直流电动机调速制动及正反转功能电路的设计

直流电动机调速制动及正反转功能电路的设计

【摘要】：在教学过程中我们设计了一个如下的直流电动机控制电路，这个电路可以实现降低电枢电压对电机进行调速功能，减弱磁通调速功能，在停车时的能耗制动功能以及改变电枢电压方向或者改变励磁电流方向实现电机正反转的功能，每种功能都有一定的工作原理，在文章中主要对上述功能和如何利用PLC进行正反转控制做了分析说明。

【关键词】：直流电动机; 调速; 制动; 正反转; PLC控制

直流电动机的使用是电工学中的一个重要部分，由于学生对直流电动机的认识比较模糊，为了让学生对直流电动机的调速、能耗制动和正反转控制有一个比较深的认识，我们制作了下面的电路对上述功能进行了验证。电路如图1示。

1.在这个电路中可以实现下述功能

1.1 改变电枢电压调速功能

1.2弱磁调速功能

1.3能耗制动功能

1.4改变电枢电压方向或改变励磁电流方向实现电机正反转的功能

2.各种功能的原理分析

直流电动机的等效电路可以表示如图2示。图中Ua是直流电动机电枢两端的端电压，Ia是电枢电流，Te是电动机的电磁转矩，T0是电动机空载转矩，TL是电动机轴上的负载转矩，n是电枢转速。

由（2）式可以看出，只要改变磁通Φ、电枢电压Ua、外接电阻R中的任一个即可改变转速n 。由于串联电阻R，效率低，电阻要消耗能量，故不常采用。

2.1 调速功能

在这个电路中，采取前两种方法。这两种调速方法的原理很多书上都有介绍，在此只做简单说明。升高或者降低Ua时，转速n也要相应升高或降低，但由于受额定电压uN的限制，只允许ua〈UN，所以此种方法只适于n0以下调速。由（1）式知，若保持Ua不变，改变磁通Φ也可以改变转速。由于在额定状态

下磁通Φ已接近饱和，故只能进行弱磁调速。减弱磁通时由n=（Ua-RaIa）/ CeΦ可知转速就要上升。

2.2正反转控制功能

在这个电路中既可以通过改变励磁电流的方向来改变电机的旋转方向又可以通过改变电枢电压的方向来改变电机的旋转方向。

1）改变电枢电压方向来改变电机旋转方向

把开关S2扳向位置1，此时励磁绕组电流的方向由E1→E2，按下启动按钮SB1（或SB2），则接触器KM1（或KM2）吸合，电枢电流由S2→S1（S1→S2），电动机正转（反转）。

2）改变励磁电流的方向来改变电机旋转方向

把开关S2扳向位置1，此时励磁绕组电流的方向由E1→E2，按下启动按钮SB1，则接触器KM1吸合，电枢电流由S2→S1，电动机正转。

若在开始时把开关S2扳向位置2，此时励磁绕组电流的方向由E2→E1，按下启动按钮SB1，则接触器KM1吸合，电枢电流由S2→S1，电动机反转。

2.3 能耗制动分析

在本图中，开关S3扳至位置1时，电动机实现自然停车。当需制动停车时，把S3扳至位置2，此时电枢绕组切断电流后与电位器RP3接通。由于惯性，电枢继续按原方向运转，而励磁绕组仍接在电流上，仍产生磁通，电枢绕组切割磁力线产生感应电动势E，E加在RP3上形成电流，此时电动机就变成了发电机，此电流方向可由右手定则判定，再由左手定则可知电枢绕组的受力方向与转向相反，起制动作用。当转速n为零时，电动势E和电枢电流为零，制动力矩消失。

在制动中，制动电阻越大，则电枢电流越小，制动转矩越小，制动过程就越缓慢，但电机不会过热。反之，制动电阻越小，则电枢电流越大，制动转矩越大，制动过程就越快，但其制动电流要限制在电机最大允许电流之内。制动过程的快慢可以通过调整RP3阻值的大小进行观察。

3.用PLC进行控制

3.4梯形图说明

实验屏送电后，指示灯Y006（HL5）亮，按下X000(SB1)，Y000(KM1)得电保持，此时，S2在位置1（X3）时，指示灯Y002(HL1)亮，若S2在位置2（X4）时，指示灯Y003(HL2)亮。按下X001(SB2)时，Y001(KM2)得电保持，此时，S2在位置1（X3）时，指示灯Y004(HL3) 亮，若S2在位置2（X4）时，指示灯

Y005(HL4)亮。停车时，按下X2(SB3)，把1000000（64）送到Y0-Y6中，使指示灯Y006（HL5）亮，Y0-Y5复位，实现停车。

参考文献

[1] 汤天浩. 电机与拖动基础, 机械工业出版社, 2004.

[2] 陈景谦. 电工技术, 机械工业出版社, 2002.

[3] 史国生. 电气控制与可编程控制器技术, 化学工业出版社, 2004.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。