將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，再消耗在電樞回路電阻（Ra+RH)上，因而稱為能耗制動(dòng)。

能耗制動(dòng)的機(jī)械特性是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)并與電樞回路串接電阻RH的人為機(jī)械特性平行的直線，如圖3-27所示。圖3-27能耗制動(dòng)機(jī)械特性從圖中可看出，能耗制動(dòng)開始，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從A瞬間過渡到B點(diǎn)，然后沿機(jī)械特性2轉(zhuǎn)速逐漸下降。如果是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)n=0、Tem=0,拖動(dòng)系統(tǒng)停車，從B點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)；如果是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,當(dāng)n=0時(shí)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Tem－TL＜0，系統(tǒng)在負(fù)載帶動(dòng)下將開始反向旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)沿機(jī)械特性2運(yùn)行直到C點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，因此C點(diǎn)是穩(wěn)定工作點(diǎn)。2.反接制動(dòng)反接制動(dòng)分為電樞電壓反向反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)

（1）電樞電壓反向反接制動(dòng)電樞電壓反向反接制動(dòng)原理如圖3-28所示圖3-28電樞電壓反向反接制動(dòng)原理圖制動(dòng)前，接觸器KM1常開觸頭閉合，另一個(gè)接觸器KM2常開觸頭斷開，假設(shè)此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于正向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n的方向相同，即UN、Ea、Ⅰa

、Tem、n均為正值在電動(dòng)運(yùn)行中，斷開KM1,閉合KM2,使電樞電壓反向并串入電阻Rf，則進(jìn)入制動(dòng)。制動(dòng)原理如下：反接制動(dòng)時(shí)，加到電樞兩端的電源電壓為反向電壓–UN，同時(shí)接入反接制動(dòng)電阻Rf，反接制動(dòng)初始瞬間，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，仍保持原來的方向和大小，電樞感應(yīng)電動(dòng)勢也保持原來的大小和方向，而電樞電流變負(fù)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem也隨之變負(fù)，說明反接制動(dòng)時(shí)的Tem與n方向相反，Tem為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。

由于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Tem－TL小于0，拖動(dòng)系統(tǒng)減速，在減速過程中，Ea逐漸減小,Ⅰa

、Tem也隨之變小，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Tem－TL仍小于0，系統(tǒng)繼續(xù)減速，直至n=0，應(yīng)立即將接觸器KM1、KM2觸頭都斷開，使電動(dòng)機(jī)脫開電源，系統(tǒng)制動(dòng)停車過程結(jié)束。電樞電壓反向反接制動(dòng)機(jī)械特性是一條過（0，n0)點(diǎn)并與電樞回路串入電阻Rf的人為機(jī)械特性相干行的直線，如圖3-29所示。圖3-29電樞電壓反向反接制動(dòng)機(jī)械特性從圖中可以看出，反接制動(dòng)開始，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從A瞬間過渡到B點(diǎn)，然后沿機(jī)械特性曲線2轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)?shù)紺點(diǎn)即n=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即斷開電源，拖動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)停車過程結(jié)束。從B點(diǎn)到C點(diǎn)，就是反接制動(dòng)過程。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)反接制動(dòng)過程到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，n=0，Tem≠0，此時(shí)，若電動(dòng)機(jī)不立即斷開電源，當(dāng)-Tem＞-TL時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)將處于停車狀態(tài)；當(dāng)-Tem

＜-TL時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)將就會(huì)反向起動(dòng)，直到在D點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。特點(diǎn)：反接制動(dòng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，制動(dòng)速度快，適合于要求快速制動(dòng)或頻繁正、反轉(zhuǎn)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，先用反接制動(dòng)達(dá)到迅速停車，然后接著反向啟動(dòng)并進(jìn)入反向穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，反之亦然。若只要求準(zhǔn)確停車的系統(tǒng)，反接制動(dòng)不如能耗制動(dòng)方便。（2）倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)如圖3-30(a)所示，電動(dòng)機(jī)提升重物時(shí)，將接觸器KM常開觸頭斷開，串入較大電阻Rf，使提升的電磁轉(zhuǎn)矩小于下降的位能性轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)系統(tǒng)將進(jìn)入倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)。圖3-30倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)制動(dòng)原理如下：進(jìn)入倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速n反向?yàn)樨?fù)值，使反電勢Ea也反向?yàn)樨?fù)值，電樞電流為正值，所以電磁轉(zhuǎn)矩也應(yīng)為正值(保持原方向)，與轉(zhuǎn)速n方向相反，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)是由于位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)而形成的，所以稱為倒拉反接制動(dòng)。倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)的機(jī)械特性就是電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性，如圖3-30(b)所示。在由提升重物轉(zhuǎn)為下放重物時(shí)，將接觸器KM常開觸頭斷開，電樞電阻串入較大電阻Rf，這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)從a點(diǎn)瞬間跳至對(duì)應(yīng)的人為機(jī)械特性b點(diǎn)上，由于Tem＜TL，電動(dòng)機(jī)減速沿曲線下降至c點(diǎn)。在c點(diǎn)，n=0，此時(shí)仍有Tem＜TL，在負(fù)載重物的作用下，電動(dòng)機(jī)被倒拉而反轉(zhuǎn)起來，重物開始下放并穩(wěn)定運(yùn)行在d點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)進(jìn)入倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)必須有位能負(fù)載反拖電動(dòng)機(jī)，同時(shí)電樞回路要串入較大的電阻。在此狀態(tài)中，位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，它抑制重物下放的速度，使之限制在安全范圍之內(nèi)，這種制動(dòng)方式不能用于停車，只可以用于下放重物。3.回饋制動(dòng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，由于某種條件的變化(如帶位能性負(fù)載下降、降壓調(diào)速等)使電樞轉(zhuǎn)速n超過理想空載轉(zhuǎn)速n0，則進(jìn)入回饋制動(dòng)。制動(dòng)原理如下：回饋制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速方向并未改變，而n＞n0，使Ea>U，電樞電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩Tem＜0也反向，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)時(shí)U未改變方向，而Ⅰa已反向?yàn)樨?fù)，電源輸入功率P1=UⅠa＜0；而電磁功率Pem=EaⅠa

＜0，表明電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能變?yōu)殡娔懿⒒仞伒诫娋W(wǎng)，故稱回饋制動(dòng)。如圖3-31所示是帶位能負(fù)載下降時(shí)的回饋制動(dòng)機(jī)械特性，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行帶位能性負(fù)載下降，在電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)速沿特性曲線1逐漸升高，進(jìn)入回饋制動(dòng)后將穩(wěn)定運(yùn)行在d點(diǎn)上。需要指出的是，此時(shí)電樞回路不允許串入電阻，否則將會(huì)穩(wěn)定運(yùn)行在很高轉(zhuǎn)速的b點(diǎn)上。需要指出的是，此時(shí)電樞回路不允許串入電阻，否則將會(huì)穩(wěn)定運(yùn)行在很高轉(zhuǎn)速的b點(diǎn)上。圖3-31回饋制動(dòng)機(jī)械特性3.2.3【知識(shí)進(jìn)階】電路故障診斷與維修1.檢查線路（1）對(duì)照原理圖、接線圖逐線檢查，核對(duì)線號(hào)，防止錯(cuò)接、漏接（2）檢查所有端子接線是否牢靠，排除虛接處（3）用萬用表進(jìn)行電路斷電時(shí)的檢查：如圖3-25所示，斷開刀閘開關(guān)Q1、Q2，取下接觸器的滅弧罩，以便用手操作來模擬接觸器觸點(diǎn)的分合動(dòng)作，萬用表放在R*1檔，測量主電路中各個(gè)器件是否正常，比如降壓電阻、接觸器和繼電器的線圈和觸點(diǎn)、直流電動(dòng)機(jī)的電樞電阻等，再檢測勵(lì)磁繞組回路和控制電路部分，比如起動(dòng)和停止按鈕、交流接觸器的線圈和觸點(diǎn)、各個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)、電阻和二極管等，應(yīng)仔細(xì)逐線檢查，并排除故障。2.試車與調(diào)整完成上述檢查后，清點(diǎn)工具，清除安裝板上的線頭雜物，裝好接觸器的電弧罩；檢查各組熔斷器的熔體、分?jǐn)喔鏖_關(guān)、使按鈕、接觸器處于未操作（或未動(dòng)作）狀態(tài)，檢查直流電源是否正常等。一切正常后，在指導(dǎo)老師的監(jiān)護(hù)下通電試車。先進(jìn)行控制回路試驗(yàn)，在進(jìn)行整體試驗(yàn)：（1）控制回路試驗(yàn)：先斷開直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路，再合上刀開關(guān)Q2，接通勵(lì)磁繞組回路和控制電路的直流電源，觀察和測試KA2、KT1線圈通電與觸點(diǎn)的動(dòng)作情況是否正常。按下起動(dòng)按鈕SB2，觀察和測試KM1、KT1、KM2和KM3線圈通電與觸點(diǎn)的動(dòng)作情況是否正常。按下SB1，KM1、KM2和KM3應(yīng)立即釋放，KT1線圈通電。（2）整體試驗(yàn)：控制回路試驗(yàn)動(dòng)作無誤后，即可切斷勵(lì)磁繞組回路和控制電路的直流電源，接好直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路，可通電進(jìn)行整體試車。合上刀開關(guān)Q2后再合上Q1，觀察和測試KT1線圈通電及觸點(diǎn)動(dòng)作情況，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)是否將R1、R2全部串入電樞回路。按下起動(dòng)按鈕SB2，觀察和測試相關(guān)電器的動(dòng)作情況以及電動(dòng)機(jī)在額定電樞電壓下的起動(dòng)過程是否正常。停車時(shí)，按下停止按鈕SB1，也觀察和測試相關(guān)電器的動(dòng)作情況以及電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)停車過程是否正常。

起動(dòng)后在運(yùn)行中，如發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)外殼過熱或電動(dòng)機(jī)嗡嗡響但不能起動(dòng)等異?，F(xiàn)象，說明電機(jī)有故障，應(yīng)立即停車，切斷電源后再進(jìn)行檢查。如出現(xiàn)接觸器振動(dòng)、發(fā)出噪聲，主觸點(diǎn)然弧嚴(yán)重也應(yīng)立即停車檢查。

3.儀表測量檢查利用各種電工儀表測量電路中的電阻、電流、電壓等參數(shù)，并進(jìn)行故障診斷。常用的方法有電壓測量法、電阻測量法兩種，我們推薦采用電阻測量法，因?yàn)殡娮铚y量法是在電路斷電的情況下進(jìn)行的，操作比較安全，操作方法比較直觀、簡單，用萬用電表的電阻擋分別測量電器元件的直流電阻或電路接線的通斷情況，來判斷電氣故障的原因。電壓測量法是根據(jù)電壓值來判斷電器元件和電路的故障所在，檢查時(shí)把萬用表旋到直流電壓500V檔位上，它有分階測量、分段測量、對(duì)地測量三種方法。而電阻測量法也分為分階電阻測量法、分段電阻測量法和短接法三種。具體的測量方法同前面的介紹。3.2.4【應(yīng)用拓展】直流電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)反接制動(dòng)控制圖3-32所示為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)可逆旋轉(zhuǎn)反接制動(dòng)控制電路圖中KM1、KM2為正、反轉(zhuǎn)接觸器，KM3、KM4為短接電樞起動(dòng)電阻的接觸器，KA1為過電流繼電器，KA2為欠電流繼電器，KT1、KT2為時(shí)間繼電器，R1、R2為分級(jí)起動(dòng)電阻，R3為放電電阻，SB2為正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，SB3為反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，SQ1為反向轉(zhuǎn)正向行程開關(guān)，SQ2為正向轉(zhuǎn)反向行程開關(guān)。圖3-32直流電動(dòng)機(jī)可逆旋轉(zhuǎn)反接制動(dòng)控制電路該電路按時(shí)間原則分兩級(jí)起動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并通過行程開關(guān)SQ1、SQ2實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向，在換向過程中能實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)，以加快換向過程。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件作正向移動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)部件上的撞塊壓下SQ1時(shí)，KM1、KM3、KM4、KM5、KV1的線圈均斷電釋放，KM2線圈通電吸合。電動(dòng)機(jī)的電樞接通反向電源，同時(shí)KV2線圈通電吸合，由于機(jī)械慣性的作用，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及電樞產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向都來不及發(fā)生變化，而且電動(dòng)勢的極性與電樞串接電阻上的壓降方向相反，此時(shí)KV2上的電壓很小，不足以使KV2吸合，KM3、KM4、KM5均處于斷電釋放狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的電樞串入全部電阻進(jìn)行反接制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降。隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，電樞產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也逐漸減小，KV2上的電壓逐漸升高，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減速至接近于零時(shí)，電樞產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也接近于零，這樣加到KV2上的電壓加大并使其吸合動(dòng)作，KV2的常開觸點(diǎn)閉合，KM5線圈通電吸合。KM5的主觸點(diǎn)短接反接制動(dòng)電阻R4，電動(dòng)機(jī)的電樞串入R1、R2分級(jí)起動(dòng)電阻進(jìn)行反向起動(dòng)，直至反向正常運(yùn)行，拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行反向移動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件反向移動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)部件上的撞塊壓下行程開關(guān)SQ2時(shí)，則由KV1來控制電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)和正向起動(dòng)控制，其工作原理與正向運(yùn)動(dòng)時(shí)相同?！締栴}探討】?（1）能耗制動(dòng)電阻應(yīng)如何進(jìn)行選擇？（2）在直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制電路中，需要那些低壓電器及設(shè)備？（3）在直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制電路中，電壓繼電器起到什么作用？（4）簡述直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制的工作原理。（5）分析直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制的機(jī)械特性曲線上工作點(diǎn)的移動(dòng)軌跡。（6）為什么對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行弱磁保護(hù)？3.3案例3：直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制3.3.1【解決方案】控制電路的實(shí)現(xiàn)圖3-33所示為直流電動(dòng)機(jī)改變勵(lì)磁電流的調(diào)速控制電路電動(dòng)機(jī)的直流電源是從兩相零式整流電路獲得，電阻R兼有起動(dòng)限流和制動(dòng)限流的作用，電阻R1、RRf為調(diào)速電阻，電阻R2是用來吸收勵(lì)磁繞組的自感電動(dòng)勢，起到過壓保護(hù)的作用。KM1為能耗制動(dòng)接觸器，KM2為運(yùn)行接觸器，KM3為短接電樞起動(dòng)電阻的接觸器。圖3-33直流電動(dòng)機(jī)改變勵(lì)磁電流的調(diào)速控制電路電路的工作原理如下：調(diào)速：在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，調(diào)節(jié)電阻RRf，可以改變電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，從而改變電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。當(dāng)將電阻RRf調(diào)大時(shí)，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就增加，就叫弱磁升速。同樣將電阻RRf調(diào)小時(shí)，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就減大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就減小。起動(dòng)：按下SB2

KM2和KT線圈同時(shí)通電并自鎖電動(dòng)機(jī)的電樞串入電阻R進(jìn)行起動(dòng)經(jīng)過一段延時(shí)后KT延時(shí)閉合觸點(diǎn)閉合使KM3線圈通電并自鎖KM3的主觸點(diǎn)閉合短接起動(dòng)電阻R直流電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。

停車及制動(dòng)：在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，按下SB1

KM2和KM3的線圈同時(shí)斷電釋放其主觸點(diǎn)斷開切斷電動(dòng)機(jī)的電樞回路同時(shí)KM1線圈通電吸合KM1主觸點(diǎn)閉合通過電阻接通能耗制動(dòng)回路電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能耗制動(dòng)而KM1的另外一對(duì)常開觸點(diǎn)閉合短接電容C，使電源電壓全部加在電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈兩端以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在能耗制動(dòng)過程中的強(qiáng)勵(lì)磁的作用，用以加強(qiáng)制動(dòng)效果。松開停止按鈕SB1，制動(dòng)就結(jié)束。3.3.2【知識(shí)進(jìn)階1】直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式（調(diào)速）電氣調(diào)速是人為地改變電氣參數(shù)，有意識(shí)地使電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)由一條機(jī)械特性曲線轉(zhuǎn)換到另一條機(jī)械特性曲線上，為了生產(chǎn)需要而對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行的一種控制。

根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知，當(dāng)電樞電流Ⅰa不變時(shí)(即負(fù)載不變)，只要在電樞電壓、電樞電路的附加電阻Rpa和每個(gè)磁極磁通Φ三個(gè)參數(shù)中，任意改變一個(gè)，都能引起轉(zhuǎn)速的變化。因此，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)可以有三種調(diào)速方法：電樞串電阻調(diào)速、改變電樞電源電壓調(diào)速、弱磁調(diào)速。

調(diào)速指標(biāo)：（1）調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下調(diào)速時(shí)，其最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比，用D表示，即

（2）靜差率靜差率或稱轉(zhuǎn)速變化率是指電動(dòng)機(jī)在一條機(jī)械特性上額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落△n與該機(jī)械特性的理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，用δ表示，即n為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tem=TL時(shí)的轉(zhuǎn)速從上式可看出，在n0相同時(shí)，機(jī)械特性越“硬”，額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降△n越小，靜差率δ越小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性越好，負(fù)載波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速變化也越小。靜差率除與機(jī)械特性硬度有關(guān)外，還與理想空載轉(zhuǎn)速n0成反比圖3-34不同機(jī)械特性的靜差率調(diào)速范圍D與靜差率是互相制約的，當(dāng)采用同一種方法調(diào)速時(shí)，靜差率要求較低時(shí)，則可以得到較寬的調(diào)速范圍；反之，靜差率要求較高時(shí)，則調(diào)速范圍小。如果靜差率要求一定時(shí)，采用不同的調(diào)速方法，其調(diào)速范圍不同，如改變電樞電源電壓調(diào)速比電樞串電阻調(diào)速的調(diào)速范圍大。因此需要調(diào)速的生