直流电机控制方式和操作办法的介绍

直流电机与交流电机一样，也有两种运行方式:电动运行和制动运行。如果再以正、反转来分的话，则分为正转运行、正转制动运行和反转运行、反转制动运行四种运行方式。如果以坐标形式来表示的话，则称为电机的四象限运行坐标，当电机正向运行时，其机械特性是一条横跨1、2、4象限的直线。其中1象限为电动运行状态，电磁转矩方向与旋转方向相同，第2、4象限为制动运行状态，在此状态内是产生一个与转向方向相反的阻力矩，以使拖动系统迅速停车或限制转速的升高。制动状态下转矩的方向与转速的方向相反，此时电机从轴上吸收机械能并转化为电能消耗于电枢回路电路或回馈于电源。第3象限为反向电动运行。
当电磁转矩TM与转速n同方向，TM是拖动负载运动的，所以电机运行曲线处于1、3象限，1象限为电机正向运行，3象限为电机反向运行;当TM与转速n的方向相反时，表示电机机处于制动运行方式，其机械特性曲线在坐标的2、4象限内，2象限内为电机正向制动，包含能耗制动过程(OA线段)、电源反接制动过程(-TMB线段)和正向回馈制动过程(-n0C)线段;处于第四象限时为电机反向制动，也包含能耗制动过程(OD线段)、倒拉反接制动过程(TME线段)和反向回馈过程(-n0F线段)。
直流电机调速有三种方法:(1)改变电区电压U:由额定电压向下调低，转速也由额定转速向下调低，调速范围大。(2)改变磁通量Φ(即改变ke):改变激磁回路的电阻可改变Φ。由于激磁回路电感大，电气时间常数大，调速快速性差，转速只能由额定转速向上调高。(3)在电枢回路中串联调节电阻。转速只能调低，铜耗大，不经济。
直流电机的启动、停止和制动控制:
直流电机从接入电源开始，电枢由静止开始转动到额定转速的过程，称为启动过程。要求启动时间短、启动转矩大、启动电流小。启动的要求是矛盾的，比如，用逐渐提升供电电压实施软起动，来降低起动电流，但启动时间又会加长;加大启动转矩，又势必增大的启动电流等。因而要根据实际应用和配置情况，对启动问题综合考虑。
1)启动方式:
a、直接启动。只适用于小型直流电机。启动方法是先给电机加励磁，并调节励磁电流达到最大，当励磁磁场建立后，再使电枢绕组直接加上额定电压，电机开始启动。在启动过程中，电枢中最大冲击电流，称为启动电流。直流启动，因启动电流大，电气和机械冲击大等缺点，应用较少;
b、早期采用变阻器启动，电动机在启动时在电枢回路中串入变阻器，用接触器触点切换电阻只数，限制启动电流。将启动电流限制在2位额定电流以内。后期采用晶闸管电子电力技术，用改变电枢电压的方式实现了软起动。
2)停止方式:
a、自由停车。直流电机的电源关断后，电机按运转惯性自由停车;
b、施加制动(刹车)措施，如机械抱闸刹车、能耗制动、反接制动等使其快速停车。
3)直流电机的制动方式和方法
电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动机处于制动状态。
制动的目的:使电动机减速或停车、限制电动机转速的升高(如电车下坡)。
机械抱闸制动也是一种制动(刹车)方式，但不属电机运行特性的范畴。属于电机运行特性的制动方式和方法有以下四种，有时也统称为电磁制动方式。
a、能耗制动。指运行中的直流电机突然断开电枢电源，然后在电枢回路串
入制动电阻，使电枢绕组的惯性能量消耗在电阻上，使电机快速制动。由于电压和输入功率都为0，所以制动平衡，线路简单;
b、反接制动。为了实现快速停车，突然把正在运行的电动机的电枢电压反接，并在电枢回路中串入电阻，称为电源反接制动。制动期间电源仍输入功率，负载释放的动能和电磁功率均消耗在电阻上，适用于快速停转并反转的场合，对设备冲击力大。
c、倒拉反转反接制动适用于低速下放重物。制动时在电路串入一个大电阻，此时电枢电流变小，电磁转矩变小。由于串入电阻很大，可以通过改变串入电阻值的大小来得到不同的下放速度。
反接制动时，切换极性相反的电源电压，使电枢回路内产生反向电流:反接制动时，从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路制动电阻上。
d、回馈制动。电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现由负载拖动电机运行的情况，此时出现nn0、EaU、Ia反向，电机由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态--回馈制动状态。正向回馈:当电机减速时，电机转速从高到低所释放的动能转变为电能，一部分消耗在电枢回路的电阻上，一部分返回电源; 反向回馈:电机拖位能负载(如下放重物)时，可能会出现这种状态。重物拖动电机超过给定速度运行，电机处于发电状态。电磁功率反向，功率回馈电源。
在实际应用中，很多情况下采用机械(抱闸)制动结合电磁制动的方法来进行制动，即先通过电磁制动将电机转速降到一个比较低的速度(接近零速)，然后再机械抱闸制动，这样既避免了机械冲击又有比较好的制动效果。