第七节 直流电动机的控制电路

直流电动机的正、反转控制电路
1. 改变电枢绕组中的电流方向
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。
第七节
直流电动机的控制电路
【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
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。
图4-20 并励直流电动机的起动控制电路
直流电动机的起动控制电路
（2）工作特点
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。
第七节
【课流电 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
第七节
【课堂练习】
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
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 电路分析：
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。
图4-21 他励直流电动机起动控制电路
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。 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。 图4-21 他励直流电动机起动控制电路
图4-24 串励直流电动机正、反转 控制电路
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。
直流电动机的制动控制电路
1. 能耗制动
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。
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。
图4-25 他励直流电动机能耗 制动原理图
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。
第四章 机床电气控制基本环节
第七节 直流电动机的控制电路
第七节
【教学目标】
直流电动机的控制电路
1. 初步了解直流电动机起动、正反转和制动的 意义和方法； 2. 理解并励式直流电动机起动、正反转控制的 原理； 3. 理解他励式直流电动机制动控制的原理； 4. 了解直流电动机和三相异步电动机控制方法 的异同。
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
直流电动机的制动控制电路
2. 反接制动
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。
（1）他励直流电动机的反接制动
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。 图4-28
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。
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
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。 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R 2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
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。
他励直流电动机反接制动原理图
直流电动机的制动控制电路
（2）串励电动机的反接制动
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。
直流电动机的制动控制电路
（1）他励直流电动机的能耗制动
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。
第七节
【课堂小结】
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
直流电动机
正、反转
制动
三相异步电动机
第七节
【课后作业】
直流电动机的控制电路
无。
图4-29 串励直流电动机反接制动原理图
直流电动机的制动控制电路
直流电动机反接制动应注意两个问题：
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。
图4-23 并励直流电动机正、反转 控制电路
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。
一、直流电动机的起动控制电路
1．并励直流电动机的起动控制电路
（1）工作原理