2.7 直流電動機控制電路

直流電動機具有良好的起動、制動與調速性能，容易實現各種運行狀態的自動控制。因此，在工業生產中直流拖動系統得到廣泛的應用。直流電動機的控制已成為電力拖動自動控制的重要組成部分。

直流電動機可按勵磁方式來分類，如電樞電源與勵磁電源分別由兩個獨立的直流電源供電，則稱為他勵直流電動機；而當勵磁繞組與電樞繞組以一定方式連接后，由一個電源供電時，則按其連接方式的不同而分并勵、串勵及復勵電動機。在機床等設備中，以他勵直流電動機應用較多，而在牽引設備中，則以串勵直流電動機應用較多。

下面介紹工廠常用的直流電動機的起動、正反轉、調速及制動的方法及電路。

1.直流電動機起動控制

直流電動機起動特點之一是起動沖擊電流大，可達額定電流的10～20倍。這樣大的電流將可能導致電動機換向器和電樞繞組的損壞，同時對電源也是沉重的負擔，大電流產生的轉矩和加速度對機械部件也將產生強烈的沖擊。因此，一般不允許直流電動機全壓直接起動，必須采用加大電樞電路電阻或減低電樞電壓的方法來限制其起動電流。

圖2-29所示為電樞串二級電阻、按時間原則起動的控制電路。圖中KA₁為過電流繼電器，KM₁為起動接觸器，KM₂、KM₃為短接起動電阻接觸器，KT₁、KT₂為時間繼電器，KA₂為欠電流繼電器，R₃為放電電阻。

電路工作原理為：合上電源開關Q₁和控制開關Q₂，KT₁通電，KT₁常閉觸點斷開，切斷KM₂、KM₃電路。保證起動時串入電阻R₁、R₂。按下起動按鈕SB₂，KM₁通電并自鎖，主觸點閉合，接通電動機電樞電路，電樞串入二級電阻起動，同時KT₁斷電，為KM₂、KM₃通電短接電樞回路電阻做準備。在電動機起動時，并接在R₁電阻兩端的KT₂通電，其常閉觸點打開，使KM₃不能通電，確保R₂串入電樞。

經一段時間延時后，KT₁延時閉合觸點閉合，KM₂通電，短接電阻R₁，隨著電動機轉速升高，電樞電流減小，為保持一定的加速轉矩，在起動過程中將串接電阻逐級切除，就在R₁被短接的同時，KT₂線圈斷電，經一定延時，KT₂常閉觸點閉合，KM₃通電，短接R₂，電動機在全壓下運轉，起動過程結束。

電路中采用過電流繼電器KA₁實現電動機過載保護和短路保護；采用欠電流繼電器KA₂實現欠磁場保護；采用電阻R₃與二極管VD構成電動機勵磁繞組斷開電源時的放電回路，避免過電壓。

圖2-29 電樞串二級電阻、按時間原則起動的控制電路

2.直流電動機正/反轉控制

直流電動機的轉向取決于電磁轉矩M=C_M?I的方向，因此改變直流電動機轉向有兩種方法，即：當電動機的勵磁繞組端電壓的極性不變，改變電樞繞組端電壓的極性，或者電樞繞組兩端電壓極性不變，改變勵磁繞組端電壓的極性，都可以改變電動機的旋轉方向。但當兩者的電壓極性同時改變時，則電動機的旋轉方向維持不變。由于前者電磁慣性大，對于頻繁正/反向運行的電動機，通常采用后一種方法。

圖2-30所示為直流電動機可逆運轉的起動控制電路。圖中KM₁、KM₂為正、反轉接觸器，KM₃、KM₄為短接電樞電阻接觸器，KT₁、KT₂為時間繼電器，KA₁為過電流繼電器，KA₂為欠電流繼電器，R₁、R₂為起動電阻，R₃為放電電阻。其電路工作情況與圖2-29所示相同，此處不再重復。在直流電動機正/反轉控制電路中，通常都設有制動和聯鎖電路，以確保在電動機停轉后，再作反向起動，以免直接反向產生過大的電流。

圖2-30 直流電動機可逆運轉的起動控制電路

3.直流電動機調速控制

直流電動機的突出優點是能在很大的范圍內具有平滑、平穩的調速性能。轉速調節的主要技術指標是，調速范圍D、負載變化時對轉速的影響即靜差率s以及調速時的允許負載性質等。

直流電動機轉速調節主要有以下4種方法：改變電樞回路電阻值調速、改變勵磁電流調速和改變電樞電壓調速和混合調速。圖2-31所示為改變勵磁電流進行調速的控制電路，它是T4163坐標鏜床主傳動電路的一部分。電動機的直流電源采用兩相零式整流電路，當起動時，電樞回路中串入起動電阻R，以限制起動電流；在起動過程結束后，由接觸器KM₃切除。同時該電阻還兼作制動時的限流電阻。將電動機的并勵繞組串入調速電阻R₃，調節R₃即可對電動機實現調速。與勵磁繞組并聯的電阻R₂是為吸收勵磁繞組的磁能而設，以免接觸器斷開瞬間因過高的自感電動勢擊穿絕緣，或使接觸器火花太大而燒蝕。接觸器KM₁為能耗制動接觸器，KM₂為工作接觸器，KM₃為切除起動電阻用的接觸器，它們的工作過程如下。

1）起動。按下起動按鈕SB₂，KM₂、KT得電吸合并自鎖，電動機M串電阻R起動，KT經過一定時間的延時后，其延時閉合的常開觸點閉合，使KM₃吸合并自保，切除起動電阻R，起動過程結束。

2）調速。在正常運行狀態下，調節電阻器R₃，即可改變電動機的轉速。

3）停車及制動。在正常運行狀態下，只要按下停止按鈕SB₁，接觸器KM₂及KM₃就斷電釋放，切斷電樞回路電源，同時KM₁通電吸合，其主觸點閉合，通過R使能耗制動回路接通，同時通過KM₁的另一對常開觸點短接電容C，使電源電壓全部加于勵磁繞組，以實現制動過程中的強勵作用，加強制動效果。松開按鈕SB₁，制動結束，電路又處于準備工作狀態。

圖2-31 改變勵磁電流進行調速的控制電路

4.直流電動機制動控制

與交流電動機類似，直流電動機的電氣制動方法有能耗制動、反接制動和再生發電制動等。為了能夠準確、迅速停車，一般只采用能耗制動和反接制動。

（1）能耗制動控制電路

圖2-32所示為直流電動機單向運行串二級電阻起動，停車采用單向運行能耗制動的控制電路。圖中KM₁為電源接觸器，KM₂、KM₃為起動接觸器，KM₄為制動接觸器，KA₁為過電流繼電器，KA₂為欠電流繼電器，KA₃為電壓繼電器，KT₁、KT₂為時間繼電器。電動機起動時電路工作情況與圖2-34所示相同，停車時，按下停止按鈕SB₁、KM₁斷電，切斷電樞直流電源。此時電動機因慣性，仍以較高速度旋轉，電樞兩端仍有一定電壓，并聯在電樞兩端的KA₃經自鎖觸點仍保持通電，使KM₄通電，將電阻R₄并接在電樞兩端，電動機實現能耗制動，轉速急劇下降，電樞電動勢也隨之下降，當降至一定值時，KA₃釋放，KM₄斷電，電動機能耗制動結束。

圖2-32 直流電動機單向運行能耗制動控制電路

（2）反接制動控制電路

圖2-33所示為電動機可逆旋轉、反接制動控制電路。圖中KM₁、KM₂為正、反轉接觸器，KM₃、KM₄為起動接觸器，KM₅為反接制動接觸器，KA₁為過電流繼電器，KA₂為欠電流繼電器，KA₃、KA₄為反接制動電壓繼電器，KT₁、KT₂為時間繼電器，R₁、R₂為起動電阻，R₃為放電電阻，R₄為制動電阻，SQ₁為正轉變反轉行程開關，SQ₂為反轉變正轉行程開關。該電路采用時間原則兩級起動，能正、反轉運行，并能通過行程開關SQ₁、SQ₂實現自動換向。在換向過程中，電路能實現反接制動，以加快換向過程。下面以電動機正向運轉反向為例說明電路工作情況。

圖2-33 電動機可逆運轉、反接制動控制電路

電動機正向運轉，拖動運動部件，當撞塊壓下行程開關SQ₁時，KM₁、KM₃、KM₄、KM₅、KA₃斷電，KM₂通電。使電動機電樞接上反向電源，同時KA₄通電。

由于機械慣性存在，電動機轉速n與電動勢E_M的大小和方向來不及變化，且電動勢E_M的方向與電壓降IR方向相反，此時反接電壓繼電器KA₄的線圈電壓很小，不足以使KA₄通電，使KM₃、KM₄、KM₅線圈處于斷電狀態，電動機電樞串入全部電阻進行反接制動。隨著電動機轉速下降，E_M逐漸減小，反接繼電器KA₄上電壓逐漸增加，當n≈0，E_M≈0，加至KA₄線圈兩端電壓使它吸合，使KM₅通電，短接反接制動電阻R₄電機串入R₁、R₂進行反向起動，直至反向正常運轉為止。

當反向運轉拖動運動部件、撞塊壓下SQ₂時，由KA₃控制實現反轉—制動—正向起動過程。