直流电动机启动、调速控制线路
实验题目类型：设计型
《电机与拖动》实验报告实验题目名称：直流电动机启动、调速控制线路
实验室名称：电机及自动控制
实验组号：指导教师：
报告人：学号：
实验地点：实验时间：
指导教师评阅意见与成绩评定
一、实验目的
1、掌握并励直流电动机电枢电路串电阻起动的方法。
2、掌握并励直流电动机改变电枢电阻和改变励磁电流调速的方法。
3、掌握并励直流电动机的制动方法。
4、提交实验成果。
二、实验设备
三、实验技术路线
实验前预习要点：
1.直流电动机的起动
起动的方法
a)串电阻起动
串电阻起动就是在启动时将一组启动电阻R串入电枢回路，以限制启动电流，而当转数上升到额定转数后，再把启动变阻器从电枢回路中切除。
串电阻起动的优点是启动电流小；缺点是变阻器比较笨重，启动过程中要消耗很多的能量。
b)降电压起动
降电压起动就是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的办法来限制启动电流，当然降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于大功率直流电机。
2.直流电动机的调速
调速的种类与方法：
a)调节电枢供电电压
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。
变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。
b)改变电动机主磁通
改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。
变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。
c)电枢回路串电阻调速
电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。
但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。
3.直流电动机的制动方
法
能耗制动
并励直流电动机在能耗制动时要保持励磁电流不变，在电枢两端从电源断开的同时，其立即接到一个制动电阻上。
这时电动机内主磁场保持不变，电枢因机械惯性继续旋转，电动机由电动机状态立即转至发电机状态，此时电枢电流反向。
从而产生的电磁转矩与原来反，称为制动转矩，故转速迅速下降，直到停转。
电动机机械系统所储存的动能，全都转为电能而消耗在制动电阻上，所以称能耗制动。
反接制动
这同异步电动机反接制动的道理一样，在制动时，强迫电动机朝相反的方向转动
而促电动机立即停转。
直流电动机反接制动时，在保持励磁电流条件（方向和值的大小）的情况下，利用倒向开关将电枢两端反接在电源上，此时电枢电流将变成负值，随之产生很大的制动性电磁转矩使电动机停转。
这里的是制动时为限制电流太大而串人电枢回路的电阻。
反接制动的优点是很快能使电动机迅速停转；缺点是电枢电流可能过大。
为此反接时须接人足够的电阻，将电枢电流限制在一定允许值范围内；此外，当转速下降时，必须及切断电源，否则电动机将反转。
四、实验内容
1. 直流电动机的起动实验步骤：
1) 取来本次试验所用器件挂置在实验工作台上。
2) 按照实验接线图接线，实验前所有开关都应处在断开位置。
3) 请老师查看接线，待老师检查所接线路无误、批准后执行以下操作。
4) 合上交流电源总开关，将电源控制屏的电压调制220V左右。
5) 按下“启动”按钮，接通直流电源。
实验原理图
2.并励直流电动机使用时的注意事项
1)当给并励直流电动机接通电源的瞬间，启动电流很大，这样大的启动电流将会烧坏换向
器，因此电枢电路中需串联一个可调启动电阻，启动时将电阻置于最大值，随着电动机转速的增加而逐渐减小电阻值，当电动机达到额定转速时，完全撤出启动电阻。
2)使用并励直流电动机时，切忌在电动机运转时断开励磁电路，以免造成励磁电流等于零，
而主磁极上仅有很少的剩磁，使反电动势小，这样电枢电流将会急剧增加，电动机转速也将急剧增加，将造成俗称的“飞车”，引起严重事故。
直流电动机的起动、调速、制动接线图
三相可调变阻器的检查：
将其与直流电源接通，串入直流电流表，并入直流电压表。
通过调节其阻值，记录并计算变阻器的好坏。
在本次试验中，实验室的并励电动机也可以充当他励使用，连接时只需将电机绕组与励磁输出电压相连。
他励电动机的起动与调速与并励电动机一样，但他励电动机在制动时则不同。
在停车时，先关闭电枢输出电压则电动机完成制动，若先关闭励磁输出电压则会出现飞车的现象。
五、实验结果陈述与总结
1.实验结论
在本次试验中，我们主要做了并励直流电动机电枢电路串电阻起动的方法、改变电枢电阻和改变励磁电流调速的方法和并励直流电动机的制动方法。
通过这次试验，我对并励直流电动机有了进一步的认识和理解，我们基本掌握了并励直流电动机的电枢电路串电阻起动的方法、改变电枢电阻和改变励磁电流调速的方法，对并励直流电动机有了更深的了解。
同时也掌握了并励直流电动机的制动方法。
2.收获与不足
在本次实验中，我们相继做了并励直流电动机电枢电路串电阻起动的方法、改变电枢电阻和改变励磁电流调速的方法和并励直流电动机的制动方法的实验。
通过这些实验使我们更好的了解并励直流电动机。
六、参考文献（资料）
1．唐介电机与拖动. 第三版. 高的教育出版社，2014年
2．电机教学实验台实验指导书. 杭州教仪设备有限公司，2011年。
直流电动机控制线路
图3.1 他励直流电动机使用三端启动器工作原理图
4
利用接 触器构成的 他励直流电 动机启动控 制线路如图 3.2所示。
图3.2 他励直流电动机降压启动控制线路
线路工作原理为：
5
2．利用时间继电器自动控制他励直流电动机启动控制线路 图3.3是利用接触器和时间继电器配合他励直流电动机电枢 串电阻降压启动控制线路。线路工作原理为：
，电动机电枢惯性旋转。SB1 的动合触点后闭合，接触器
KM2线圈得电，电枢电路中的KM2主触点闭合，电枢接入反 方向电源，串入电阻进行反接制动。
14
图3.7 反接制动控制线路
2．能耗制动控制线路 直流电动机的能耗制动控制线路如图3.8所示。
15
图3.8 能耗制动控制线路
线路工作原理为：SB2为启动按钮，它可以接通接触器
18
本 章 小 结
直流电动机在生产设备中得到了广泛应用，特别是在要求较宽 的调速范围和较快过渡过程系统中。在要求有较大的启动转矩和 一定的调速范围的设备中（如电气机车、电车），也使用直流电 动机拖动。 对直流电动机的控制可分成启动、制动、调速和保护等基本环 节，这些环节也应由按钮、接触器、继电器等低压电器组成。
图3.5 利用行程开关控制的他励直流电动机正、反转控制线路
10
线路工作原理为：接通电源后，按下启动按钮前，欠电流继 电器KA2得电动作，断电型时间继电器KT1线圈得电，接触器KM3、 KM4线圈断电。
按下正转启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电，时间继电器KT1
开始延时。电枢电路直流电动机电枢电路串入R1、R2电阻启动。 随着启动的进行，转速不断提高，经过KT1设置的时间后，接触
20
直流电动机也可以采用机械制动或电气制动。电气制动就是使电 动机产生的电磁转矩与电动机旋转方向相反，使电动机转速迅速下 降。他励直流电动机的电气制动方法有反接制动、能耗制动等。 反接制动是将正在做运转的直流电动机的电枢两端突然反接，但
并励直流电动机的基本控制线路
KT
KM3
并励直流电机正反转控制线路
QF L+ L-
反转启动:
合上QF 励磁绕组得电 励磁 线圈KA得电， 动合触头闭合 KT线圈得电， 延时闭合瞬时 断开触头断开
KM1 KM2
M
KA SB3
SB1 KM1 KM2
R
I＜
KM3
KM2
SB2 KM1
KM1 KM2
KM1
KM1
KM2
KT KM2
KA
KM1
R
I＜
KM3
KM2
SB2 KM1
KM1 KM2
KM1
KM1
KM2
KT KM2
KA
KM1
KM2
KT
KM3
并励直流电机正反转控制线路
QF L+ L-
KT经过整定 时间 KT动断触头 延时闭合, KM3线圈得 电 KM3触头闭 合 切除电阻 电动机全速 运行
KM1 KM2
M
KA SB3
SB1 KM1 KM2
KM1 KM2
QF L+
L
KM3
KM6
KM7
KA RB
R1
SB3
KM3
R2 SB1
KM1
KV KM1
KM1触头 动作
电动机串 联全部电 阻启动
KM2
KM1
M
KV
KM1 KM2
I<
SB2 KM5 KM4 KM2 KM1
KM2 KM2 KM3 KM1 KM4 KM2 KM5
KM1 KM2
QF L+
L
KM1
KM1 KA1
M
KA2
KM1
直流电机调速器接线图【图解】
直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，直流调速器由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电动机无法取代的，因此调节直流电动机速度的设备——直流调速器具有广阔的应用天地。
直流调速器接线图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。
任务1并励直流电动机启动控制线路的的安装与检修
课题一 并励直流电动机基本控制线路的安装与检修
任务1 并励直流电动机启动控制线路的的安装与检修
识读分析并励直流电动机启动控制线路的构成和 工作原理，并能对其进行正确的安装、调试与检修。
任务1 并励直流电动机启动控制线路的的安装与检修
5）停转时，切断电源开关QF，将调速变阻器RP的阻值调到 零，并检查启动变阻器RS是否自动返回起始位置。
任务1 并励直流电动机启动控制线路的的安装与检修
二、安装注意事项 1.通电试车前，要认真检查励磁回路的接线，必须保证连接可靠， 以防止电动机运行时出现因励磁回路断路失磁引起“飞车”事故。
2.启动时，应使变阻器RP短接，使电动机在满磁情况下启动；启 动变阻器RS要逐级切换，不可越级切换或一扳到底。
于最左端的“0”位；调速变阻器RP的阻值调到零。 2）合上电源QF。 3）慢慢转动启动变阻器RS的手轮8，使手轮从0位逐步转至
5位，逐级切除启动电阻。在每切除一级启动电阻后要停留数秒 钟，用钳形电流表测量电枢电流以观察电流的变化情况。
4）调节调速变阻器RP，在逐渐增大其阻值时，要注意测 量电动机转速，其转速不能超过电动机的最高转速2 000 r/min。
断路；
电阻是否断路；
（3）弧形铜条与手柄的静触点 3．用欧姆表检查弧形铜条与手柄
接触不良
的静触点接触情况
（转下页）
任务1 并励直流电动机启动控制线路的的安装与检修
线路故障的现象、原因及检查方法
故障现象
原因分析
检查方法
手柄移至 启 可能原因是：
动电阻某点 某一静触点与动触点接触面 用欧姆表检查该静触点与动触点
直流电动机启动控制线路研究
在实际理论教学和实践教学中基本控制线路的教学都是以交流电动机基本控制线路为主没有单独针对直流电动机控制线路的教材可借鉴本文针对这个问题研究了直流电动机的点动控制连续转动控制和电枢回路串电阻控制问题给出了的基本控制线路供广大读者参考
山 西 青 年
理 论 研 究
直流 电动机启动控 制线路研究
Ｆ一
Ｑ Ｆ
ＫＨ
ｓ Ｓ Ｂ ２ — Ｋ ± Ｋ Ｍ １ ＋ 甲Ｋ
Ｋ Ｔ
＾
启动
ｎ ｌ 低 速
—
短路Ｒ
Ｋ Ｍ ２ — — — — ＞ｎ Ｉ（ 全 速 运 行 ）
Ｋ Ｔ 一（ 延 时 到 ）
工作过程是 ：
究
（ １ ） 开始先放一段录像 ：运动员游泳和潜水员潜入水 中 不同深度的水 中，运动员 为什 么要穿不 同的衣服？这样 引入 ， 联 理就在身边。
水。学生很 自然 的想到 ，液体压 强还与液体密度有关 ．也能进一 （ ６） 液体 压强公 式推 导。将蒙有橡 皮膜的玻璃 管放入水槽
点评 ：播放视频 ，目的是抛给学生一个值得思考 的问题 ：在 步得 出，液体 密度越大 ，压强越大 。
题 ，桌面 受到茶杯对 它的压强 吗？ 接着在茶杯 中倒 入水 ，再 问杯
底受 到水对它 的压 强吗？杯 壁受到水 对它的压强 吗？ 基于 前面固 度 ， 符 合初 中生感性思维较 强 ．理性思维尚不完善的思维特征。
体压强的学 习，学生容易 回答第 一个 问题 。后 两个问题 ，要通过 三 、总 结反思
刘胜 长
杨 永庄
薛福 林
直流电机控制器原理图
直流电机控制器原理图直流电机控制器是指控制直流电机运行的设备，其主要作用是根据外部输入信号来控制电机的启动、停止、正反转以及调速等功能。
直流电机控制器原理图是直流电机控制系统的核心部分，通过原理图可以清晰地了解控制器的工作原理和电路结构，有利于工程师们进行系统设计和故障排查。
一般来说，直流电机控制器原理图包括电源模块、控制模块、驱动模块和保护模块等部分。
电源模块主要用于将外部交流电源转换为直流电源，为整个系统提供电能；控制模块则负责接收外部控制信号，并通过逻辑运算和电路控制来实现对电机的启停、正反转和调速等功能；驱动模块则是根据控制模块的输出信号，驱动电机正常运行；保护模块则用于监测电机和系统的工作状态，一旦出现异常情况，及时采取保护措施，避免损坏设备。
在直流电机控制器原理图中，控制模块是最核心的部分，它通常包括信号输入端、逻辑控制电路和输出端。
信号输入端可以接收外部控制信号，比如启停信号、正反转信号、调速信号等，这些信号经过处理后，通过逻辑控制电路的运算，最终输出给驱动模块，实现对电机的控制。
逻辑控制电路通常采用集成电路或者单片机等器件来实现，其结构复杂，但是可以实现多种控制功能，具有很高的灵活性和可靠性。
此外，直流电机控制器原理图中的驱动模块也是非常重要的部分，它的主要作用是根据控制模块的输出信号，驱动电机正常运行。
驱动模块通常采用功率器件和驱动电路来实现，其设计需要考虑到电机的功率大小、负载特性以及工作环境等因素，以确保电机能够稳定、高效地运行。
总的来说，直流电机控制器原理图是直流电机控制系统的核心部分，它的设计和实现直接影响到整个系统的性能和稳定性。
工程师们在进行系统设计和故障排查时，需要充分理解原理图的结构和工作原理，合理选择电路元件和器件，确保系统能够稳定、可靠地运行。
同时，随着科技的发展，直流电机控制器原理图也在不断地更新和优化，以满足不同应用场景的需求，提高系统的性能和可靠性。
直流电机调速系统实验
第一章直流电机调速系统实验实验一单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。
(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“转速变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。
电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。
这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。
在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。
电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。
同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。
当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。
直流电动机的控制线路
KI2
KT2
R
I<
-
KT2 R1
KT1
KM2
KI2 KT1 KA KM1 KM2 KM3
( (
+
Байду номын сангаас
+
QF1
I> KI1 KM1
QF2
KA KM1
3 位
KA
M
VD KM1 R2 KM3 R
KI1
KI2
KT2
I<
-
R1 KM2
KT2
KT1
KI2 KT1 KA KM1 KM2 KM3
( (
SA
+
+
QF1
( (
+
+
QF1
I> KI1 KM1
QF2
KA KM1
2 位
KA SA
M
VD KM1 R2 KM3
KI1
KI2
KT2
R
I<
-
KT2 R1
KT1
电气控制技术项目教程第3版 项目8 直流电动机控制电路安装与调试
项目教程(第2版)项目八
项目八 直流电动机控制电路安装与调试
学习目标
知识目标： ❖ 了解直流电动机的特点及分类。 ❖ 掌握并励直流电动机起动、调速控制原理。 ❖ 掌握并励直流电动机正反转控制原理。 技能目标： ❖ 能正确安装并励直流电动机起动、调速控制电路。 ❖ 能正确安装并励直流电动机正反转控制电路。 职业素养目标： ❖ 严谨认真、规范操作。 ❖ 环保意识、节约意识、协作意识。
任务一 并励直流电动机的起动、调速控制 电路安装与调试
任务二 并励直流电动机正反转控制电路 安装与调试
4
任务一 并励直流电动机的起动、调速控制电路安装与调试
一、并励直流电动机的起动
电动机工作时，转子总是从静止状态开始转动，转速逐渐上升， 最后达到稳定运行状态，由静止状态到稳定运行状态的过程称为起 动过程。
合使用,作为辅助调速；调速范围窄,在磁通减少
太多时,由于电枢磁场对主磁场的影响加大,会使
电机火花增大,换向困难,最高转速控制在1.2倍
额定转速范围以内；在减少励磁调速时,如果负
并励直流电动机 改变主磁通调速
载转矩不变,电枢电流必然增大,要防止电流太大 带来的问题。
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任务一 并励直流电动机的起动、调速控制电路安装与调试
n U Ia Ra Ce
三种电气调速方法： 1）电枢回路串电阻调速； 2）改变主磁通调速； 3）改变电枢电压调速。
9
任务一 并励直流电动机的起动、调速控制电路安装与调试
1.电枢回路串电阻调速
电枢回路串电阻调速是在电枢电路中串接调速变 阻器来实现的。
并励直流电动机 电枢回路串电阻调速
这种调速方法的特点是：只能使电动机的转 速在额定转速以下范围内进行调节，故其调速范 围不大，一般为1.5：1；调速电阻RP长期通过较 大的电枢电流，不但消耗大量的电能，而且使机 械特性变软，转速受负载影响变化大,所以不经 济，稳定性较差；这种调速方法所需设备简单, 操作方便，投资少,所以，对于短期工作、功率 不太大且机械特性硬度要求不太高的场合仍广泛 采用。
电动机的基本控制线路
KM3通电 常闭触点断开,KT3断电,经延时,常闭触点闭合 常开触点闭合,短接R2 KM4通电 常闭触点断开,KT1断电,经延时, 常开触点断开,KM2断电,切除R3
这时电动机转速已很低或停转
2.反接制动控制线路
按SB1，KM1断电→常闭触点闭合→
☆ 手动控制时，将SA扳向“手动”,进入起动
起动完,按SB3，KA及KM2动作，将频敏变阻器短接， 电动机进入正常运行
六、电机软起动器
• 结构:电源与电动机之间串接晶闸管调压电路
• 每一相由反并联的两个晶闸管构成
• 利用晶闸管移相控制原理，控制三相反并联 晶闸管的导通角，使被控电动机的输入电压 按不同的要求而变化
闭合,短接电阻R1→再延时后KT1常闭触点闭合
→ KM3通电,常开触点闭合,短接电阻R2 →电机正常工作
按SB1→电机停转
2、并励直流电动机起动控制线路
按SB2→ KM1通电常开触点闭合,电机串电阻起动 当KV电压升至动作电压,KV常开触点闭合 →KM2通电常开触点闭合 →电机正常工作
3、串励直流电动机起动控制线路
按SB2→KM1通电→常开触点闭合,电机正转 按SB3→KM1断电→KM2通电→常开触点闭合,电机反转 按SB1→电机停转
三、直流电动机制动控制线路
1、能耗制动
他励电动机能耗制动控制线路
制动时,按SB1,接触器KM1断电释放,电动机脱离电源 同时，KM2通过已经闭合的KT1常开触点而通电
常开触点闭合,串全部制动电阻进入能耗制动
联锁:先起动主轴电机,后起动进给电机
主轴起动:合SA3→按SB1或SB2→KM1通电吸合
主轴制动:按SB5 或SB6 →KM1断电释放→ YC1通电吸合 主轴变速冲动:行程开关SQ1控制,KM1线圈通电