激光設(shè)備控制技術(shù)教材——第三章第七節(jié)

1、第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的控制電路直流電動(dòng)機(jī)雖然不如三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便、維護(hù)容易，但它具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速性能，容易實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)控制。尤其是他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能和控制電路接近，所以下面僅以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例，介紹直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的基本控制電路。一、單向運(yùn)轉(zhuǎn)起動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制的要求與交流電動(dòng)機(jī)類似，即在保證足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下，應(yīng)盡可能地減小起動(dòng)電流。由電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，直流電動(dòng)機(jī)電壓平衡方程式與反電動(dòng)勢(shì)為：U = EM +IM Rm （3-2）EM = Cen

2、（3-3）式中：U為電源電壓（V）；EM為電樞反電動(dòng)勢(shì)（V）；IM為電動(dòng)機(jī)電樞電流（A）；Rm為電動(dòng)機(jī)電樞電阻（）；Ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，與電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)；為電動(dòng)機(jī)每極下的主磁通（Wb）；n為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）。 從公式中我們可以看出，電動(dòng)機(jī)在剛起動(dòng)瞬間，由于n = 0、EM =0、電樞電流IM = U / Rm ，由于電樞電阻Rm很小，所以 直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)特點(diǎn)之一就是起動(dòng)沖擊電流更大，可達(dá)額定電流的1020倍，這樣大的起動(dòng)電流將可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)換向器和電樞繞組的損壞；同時(shí)對(duì)電源也是很重的負(fù)擔(dān)；大電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和加速度對(duì)機(jī)械部件也將產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊。故在選擇起動(dòng)方案時(shí)必須予以充分考慮，除小型直

3、流電動(dòng)機(jī)外一般不允許直接起動(dòng)。圖3-38為電樞串接二級(jí)電阻按時(shí)間原則起動(dòng)控制電路。圖中KM1為電源控制接觸器，KM2、KM3為短接起動(dòng)電阻接觸器，KA1為過(guò)電流繼電器，KA2為欠電流繼電器，KT1、KT2為時(shí)間繼電器，R1、R2為起動(dòng)電阻，R3為放電電阻。圖3-38 直流電動(dòng)機(jī)電樞串二級(jí)電阻按時(shí)間原則起動(dòng)控制電路起動(dòng)時(shí)合上電源開關(guān)QS1和QS2。在按下起動(dòng)按鈕SB2以前，斷電延時(shí)時(shí)間繼電器KT1線圈已得電，其常閉觸頭KT1已斷開。在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流正常后，KA2的常閉觸頭閉合，為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)做好準(zhǔn)備。按下SB2后，KM1通電吸合，主觸頭閉合，使電動(dòng)機(jī)M串R1和R2起動(dòng)，同時(shí)KT1斷電釋放并開始延

4、時(shí)。由于起動(dòng)電阻R1上有壓降，使KT2通電吸合，其常閉觸頭斷開。KT1延時(shí)時(shí)間到，其延時(shí)閉合的常閉觸頭閉合，接通KM2的線圈回路，KM2的常開觸頭閉合，切除起動(dòng)電阻R1，電動(dòng)機(jī)進(jìn)一步加速。同時(shí)KT2線圈被短接，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)，其延時(shí)閉合的常閉觸頭閉合，接通接觸器KM3的線圈回路，KM3的常開主觸頭閉合，切除最后一段電阻R2，電動(dòng)機(jī)再一次加速進(jìn)入全電壓運(yùn)轉(zhuǎn)，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。過(guò)電流繼電器KA1實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)；欠電流繼電器KA2實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)弱磁保護(hù)；電阻R3與二極管VD構(gòu)成電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組斷開電源時(shí)的放電回路，以免產(chǎn)生過(guò)電壓。二、可逆運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路改變直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的方法有兩種，一是保持勵(lì)磁

5、磁場(chǎng)方向不變，改變電樞電流的方向；二是保持電樞電流的方向不變，改變勵(lì)磁磁場(chǎng)，即磁通的的方向。通過(guò)改變磁通的方向改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法其過(guò)程較慢，故常采用改變電樞電流的方式改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。圖3-39為直流電動(dòng)機(jī)電樞反接法正反轉(zhuǎn)控制電路。其控制原理如下：按下起動(dòng)按鈕SB2時(shí)，接觸器KM1得電，主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)電樞繞組接通電源，起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)（設(shè)此時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)方向?yàn)檎D(zhuǎn)），并由KT1、KT2、KM3、KM4控制電樞回路的電阻R1、R2。前進(jìn)至壓下SQ2時(shí)，KM1線圈失電，KM2線圈得電，電動(dòng)機(jī)電樞繞組被反接。由于電動(dòng)機(jī)本身的慣性，先進(jìn)行反接制動(dòng)，再反向起動(dòng)。在這一過(guò)程中，KT1線圈有一短時(shí)的接通，其常閉觸

6、頭斷開，使KM3、KM4線圈斷電，保證電樞繞組在反接的過(guò)程中串入電阻R1、R2。圖3-39 直流電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)起動(dòng)控制電路在此電路中，采取了兩個(gè)接觸器KM1、KM2的聯(lián)鎖控制，避免了因起動(dòng)按鈕SB1和SB2的誤操作而不能使電動(dòng)機(jī)正常工作。KM3、KM4為短接電樞電阻接觸器，KA1為過(guò)電流繼電器，KA2為欠電流繼電器，R1、R2為起動(dòng)電阻，R3為放電電阻，SQ1為反向轉(zhuǎn)正向行程開關(guān)，SQ2為正向轉(zhuǎn)反向行程開關(guān)。三、制動(dòng)控制電路直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和再生制動(dòng)。為獲得迅速、準(zhǔn)確的停車，一般采用能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)。1.直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制電路圖3-40為直流電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)、串二級(jí)

7、電阻起動(dòng)、能耗制動(dòng)的控制電路。電路的動(dòng)作過(guò)程如下：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，先合上電源開關(guān)QS1和QS2，按下起動(dòng)按鈕SB2時(shí)，接觸器KM1得電吸合，主觸頭閉合，使電動(dòng)機(jī)M串電阻R1和R2起動(dòng)，同時(shí)KT1斷電釋放開始延時(shí)，由于起動(dòng)電阻R1上有壓降，使KT2通電吸合，使其常閉點(diǎn)斷開。KT1延時(shí)到，其延時(shí)閉合的常閉觸頭閉合，接通KM2的線圈回路，KM2的常開觸頭閉合，切除起動(dòng)電阻R1，電動(dòng)機(jī)進(jìn)一步加速，同時(shí)KT2線圈被短接，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)，其延時(shí)閉合的常閉觸頭閉合，接通接觸器KM3的線圈回路，KM3的常開主觸頭閉合，切除最后一段電阻R2，電動(dòng)機(jī)再一次加速，進(jìn)入全電壓運(yùn)轉(zhuǎn)，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。圖3-40 直流電動(dòng)機(jī)單向

8、旋轉(zhuǎn)串二級(jí)電阻起動(dòng)能耗制動(dòng)控制電路停車時(shí)，按下停止按鈕SB1，KM1線圈斷電釋放，其主觸頭斷開電動(dòng)機(jī)電樞直流電源，但電動(dòng)機(jī)因慣性仍按原方向旋轉(zhuǎn)，在保持勵(lì)磁不變的情況下，電樞導(dǎo)體切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使并聯(lián)在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓繼電器KA3經(jīng)自鎖觸頭仍保持通電。KA3常開觸頭閉合，使KM4線圈通電吸合，其常開主觸頭將電阻R4并接在電樞兩端，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，電樞電動(dòng)勢(shì)也隨之下降，當(dāng)降至一定值時(shí)，KA3釋放，KM4線圈斷電，電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)結(jié)束。2.直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制電路圖3-41為電動(dòng)機(jī)可逆旋轉(zhuǎn)、反接制動(dòng)控制電路。其動(dòng)作原理如下：合上電源開關(guān)QS，勵(lì)磁繞組得電并開始勵(lì)

9、磁，同時(shí)，時(shí)間繼電器KT1和KT2線圈得電吸合，它們的延時(shí)閉合的常閉觸頭瞬時(shí)斷開，接觸器KM4和KM5線圈處于斷電狀態(tài)，時(shí)間繼電器KT2的延時(shí)時(shí)間大于KT1的延時(shí)時(shí)間，此時(shí)電路處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。按下正向起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KML線圈得電吸合，其主觸頭閉合，直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串入電阻R1和R2而減壓起動(dòng)，KML它的常閉觸頭（1-16）斷開，時(shí)間繼電器KT1和KT2斷電，經(jīng)一定的延時(shí)時(shí)間后，KT1延時(shí)閉合的常閉觸頭先閉合，然后KT2延時(shí)閉合的常閉觸頭閉合，接觸器KM4和KM5先后得電吸合，先后切除電阻R1和R2，直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。由于起動(dòng)開始時(shí)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為零，電壓繼電器KV不會(huì)動(dòng)作，所以接觸器KM1、KM2（或KM3）都不會(huì)動(dòng)作，當(dāng)電動(dòng)機(jī)建立起反電動(dòng)勢(shì)后，電壓繼電器KV吸合，其常開觸頭閉合，接觸器KM2得電吸合并自鎖，其常開觸頭（7-9）的閉合，為反接制動(dòng)作好準(zhǔn)備。圖中R3為反接制動(dòng)限流電阻，R為電動(dòng)機(jī)停車時(shí)勵(lì)磁繞組的放電電阻。假設(shè)電動(dòng)機(jī)原來(lái)正轉(zhuǎn)，按下停止按鈕SB1，則正向接觸器KML線圈斷電釋放，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)由于慣性仍按原方向高速旋轉(zhuǎn)，反電動(dòng)勢(shì)仍較高，電壓繼電器KV不會(huì)釋放，因而KML釋放后，KM1線圈得電吸合并自鎖，同時(shí)KM1觸頭（6-7）閉合，使接觸器KMR瞬時(shí)得電吸合，電樞通以反向電流，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。同時(shí)，在R3上的常閉觸頭斷開，使電動(dòng)機(jī)在串入R3（及R1、R