第3章 电机调速控制线路【第3讲】汇总
任务三 直流电动机的调速控制线路安装与调试
任务三直流电动机的调速控制线路安装与调试（一）学习目标1.理解和掌握直流电动机调速原理和方法2.正确安装、调试控制电路，确保电路稳定运行（二）任务引导通过教师讲解直流电动机主要三种调速方法和控制电路，学生根据先前所学电磁理论进行消化吸收；然后按照控制电路，正确连接、调试，直至电路运行正常。
（三）相关知识直流电动机的调速是指电动机的机械负载不变的条件下，改变电动机的转速。
根据直流电动机的转速公式：n=(U-IaRa)/CeΦ可知，直流电动机有3种调速方法：改变电枢回路的电阻、改变磁通量和改变电枢电压。
串励直流电动机和并励直流电动机的调速方法相同，下面以并励直流电动机为例分别介绍这3种调速方法的控制。
1.电枢回路串电阻调速法电枢回路串电阻调速法就是在直流电动机的电枢回路中串联一只调速变阻器来实现调速的方法，如下图：图5-3-1并励直流电动机的电枢回路串电阻调速原理图这种调速方法属恒转矩调速，只能在电动机的额定转速以下进行调速，调速范围较小，而且稳定性较差，能量损耗较大。
但是这种调速方法设备简单，操作方便，被广泛适用于短期工作、容量较小且机械特性要求不太高的场合。
电枢回路串电阻调速法的线路可参阅前面的起动控制线路。
2.改变励磁磁通调速法改变励磁磁通调速法是通过改变励磁电流的大小来实现调速的，如下图：图5-3-2 并励直流电动串电阻调速原理图它通过调节励磁电路的附加电阻Rs来改变励磁电流的大小，即改变励磁磁通大小，来实现调速。
正常情况下，由于直流电动机在额定转速运行时，并励绕组通过的是额定励磁电流，磁路已稍有饱和，所以可以通过改变附加电阻Rs的数值来减小励磁电流，从而减小励磁磁通，实现调速(也称弱磁调速)。
采用这种调速法只能在额定转速以上的范围内调速。
采用这种方法调速时要注意的是，不可将转速调得过高，以免振动较大，换向条件恶化，甚至发生飞车事故。
3.改变电枢电压调速法由于电网电压是一定的，若通过改变电网电压来实现调速，一般是很困难的。
双速和三速电动机的起动和自动调速控制线路
双速和三速电动机的起动及其自动调速控制线路双速和三速电动机的起动及其自动调速控制线路简单介绍如下：一、双速异步电动机的控制一〕双星形／三角形接法的双速电动机的控制线路。
1、双速电动机的定子绕组联接双星形／三角形接法的电动机共有六个出线端，改变这六个出线端与电源的连接方式，就可以得到两种不同的转速。
双速电动机六个引出端的新符号为：U1、V1、W1、U2、V2、W2；对应的旧符号为：D1、D2、D3、D4、D5、D6。
双星形/三角形双速电动机的定子绕组接线图如图2 1301所示由图21301可知，当电动机需要低速工作时，三相电源L1、L2、L3分别接U1、V1、W1，其余三个出线端空着不接。
此时电动机接成三角形，磁极为四极，电动机的实际转速大约每分钟1450转左右；当电动机需要高速运转时，三相电源分别接在U2、V2、W2三个出线端上，其余三个出线端短接。
磁极为二极，电动机转速为每分钟2900转左右。
2、双星形／三角形接法的双速电动机的控制线路双星形／三角形接法的双速电动机的控制线路如图21302所示。
双星形／三角形接法的双速电动机的控制线路与前面介绍的可逆控制线路根本一样。
所以图21302略去了接线图，对其原理也不作详细分析，只对其中比拟特殊的地方，作几点说明如下。
1〕在SB2常开按钮两端并联两个串联的常开触头KM2、KM3的目的是：使接触器KM2、KM3同时完好地工作，这两个接触器，其中如有一个接触器没有闭合，那么另一个接触器将因为不能自锁而断开。
2〕前面介绍的几种可逆控制线路，略加改动后均可用于：双星形／三角形接法的双速电动机，以及后面将要介绍的双三角形／星形，双星形／双星形接法的双速电动机。
有兴趣的读者，可自行试验。
3〕接线完毕并检查无误后，两种速度应分别试车，如果两种速度的旋转方向不一致，可将KM1或KM2中的任意两根电源线，进展对调既可。
这个过程一般称为“调相〞。
4〕图21302以及后面其余多速电动机的控制线路中，热继电器只画出一个。
三相异步电动机调速控制线路
a）结构示意图
（b）涡流与转矩方向
（c）爪极式磁极
图2.32 爪极式电磁滑差离合器的结构示意图
2、电磁调速异步电动机控制线路
2.自动换极的电磁滑差离合器调速控制线路
2、电磁调速异步电动机控制线路
• 电磁滑差离合器的机械特性： 励磁电流愈大、转速愈高； 励磁ห้องสมุดไป่ตู้流愈小、转速愈低。
1.变频调速原理： 将电网电压提供的恒压恒频交流电转换为变压变频的交流电，通过
平滑改变异步电动机的供电频率f来调节n0，从而实现无级调速。
实现的装置：变频器 采用模块化结构，集数字技术、计算机技术和现代自动控制技术于一
体的智能型交流电动机调速装置。
分类：通用变频器、高性能专用、高频变频器、单相变频器和三相变频 器等。
4、变频调速控制线路
2. 变频器的基本构成与基本功能
图2.36 变频器的基本构成
4、变频调速控制线路
3. 通用变频器的规格
• 容量：
额定输出电流是关键量
• 输出电压：
220v 380v
• 输出频率：
50Hz 60Hz 120Hz 240Hz
• 瞬时过载能力：
常常设计为每分钟150%额定电流或每分钟120%额 定电流。
在上图中：调节电阻Rp可以改变励磁电流的大小，从而改变生产机械的 转速。
注意：当需要负载停止运行时，首先将励磁电流减为零，然户按下停止 按钮SB1。
3、绕线式异步电动机转子串电阻的调速控制线路
按时间原则启动 、能耗制动
延时闭合的动断触点
KV 图2.35 按时间原则起动、能耗制动的控制线路
4、变频调速控制线路
4. 变频器的接线
电动机调速控制ppt
串级调速
通过改变转子回路的电阻 或电抗来调节转速，适用 于大中型电动机。
滑差调速
通过改变转子与定子之间 的滑差来调节转速，适用 于中小型电动机。
步进电动机调速
脉冲频率控制
通过改变输入脉冲的频率来调节 转速，实现精确控制。
步进角控制
通过改变步进角的大小来调节转 速，适用于高精度定位控制。
电流控制
通过改变驱动电流的大小来调节 转速，适用于大负载和低转速场
详细描述
通过改变电动机输入电源的频率，可以改变电动机的同步转 速，从而实现调速。变频调速具有调速范围广、调速精度高 、动态响应快等优点，是现代电力传动中最重要的调速方式 之一。
串级调速
总结词
通过在电动机转子回路中串入可调节的附加电动势，改变转子回路的电阻，实现 调速。
详细描述
在电动机转子回路中串入可调节的附加电动势或电阻，可以改变转子电流和转矩 ，从而实现调速。串级调速能够实现有级或无级调速，但设备复杂，成本较高。
06
电动机调速的未来发展
数字化控制技术的发展
数字化控制技术
随着微处理器和数字信号处理器的广泛应用，电动机的调速控制越来越依赖于数字化技术。数字化控 制技术具有高精度、高可靠性、易于实现复杂控制算法等优点，为电动机调速控制带来了新的发展机 遇。
智能控制算法
数字化控制技术的发展为智能控制算法的应用提供了可能。例如，模糊控制、神经网络控制、预测控 制等算法在电动机调速控制中得到了广泛应用，这些算法能够提高电动机的动态响应性能和稳态精度 。
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03
电动机调速方法
变压调速
总结词
通过改变电动机输入电压来调节其转速，实现调速。
三相交流异步电动机的调速控制电路
三相交流异步电动机的调速控制电路由三相沟通异步电动机的转速公式可知，要转变异步电动机的转速，可采纳转变电源频率f 1 、转变磁极对数p 以及转变转差率s 等3 种基本方法。
1、变极调速原理转变异步电动机定子绕组的连接方式，可以转变磁极对数，从而得到不同的转速。
常见的沟通变极调速电动机有双速电动机和多速电动机。
双速电动机定子绕组常见的接法有Y/YY 和△ /YY 两种。
下图所示为4/2 极△ /YY 的双速电动机定子绕组接线图。
在制造时每相绕组就分为两个相同的绕组，中间抽头依次为U2 、V2 、W2 ，这两个绕组可以串联或并联。
依据变极调速原理“定子一半绕组中电流方向变化，磁极对数成倍变化”，下图(a) 将绕组的U1 、V1 、W1 三个端子接三相电源，将U2 、V2 、W2 三个端子悬空，三相定子绕组接成三角形（△）。
这时每相的两个绕组串联，电动机以4 极运行，为低速。
下图(b) 将U2 、V2 、W2 三个端子接三相电源，U1 、V1 、W1 连成星点，三相定子绕组连接成双星（YY ）形。
这时每相两个绕组并联，电动机以 2 极运行，为高速。
依据变极调速理论，为保证变极前后电动机转动方向不变，要求变极的同时转变电源相序。
(a) 低速△形接法(b) 高速YY 形接法图4/2 极△ /YY 形的双速电动机定子绕组接线图2、变极调速掌握电路4/2 极的双速沟通异步电动机掌握电路如下图所示。
图4/2 极的双速沟通异步电动机掌握电路上图中，合上电源开关QS ，按下SB2 低速起动按钮，接触器KM1 线圈得电并自锁，KM1 的主触点闭合，电动机M 的绕组连接成△形并以低速运转。
由于SB2 的动断触点断开，时间继电器线圈KT 不得电。
按下高速起动按钮SB3 ，接触器KM1 线圈得电并自锁，电动机M 连接成△形低速起动；由于SB3 是复合按钮，时间继电器KT 线圈同时得电吸合，KT 瞬时动合触点闭合自锁，经过肯定时间后，KT 延时动断触点分断，接触器KM1 线圈失电释放，KM1 主触点断开，KT 延时动合触点闭合，接触器KM2 、KM3 线圈得电并自锁，KM2 、KM3 主触点同时闭合，电动机M 的绕组连接成YY 形并以高速运行。
调速电机调速器接线图【附图】
1、不隔离型（仅指BL产品）a、外部电位器连接方式：使用一个2W/10K 电位器控制驱动器调速，按照下图进行接线。
安装方法：电位器的连接说明（BL产品）：注意1、驱动器所提供的5V输出电压，因电流较小（5mA），所以不能外接其它负载（如：数显表、指示灯等），否则造成驱动器的损坏。
2、为了减少不必要的电子信号干扰，应尽量缩短速度调节电位器的连线长度，当连线超过0.5m时，必须使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
b、外置VID连接方式：0-5V，0-10V，4-20mA 控制信号经过专用隔离器转换后连接到VID接口，每种控制应用只能使用一种控制信号进行控制。
订货时需要说明控制方式。
外置VID隔离器（另配）的连接使用请参考下图所示：注意外置VID接口线若过长，请务必使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
2、隔离型：（仅指AL产品）对于AL隔离型产品，使用0-5V，0-10V或4-20mA的外部标准信号控制连接方式见下图所示。
每种控制应用只能使用一种控制信号进行控制。
订货时需要说明控制方式。
注意1、标准信号输入务必使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
2、以上控制方式的连接，只能选用一种方式连接，不能同时连接几种方式。
3、所有控制信号的连线务必使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
使能控制：INHIBIT使能控制连接：该控制方式可通过一个“使能线路”来进行控制器输出的停止和开启控制如下图所示：也可以使用一个集电极开路（NPN）来代替开关进行控制。
当“使能控制端”两端闭合时，控制器内部电路会迅速（取ACCEL设定值）提升马达转速，直到MAX SPD设定值上。
当“使能控制端”两端断开时，控制器内部电路会快速降低马达转速，直到马达停止运转。
【注】当控制距离较长时，请采用转换传输（就近连接）方式，使能控制的连线务必使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
如下图所示：注意当频繁控制电机的启动、停止时请务必使用此端子控制。
否则，可能造成设备的损坏。
交流输入电源说明：1、驱动器的电源输入端与电源之间，必须加装一只快速熔断保险和电源应急总开关，以防必要时紧急断电。
第三章第三节 电力系统的经济调度与自动调频
第三节 电力系统的经济调度与自动调频1）经济调度控制（EDC ）的任务是使电力系统运行具有良好的经济性 2）有人称EDC 为三次经济调整。
一、等微增率分配负荷的基本概念 1）微增率定义输入耗量微增率与输出功率微增率的比值。
PF b ∆∆=（a ） 锅炉耗量特性 （d ）锅炉耗量微增率 （b ） 汽轮机耗量特性 （e ）汽轮机耗量微增率 （c ） 发电机耗量特性 （f ）发电机耗量微增率由于汽轮机的微增率变化不大和发电机的效率接近1，所以整个机组的耗量特性和微增率可以认为如图3-15（a ）和图3-15（d ）的形状。
耗量微增率随输出功率的增加而增大。
2）等微增率法则运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷，这样就可使系统总的燃料消耗（或费用）为最小，从而是最经济的。
两台机组并联运行为例：机组1为P 1，微增率为b 1机组2为P 1，微增率为b 2 且b 1>b 2 总的负荷不变的前提下调整一下负荷分配：机组1的功率减小P ∆，即功率变为'1P ，微增率减小到'1b ，减小的燃料消耗P 1、1b 、1b '、1P '所围的面积)(b )(a )(c )(d )(e )(f FP FP FPbPbP bP oooooo图3-15 三种典型的耗量特性及其微增率曲线机组2增加相同的P ∆，其功率变为'2P ，微增率增至'2b ，增加的燃料消耗P 2、2b 、、'2b '2P 所围的面积两个面积的差即为减少的燃料消耗 3）等微增率准则数学证明设有n 台机组，每台机组承担的负荷为P 1，P 2，…，P n ，对应的燃料消耗为F 1，F 2，…，F n ，则总的燃料消耗为∑=-n i i F F 1（3-29）而总负荷功率P L 为∑==n i i L p P 1（3-30）现在要使发电机组总的输出在满足负荷的条件下，总的燃料消耗为最小，即使F F min =。
电路识图58-电动机调速控制电路详解
电路识图58-电动机调速控制电路详解一、电动机调速控制电路的结构组成首先要了解电路组成，明确电路中各主要部件与电路符号的对应关系。
三相交流感应电动机调速控制电路结构组成见下图。
该电路主要由供电电路、保护电路、控制电路和三相交流感应电动机（双速电动机）等构成，其中供电电路包括电源总开关QS；保护电路包括熔断器FU1~FU5，过热保护继电器FR1，FR2；控制电路包括停止按钮SB3，高速运转按钮SB2，低速运转按钮SB1，交流接触器KM1，KM2，KM3。
该电路中的高速运转按钮和低速运转按钮采用复合开关，内部设有一对常开触点和一对常闭触点，可起到联锁保护作用。
二、电动机调速控制电路工作过程从控制元件入手，通过对电路信号流程的分析，掌握电动机调速控制电路的工作过程。
1、电动机的低速运转过程第一步：合上电源总开关QS，接通三相电源；第二步：按下低速运转按钮SB1，常开触点SB1-1接通，常闭触点SB1-2断开；第三步：常开触点SB1-1接通，交流接触器KM1线圈得电，常开触点KM1-1接通，电动机定子绕组呈三角形，电动机开始低速运转，常开触点KM1-2接通，可实现自锁功能，常闭触点KM1-3断开，防止接触器KM2，KM3线圈得电，起联锁保护作用。
2、电动机的高速运转过程第一步：当电动机需要高速运转时，按下高速运转按钮SB2，常闭触点SB2-1断开，常开触点SB2-2接通；第二步：常闭触点SB2-1断开，接触器KM1线圈得电，常开常闭触点均复位，电动机断电低速惯性运转；第三步：常开触点SB2-2接通，交流接触器KM2,KM3线圈得电，常开触点KM2-2，KM3-2接通，实现自锁功能，常闭触点KM2-3，KM3-3断开，防止接触器KM1线圈得电；常开触点KM2-1，KM3-1接通；第三步：KM2-1，KM3-1接通后，电动机定子绕组成YY形连接，电动机开始高速运转。
3、电动机停机过程当电动机需要停机时，按下停止按钮SB3，无论电动机处于何种运行状态，交流接触器线圈均断电，常开、常闭触点全部复位，电动机停止运转。
三速电动机与控制线路
汇报人：XX 2024-01-23
目 录
• 三速电动机概述 • 控制线路基本概念 • 三速电动机控制线路分析 • 三速电动机调速方法及实现 • 三速电动机控制线路设计与应用 • 三速电动机与控制线路发展趋势及挑战
01
三速电动机概述
定义与原理
定义
三速电动机是一种能够实现在不 同速度下运行的电动机，通常具 有三种不同的速度档位。
• 在安装和调试过程中，要严格按照相关规 范进行操作，确保系统的稳定性和可靠性 。
注意事项与故障处理
电动机无法启动
检查电源、控制器、保护电路等是否正常工作，排除故障后重新启 动。
电动机转速异常
检查控制信号、电动机本身以及负载情况，调整相应参数或进行维 修处理。
系统过热
检查散热条件、负载情况以及控制器设置等，采取相应措施降低系统 温度。
选用合适的控制器
根据控制线路的需求，选择合适的控制器 ，如PLC、变频器等。
设计控制线路
根据电动机类型和控制需求，设计相应的 控制线路，包括主电路、控制电路、保护 电路等。
典型应用案例分析
1 2 3
案例一
风机调速系统。通过三速电动机控制线路实现风 机的无级调速，满足不同风量需求。
案例二
水泵调速系统。利用三速电动机控制线路实现水 泵的恒压供水，提高供水系统的稳定性和节能效 果。
、停止和调速等操作。
保护电路
03
包括过载保护、短路保护等，确保电动机在高速运转过程中的
安全。
中速控制线路
电源电路
为电动机提供中速运转所需的适中电压或电流。
控制电路
通过控制开关或变频器等元件，实现对电动机中速运转的启动、 停止和调速等操作。
三相异步电动机的调速控制线路
四、电磁调速异步电动机控制线路
电磁调速异步电动机又称滑差电动机，由异步电动机、电磁 离合器和控制装置构成。 1电磁离合器 组成：由电枢和磁极构 成。电枢与异步电动机 相连，是主动部分，磁 极与输出轴相连， 是 从动部分。电枢与磁极 无机械联系，是一种电 磁联系。
2工作原理：电枢与异步电动机相联，二者一起运转。 若磁极线圈中不通入直流励磁电流时，不产生磁场，电枢 与磁极之间既无电联系也无磁联系，磁极不转动，相当于 离合器“断开”。 若磁极线圈中通入直流励磁电流，磁极产生磁场，磁极与 电枢之间就有了电磁联系。电枢与磁极间相互运动，电枢 切割磁感线产生感应电流，电流又与磁极相互作用，产生 与电动机转动方向相同的转动力矩，相当于离合器“啮 合”。 磁极转速必然小于电枢（异步电动机）转速。
3、特点
①从动部分转速与励磁电流有 关，在转矩不变情况下，励磁 电流越大则从动部分转速越高。 改变励磁电流即可实现调速。 ②机械特性较软，励磁电流不 变，负载转矩增大则转速迅速 降低，为了得到平滑的调速特 性，需加自动调速装置。 缺点：转速越低，则发热越厉害，不宜长时间低速运行。
4、电磁调速异步电动机控制线路
KM2主闭合，电动机双Y高速运行
三、绕线式异步电动机的调速
采用改变转子电路中电阻的调速方法。电阻越大， 转速越低，故又称为调速电阻。属于改变转差率 调速。 优点：电路简单，操作方便，故用于起重机、吊 车等短时工作机械。 缺点：将一部分本可以转化为机械能的电能，消耗 在电阻上变为热能散发掉，降低了电动机的效率。
KM1-2断开
KM1-1闭合，自锁 KA4闭合 KM1主闭合 电动机Δ起动 KA3闭合 KM1-3闭合 KA通电 KA2闭合 KA1断开 KM1主断开 电动机断电 KM1-1断开，解除自锁 KM1-3断开 KM1-2闭合 KM2通 电吸合 自锁 KT断电 延时 KT2闭合
三相异步电动机的调速控制线路
三相异步电动机的调速控制线路
调速
一、多速机的调速控制线路
转速：
多速电动机：双速、三速、四速
双速电机定子：一套绕组
三速、四速电机定子：二套绕组。
三角形(四极、低速)与双星形(二极、高速)接法：恒功率调速，适用于金属切削机
床。
星形(四极、低速)与双星形(二极、高速)接法：恒转矩调速，适用于起重机、电梯、
皮带运输机。
鼠笼式：采用多速机 绕线机：转子绕组中分级串电阻 )1(60)1(0s p f s n n -=-=
注意：为变速前后转向不变，三相电源应换相。
二、调速电路的选择
（1）接电次数在500次小时以下，对调速要求不高，可采用笼型电动机拖动。
a)、限制起动电流：降压起动
b)、快速制动：能耗制动、反接制动。
（2）接电次数在700次小时左右，对调速无特殊要求，可采用交流绕线型异步电动机拖动。
a)、提高可靠性：直流操作并以时间为变化参量分级起动。
b)、可逆运转并要求迅速反向：反接制动，静阻转矩变化不大时，采用以时间为变化参量控制反接制动，否则采用以转速(电势)为变化参量控制反接制动。
c)、单向运转并要求淮确停车的，一般采用能耗制动。
（3）工作比较紧张，接电次数在1000次小时上下，采用由车间直流电网供电的直流复励或并励电动机拖动，以时间为变化参量分级起动。
a)、准确停车，采用一级或二级能耗制动，
b)、迅速反转，采用反接制动。
根据需要在制动时可采用电气、机械联合制动。
（4）工作特别紧张，接电次数在1200次小时以上，要求满速范围宽，调速性能好，具有挖土机特性。
采用晶闸管供电电动机拖动。
三相异步电动机调速控制电路
线1.双路速异步电动机定子绕组(ràozǔ)的
连接
U1
U2
W2
U2
W2
U1 V1 W1
V1
V2
W1
L1 L2 L3
U1 V1 W1
U2 V2 W2
精品资料
V2 U1 V1 W1 U2 V2 W2
L1 L2 L3
1、接触器手动控制(kòngzhì)的双速电动机调速 电路
精品资料
三只交流接触器双速控制
精品资料
•HL1为电动机停止兼电源指示灯 •HL2为电动机低速运转指示灯 •HL3为电动机中速运转指示灯 •HL4为电动机高速运转指示灯 •HL5为电动机低速过载(guòzài)指示灯 •HL6为电动机中速过载(guòzài)指示灯 •HL7为电动机高速过载(guòzài)指示灯
精品资料
1、三速电机(diànjī)手动控制电路 （三角形—星型— 双星型）
精品资料
3.高速运转 按下高速启动按钮SB4,SB4的两组常闭触点断开，其中SB4的一组常闭触点切断交流接触器KM3线 圈电源，KM3线圈断电释放，KM3三相主触点断开，电动机U2、V2、W2失电而停止(tíngzhǐ)中速 运转。KM3辅助常开触点断开，中速运转指示灯HL3灭，SB4 的另一组常闭触点断开，对KM1起互 锁作用，在SB4启动按钮按下的同时，SB4的一组常开触点闭合，接通高速交流接触器KM2、KM4 线圈回路电源KM2、KM4线圈得电吸合，KM2、KM4辅助常开触点闭合自锁。KM2三相主触点闭合， 将电动机绕组U1、V1、W1接成人为Y点，KM4三相主触点闭合，电动机绕组U3、V3、W3通以三 相380交流电源，接成2Y型高速启动。与此同时，KM2、KM3辅助常闭触点断开，起互锁作用。 KM2、KM4辅助常开触点闭合，指示灯HL4亮，说明电动机已高速启动运转了。 4.停止(tíngzhǐ) 无论电动机处于任何运转速度，只要按下停止(tíngzhǐ)按钮SB1即切断了相应的交流接触器线圈电 源，使其断电释放。其三相主触点断开，电动机失电而停止(tíngzhǐ)运转。同时相应的指示灯灭， 以指示电动机停止(tíngzhǐ)运转。
第3章直流电动机电机与电气控制技术经典课件工程师必备教学课程
每一台直流电机上面都有一块铭牌，上面标注各种额定 数据，说明该直流电机的型号、规格、性能，是用户合理 选择和正确使用直流电机的依据。
第3章 直流电动机
电机与电气控制技术
6.1.2 直流电机的铭牌数据
每台直流电机上面都有一块铭牌，铭牌数据是生产厂家根据 国家标准要求，设计和试验所得的一组反映电机性能的主要数 据。铭牌上标注有各种额定数据，说明该直流电机的型号、规 格、性能，是用户合理选择和正确使用直流电机的依据。
直流电动机的转速：
n Ea U I a Ra
Ce
Ce
第3章 直流电动机
电机与电气控制技术
直流电动机的转速： n
Ea
U I a Ra
Ce
Ce
若将电磁转矩公式代入上式即可得到电机转速另一形式
n
U CT
Ra CTCe 2
T
n0
CT
其中的n0为空载转速，C是一常数，反映了电机特性曲线斜
率。
n
空载电磁转矩T0是因电动机上的轴承、电刷和整流环 间的摩擦、电枢和磁系统的旋转以及铜损耗而形成的阻转 矩。空载阻转矩T0的数值可以用没有负载时的电动机功率 P0来计算。空载功率是能保持额定转速时的最低电压与电 流的乘积。
直流电动机的空载损耗P0很小，大约只是额定输出功率 的2%~3%，故空载阻转矩也为输出转矩的2%~3%。
直流电机的定子都 包含哪几部分？各 部分作用如何？
直流电机的转子都 包含哪几部分？各 部分作用如何？
电机与电气控制技术
3.2 直流电动机的工作原理
直流电动机工作原理是建立在电磁力和电磁感应的基础上。为 了便于分析问题，我们把复杂的直流电机结构用下图所示的直流 电动机简化模型来代替。
第3章 电机调速控制线路【第3讲】
3.8 三相异步电动机的变频调速控制线路
(以三菱FR-A540变频器为例)
回顾
3.9 直流电动机的控制线路
3.9.1 直流电动机的基本原理
3.9.2 直流电动机的基本分类 3.9.3 直流电动机的基本控制线路——起动和正反转控制 3.9.4 直流电动机调速控制线路
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A
C
B
１
２
A
B
C
C
B
(3)三相双三拍 三相步进电机按AB-BC-CA-AB方式通电。
30 0
A
A
B
C
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3 电机调速控制线路
3.10 步进电动机的调速控制
3.10.3 步进电机的工作原理
步距角定义：当外加一个脉冲信号于步进电机时其 转轴就转过一个角度所转动的角度称为步距角。 步距角公式：
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3 电机调速控制线路
3.10 步进电动机的调速控制
3.10.4 步进电机控制——软件分配
四相八拍的步进电机
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3.10.4 步进电机控制——软件分配
OUT4 OUT3 OUT1 OUT2
IN1、IN2、IN3、IN4
3.10 步进电动机的调速控制
3.10.4 步进电机控制
A+红 A-绿 B+黄 B-蓝 OPTO：为输入信号的公共端，OPTO端须接外部系统的VCC。 DIR：方向电平信号输入端，高低电平控制电机正/反转。 FREE：脱机信号(低电平有效)，当此输入控制端为低时，电机励磁电流 被关断，电机处于脱机自由状态。 CP：步进脉冲信号输入，下降沿有效，信号电平稳定时间不小于3us。
三速电动机与控制线路.
/4 R2
2
R12 X
UN m1 s 2 R R 2 X X 2 1 1 2 1 (U N / 3 ) 2 m1 2 s 2 R / 4 ( R / 4) 2 X / 4 X / 42 1 1 2 1
KM2
KH KM4 U1
3
3
3
V1 W1
U4 V4 W4 U3 U2 V2 W2 M 3～
KM3
KM1
KM2
KM1
低速
Y 中速
YY 高速
QS L1 L2 L3 FU1
FU2
经KT1整定时间 KT1延时断开触头 分断, KH KM1线圈失电
SB4 KT1 SB1 KM1 SB2
KT1延时闭合触头 闭合, KM2线圈得电
FU2
KM2触头动作,
电动机接成Y形,
KH 中速过渡
SB4 KT1 SB1 KM1 SB2 KM2 SB3 KM3 KT2 KT2 KT1 KM3 KM3 KM4 KM3 KM1 KT2 KM2 KM2 KT1 KM4 KM1 KT1 KM2 KT2 KM3 KM4
KM2
KH KM4 U1
3
3
3
V1 W1
3 变极调速的机械特性 (1) Y－YY 变极 ① 2P（串联） → p（并联）， nsY → nsYY=2nsY 。 ② N1→N1/2 ，R，X→ (Ｒ,Ｘ) / 4 。 ③ sm 不变，UN不变。
R2
sm Y smYY
R12 X 1 X 2
2
/ 4 ( R1 / 4) 2 X 1 / 4 X 2
1 变极原理
τ
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常用方法：
(2) 改变励磁磁通调速 ——通过改变励磁电流的大小来实现调速。
下图通过调节励磁电路的附加电阻R来改变励磁电流的大小， 从而实现调速。
+
+
F1 M_
F2
R1
R
_
_
他励直流电动机调磁调速原理图
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3
二相整流电路
FU3
C
B
◆ 定子上均匀地分布了六个磁极，每个磁极上绕有绕组。
A
◆ 转子上没有绕组，且假设转子仅有两个齿。
１２ A
(1)三相单三拍
■当只有A相绕组通电时，转子将受到磁场拉力，旋 转到与A相绕组轴线对齐。
B C
C B
１ ２
■ 将A相通电换接为只有B相绕组通电，转子便转
A
A
到使其轴线与B相绕组轴线重合的位置。
启动：
按下起动按钮SB2，KM2、KT得电吸合并自锁，电动机M 串电阻R起动，KT延时后使KM3吸合并自保，切除起动电 阻R ，启动过程结束。
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L1 FU1 VD1 L2 FU1 VD2
FU 2 KM2
F1 R2
F2
M_
R3
R1
R
KM3 KM1
FU3 FR
L1 FU1 VD1 FU2
F1 停止按钮
FR
L2 FU1 VD2
(1)电枢回路串
电阻R启动
(2)制动时限流
R
电阻
KM2 M_ KM3 KM1
R2
S
启动按钮
B1
F2 R3
SB2
调速电阻
R1
KM2
KM3
KM1
KT KM2
KM3
KM3
N
KM2 FU 2
C KM1
FU3
KM1
KM2
KT
KM3
工作过程
改变励磁电流进行调速的控制线路
SB1 SB2
KM2 KM3
KM1
KT KM2
KM3
KM3
N
KM2 FU 2
C KM1
FU3
KM1
KM2
KT
KM3
改变励磁电流进行调速的控制线路
调速： 调节电阻器R3，改变电动机的转速。
停车制动： 正常运行时，按下按钮SB1，KM2及KM3断电释放，KM1 通电吸合，通过R使能耗制动回路接通，同时短接电容C， 电源电压全部加于励磁绕组实现制动过程中的强励作用。 松开按钮SB1，制动结束，电路又处于准备工作状态。
B
■ 若三相绕组按A-B-C轮流导电，每换接一相，则磁场轴线沿A-B-C方向 C 转过60°，步进电机转子在空间上转过一个角度，该角度称为步距角。
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3.10 步进电动机的调速控制
3.10.3 步进电机的工作原理
(1)三相单三拍
说明：
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3.9 直流电动机的控制线路
3.9.4 直流电动机调速控制线路
常用方法：
(1) 电路回路串电阻调速 (2) 改变励磁磁通调速——通过改变励磁电流的大小来实现调速。 (3) 改变电枢电压调速 (4) 混合调速：把调压调速与调磁调速结合起来
F2 R
范围较小，且稳定性较差，能量损耗较大。
由于这种调速方法设备简单，操作方便， 所以在短期工作、容量较小且机械特性硬
_
_
他励直流电动机电枢
度要求不太高的场合，仍然使用这种调速 方法。
回路串电阻调速原理图
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3 电机调速控制线路
3.9 直流电动机的控制线路
C
B
１２
A
A
“三相”——定子为三相绕组； “单”——每次只有一相绕组通电，如果每次有两相通 电，则称为“双” ； “拍”——通电次数（即从一种通电状态转到另一种通 电状态）。
B C
A
若三相绕组按A-B-C轮流导电，每换接一相，则磁场轴线沿 B
A-B-C方向转过60°，其过程如右图所示。
１ ２
C B
600
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3 电机调速控制线路
3.10 步进电动机的调速控制
3.10.1 步进电机的基本概念
定义：步进电动机是一种把电脉冲转换成角位移的电动机。
用专用的驱动电源向步进电动机供给一系列的且有一定规律的电脉冲信 号，每输入一个电脉冲，步进电机就前进一步，其角位移与脉冲数成正 比，电机转速与脉冲频率成正比，而且转速和转向与各相绕组的通电方 式有关。
A
分类：根据励磁方式的不同，步进电动机分为：
反应式——转子无绕组
励磁式——转子有绕组
混合式（又叫永磁感应式）——转子无绕组，有磁钢
B
目前反应式步进电动机应用较多。
C
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3 电机调速控制线路
3.10 步进电动机的调速控制
3.10.2 步进电机的基本结构
步进电机与一般电机结构类似，除了托 架、外壳之外，就是转子和定子，转子 为永久磁铁，线圈是绕在定子上。
1) 定子——由硅钢片叠成，装上一定相 数的控制绕组，由环形分配器送来电脉 冲，对多相定子绕组轮流励磁。 2) 转子——用硅钢片叠成或软磁性材料 做成的凸极结构。
绕组
A N B N
N C
S
A定子铁心转子Fra bibliotek心SC
A 相磁 通0
S B
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3.10 步进电动机的调速控制
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3 电机调速控制线路
3.9 直流电动机的控制线路
3.9.4 直流电动机调速控制线路
常用方法：
(1) 电枢回路串电阻调速
——即在直流电动机的电枢回路中串联一只调速变阻器来实现调速的
方法，如图所示：
电枢回路串电阻调速法只能使电动机的转
+
+
速在额定转速以下范围内进行调速。调速
F1 M_
A
C
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3 电机调速控制线路
3.10 步进电动机的调速控制
3.10.3 步进电机的工作原理
3.10.2 步进电机的基本结构
根据线圈的配置，可分为2相、3相、 4相、5相等。3相步进电机是由三组 线圈所构成，如右图所示。
绕组
A N B N
N C
S
A
定子铁心
转子铁心
SC
A 相磁 通0
S B
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3 电机调速控制线路
3.10 步进电动机的调速控制
3.10.3 步进电机的工作原理
3 电机调速控制线路
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3.8 三相异步电动机的变频调速控制线路
(以三菱FR-A540变频器为例)
3.9 直流电动机的控制线路
3.9.1 直流电动机的基本原理 3.9.2 直流电动机的基本分类 3.9.3 直流电动机的基本控制线路——起动和正反转控制 3.9.4 直流电动机调速控制线路
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