2.7 直流电动机控制电路

直流电动机具有良好的起动、制动与调速性能，容易实现各种运行状态的自动控制。因此，在工业生产中直流拖动系统得到广泛的应用。直流电动机的控制已成为电力拖动自动控制的重要组成部分。

直流电动机可按励磁方式来分类，如电枢电源与励磁电源分别由两个独立的直流电源供电，则称为他励直流电动机；而当励磁绕组与电枢绕组以一定方式连接后，由一个电源供电时，则按其连接方式的不同而分并励、串励及复励电动机。在机床等设备中，以他励直流电动机应用较多，而在牵引设备中，则以串励直流电动机应用较多。

下面介绍工厂常用的直流电动机的起动、正反转、调速及制动的方法及电路。

1.直流电动机起动控制

直流电动机起动特点之一是起动冲击电流大，可达额定电流的10～20倍。这样大的电流将可能导致电动机换向器和电枢绕组的损坏，同时对电源也是沉重的负担，大电流产生的转矩和加速度对机械部件也将产生强烈的冲击。因此，一般不允许直流电动机全压直接起动，必须采用加大电枢电路电阻或减低电枢电压的方法来限制其起动电流。

图2-29所示为电枢串二级电阻、按时间原则起动的控制电路。图中KA₁为过电流继电器，KM₁为起动接触器，KM₂、KM₃为短接起动电阻接触器，KT₁、KT₂为时间继电器，KA₂为欠电流继电器，R₃为放电电阻。

电路工作原理为：合上电源开关Q₁和控制开关Q₂，KT₁通电，KT₁常闭触点断开，切断KM₂、KM₃电路。保证起动时串入电阻R₁、R₂。按下起动按钮SB₂，KM₁通电并自锁，主触点闭合，接通电动机电枢电路，电枢串入二级电阻起动，同时KT₁断电，为KM₂、KM₃通电短接电枢回路电阻做准备。在电动机起动时，并接在R₁电阻两端的KT₂通电，其常闭触点打开，使KM₃不能通电，确保R₂串入电枢。

经一段时间延时后，KT₁延时闭合触点闭合，KM₂通电，短接电阻R₁，随着电动机转速升高，电枢电流减小，为保持一定的加速转矩，在起动过程中将串接电阻逐级切除，就在R₁被短接的同时，KT₂线圈断电，经一定延时，KT₂常闭触点闭合，KM₃通电，短接R₂，电动机在全压下运转，起动过程结束。

电路中采用过电流继电器KA₁实现电动机过载保护和短路保护；采用欠电流继电器KA₂实现欠磁场保护；采用电阻R₃与二极管VD构成电动机励磁绕组断开电源时的放电回路，避免过电压。

图2-29 电枢串二级电阻、按时间原则起动的控制电路

2.直流电动机正/反转控制

直流电动机的转向取决于电磁转矩M=C_MϕI的方向，因此改变直流电动机转向有两种方法，即：当电动机的励磁绕组端电压的极性不变，改变电枢绕组端电压的极性，或者电枢绕组两端电压极性不变，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。但当两者的电压极性同时改变时，则电动机的旋转方向维持不变。由于前者电磁惯性大，对于频繁正/反向运行的电动机，通常采用后一种方法。

图2-30所示为直流电动机可逆运转的起动控制电路。图中KM₁、KM₂为正、反转接触器，KM₃、KM₄为短接电枢电阻接触器，KT₁、KT₂为时间继电器，KA₁为过电流继电器，KA₂为欠电流继电器，R₁、R₂为起动电阻，R₃为放电电阻。其电路工作情况与图2-29所示相同，此处不再重复。在直流电动机正/反转控制电路中，通常都设有制动和联锁电路，以确保在电动机停转后，再作反向起动，以免直接反向产生过大的电流。

图2-30 直流电动机可逆运转的起动控制电路

3.直流电动机调速控制

直流电动机的突出优点是能在很大的范围内具有平滑、平稳的调速性能。转速调节的主要技术指标是，调速范围D、负载变化时对转速的影响即静差率s以及调速时的允许负载性质等。

直流电动机转速调节主要有以下4种方法：改变电枢回路电阻值调速、改变励磁电流调速和改变电枢电压调速和混合调速。图2-31所示为改变励磁电流进行调速的控制电路，它是T4163坐标镗床主传动电路的一部分。电动机的直流电源采用两相零式整流电路，当起动时，电枢回路中串入起动电阻R，以限制起动电流；在起动过程结束后，由接触器KM₃切除。同时该电阻还兼作制动时的限流电阻。将电动机的并励绕组串入调速电阻R₃，调节R₃即可对电动机实现调速。与励磁绕组并联的电阻R₂是为吸收励磁绕组的磁能而设，以免接触器断开瞬间因过高的自感电动势击穿绝缘，或使接触器火花太大而烧蚀。接触器KM₁为能耗制动接触器，KM₂为工作接触器，KM₃为切除起动电阻用的接触器，它们的工作过程如下。

1）起动。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经过一定时间的延时后，其延时闭合的常开触点闭合，使KM₃吸合并自保，切除起动电阻R，起动过程结束。

2）调速。在正常运行状态下，调节电阻器R₃，即可改变电动机的转速。

3）停车及制动。在正常运行状态下，只要按下停止按钮SB₁，接触器KM₂及KM₃就断电释放，切断电枢回路电源，同时KM₁通电吸合，其主触点闭合，通过R使能耗制动回路接通，同时通过KM₁的另一对常开触点短接电容C，使电源电压全部加于励磁绕组，以实现制动过程中的强励作用，加强制动效果。松开按钮SB₁，制动结束，电路又处于准备工作状态。

图2-31 改变励磁电流进行调速的控制电路

4.直流电动机制动控制

与交流电动机类似，直流电动机的电气制动方法有能耗制动、反接制动和再生发电制动等。为了能够准确、迅速停车，一般只采用能耗制动和反接制动。

（1）能耗制动控制电路

图2-32所示为直流电动机单向运行串二级电阻起动，停车采用单向运行能耗制动的控制电路。图中KM₁为电源接触器，KM₂、KM₃为起动接触器，KM₄为制动接触器，KA₁为过电流继电器，KA₂为欠电流继电器，KA₃为电压继电器，KT₁、KT₂为时间继电器。电动机起动时电路工作情况与图2-34所示相同，停车时，按下停止按钮SB₁、KM₁断电，切断电枢直流电源。此时电动机因惯性，仍以较高速度旋转，电枢两端仍有一定电压，并联在电枢两端的KA₃经自锁触点仍保持通电，使KM₄通电，将电阻R₄并接在电枢两端，电动机实现能耗制动，转速急剧下降，电枢电动势也随之下降，当降至一定值时，KA₃释放，KM₄断电，电动机能耗制动结束。

图2-32 直流电动机单向运行能耗制动控制电路

（2）反接制动控制电路

图2-33所示为电动机可逆旋转、反接制动控制电路。图中KM₁、KM₂为正、反转接触器，KM₃、KM₄为起动接触器，KM₅为反接制动接触器，KA₁为过电流继电器，KA₂为欠电流继电器，KA₃、KA₄为反接制动电压继电器，KT₁、KT₂为时间继电器，R₁、R₂为起动电阻，R₃为放电电阻，R₄为制动电阻，SQ₁为正转变反转行程开关，SQ₂为反转变正转行程开关。该电路采用时间原则两级起动，能正、反转运行，并能通过行程开关SQ₁、SQ₂实现自动换向。在换向过程中，电路能实现反接制动，以加快换向过程。下面以电动机正向运转反向为例说明电路工作情况。

图2-33 电动机可逆运转、反接制动控制电路

电动机正向运转，拖动运动部件，当撞块压下行程开关SQ₁时，KM₁、KM₃、KM₄、KM₅、KA₃断电，KM₂通电。使电动机电枢接上反向电源，同时KA₄通电。

由于机械惯性存在，电动机转速n与电动势E_M的大小和方向来不及变化，且电动势E_M的方向与电压降IR方向相反，此时反接电压继电器KA₄的线圈电压很小，不足以使KA₄通电，使KM₃、KM₄、KM₅线圈处于断电状态，电动机电枢串入全部电阻进行反接制动。随着电动机转速下降，E_M逐渐减小，反接继电器KA₄上电压逐渐增加，当n≈0，E_M≈0，加至KA₄线圈两端电压使它吸合，使KM₅通电，短接反接制动电阻R₄电机串入R₁、R₂进行反向起动，直至反向正常运转为止。

当反向运转拖动运动部件、撞块压下SQ₂时，由KA₃控制实现反转—制动—正向起动过程。