直流電機(jī)調(diào)速原理_直流電機(jī)調(diào)速方式
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今天我們來看一下直流電機(jī)的調(diào)速電路,原理非常的簡單,通過串聯(lián)不同的電阻實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速。
電路分為三部分
電路分為三部分,因?yàn)槭侵绷麟姍C(jī)所以要有整流電路,外加主電路和控制電路,主電路的電源是交流220伏的,控制線路的接入電源是380伏。最主要的三個(gè)電氣原件,一個(gè)KM1和2個(gè)中間繼電器。
三部分電路
電源是交流220伏,經(jīng)過變壓器變?yōu)榻涣?27伏,再經(jīng)過整流電路變?yōu)橹绷?10伏。三個(gè)按鈕開關(guān)控制三個(gè)速度,當(dāng)按下SB2的時(shí)候,接觸器KM1自鎖,這時(shí)候等于電機(jī)串了R1R2兩個(gè)電阻,是最低速狀態(tài)。
最低速的電流走向
如果想增加速度,可以按下按鈕開關(guān)SB3,這時(shí)候繼電器KA1會(huì)自鎖。同時(shí)它的常開點(diǎn)會(huì)閉合,電流跳過R2直接連接電機(jī),實(shí)現(xiàn)了加速。
中速的電流走向
需要最快速就按下按鈕開關(guān)SB4,這時(shí)候KA2自鎖,同時(shí)它的常閉點(diǎn)斷開使KA1斷電,常開點(diǎn)閉合直接跳過R1電阻。
高速的電流走向
完全的實(shí)物接線
接觸器的符號(hào)是KM,中間繼電器的符號(hào)是KA,其實(shí)圖中的KA1和KA2是2個(gè)中間繼電器,當(dāng)然也可以用接觸器代替,必須和KM1的線圈電壓保持一致。
怎么排查故障
KM1和KA1和KA2都有自鎖的狀態(tài),如果實(shí)際應(yīng)用中哪個(gè)元件不工作,就單獨(dú)檢查對應(yīng)的自鎖電路。
直流電機(jī)調(diào)速方式
直流電機(jī)調(diào)速,往往說的是他勵(lì)有刷直流電機(jī)調(diào)速,根據(jù)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速方程,轉(zhuǎn)速n=(電樞電壓U-電壓電流Ia*內(nèi)阻Ra)÷(常數(shù)Ce*氣隙磁通Φ),因?yàn)殡姌械膬?nèi)阻Ra非常小,所以電壓電流Ia*內(nèi)阻Ra≈0,這樣轉(zhuǎn)速n=(電樞電壓U)÷(常數(shù)Ce*氣隙磁通Φ),只要在氣隙磁通Φ恒定下調(diào)整電樞電壓U,就可以調(diào)整直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速n;或者在電樞電壓U恒定下調(diào)整氣隙磁通Φ,同樣可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速n,前者叫恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,后者稱之為恒功率調(diào)速。
直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式:
恒轉(zhuǎn)矩模式下,要先保持氣隙磁通Φ恒定,直流電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子磁場是正交狀態(tài)的,互相沒有影響。要保持Φ恒定,只要保證勵(lì)磁線圈的電流穩(wěn)定在一個(gè)值就可以了。理論上給一個(gè)恒流源來控制勵(lì)磁線圈的電流是比較完美的,但是因?yàn)殡娏髟床缓谜遥话憬o勵(lì)磁線圈施加一個(gè)穩(wěn)定的電壓值,也可以近似讓勵(lì)磁電流穩(wěn)定,進(jìn)而讓氣隙磁通Φ恒定。如果是永磁直流電機(jī),用永磁鐵來替代了勵(lì)磁線圈,磁通是永久恒定的,所以不用操這個(gè)心了。
簡單的調(diào)整電壓,并不能滿足負(fù)載波動(dòng)比較厲害的場合,所以引進(jìn)了串級調(diào)速系統(tǒng),通過檢測電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速,分別弄出電流環(huán)內(nèi)環(huán)和速度環(huán)外環(huán)了,使用PID算法,有效的滿足了負(fù)載波動(dòng)狀況下的調(diào)速,讓直流電機(jī)的調(diào)速工作特性非常“硬”,也就是最大轉(zhuǎn)矩不會(huì)受到轉(zhuǎn)速的波動(dòng)而變化,實(shí)現(xiàn)了真正的恒扭矩輸出。這種調(diào)速方式,一直是交流調(diào)速系統(tǒng)的模仿對方,比如變頻器矢量控制,就是模仿這種方式而實(shí)現(xiàn)的。如果只用電流環(huán)內(nèi)環(huán),還可以直接控制電機(jī)輸出一定的扭矩,滿足不同的拉伸和卷曲等控制要求。
電樞電壓控制,在晶閘管和IGBT這些沒有被發(fā)明前,控制起來也不是容易的事情了,畢竟功率比較大,早期是通過一臺(tái)發(fā)電機(jī)直流發(fā)電來控制的,通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的磁通就可以控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓,進(jìn)而調(diào)整了電樞電壓大小的。
在晶閘管可控硅被發(fā)明出來以后,通過給可控硅施加交流輸入電壓,利用移相觸發(fā)技術(shù)控制可控硅的導(dǎo)通角,就可以把交流電整流成一定脈動(dòng)的直流電,因?yàn)橹绷麟姍C(jī)是大感性負(fù)載,脈動(dòng)直流電會(huì)被大電感緩沖穩(wěn)定下來。這個(gè)直流電的電壓是可以調(diào)整的,和可控硅的導(dǎo)通角成一定的比例關(guān)系。這種調(diào)速技術(shù)是非常成熟可靠的,在上個(gè)世紀(jì)中后期得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。
另外場效應(yīng)管和IGBT之類的器件出現(xiàn)以后,直流電機(jī)調(diào)速還可以做得更加精密了,可以利用PWM斬波技術(shù),讓輸出的直流電壓非常穩(wěn)定,這樣直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)非常小,如果讓電機(jī)的轉(zhuǎn)子變長點(diǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變小了,外加了位置環(huán)進(jìn)去,還可以實(shí)現(xiàn)精確的定位控制,這個(gè)就是所謂的直流伺服系統(tǒng)了。
直流電機(jī)恒功率調(diào)速方式:
就是所謂的弱磁調(diào)速,這種調(diào)速方式,本質(zhì)是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式的一種補(bǔ)充,主要是有些場合,需要比較寬的調(diào)速范圍,比如有些龍門床,需要電機(jī)加工時(shí)候進(jìn)刀非常慢,扭矩要很高;而退回來時(shí)候扭矩很輕看是要跑非常快,這時(shí)候進(jìn)刀時(shí)候用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速模式,而退回來時(shí)候用弱磁調(diào)速方式,這時(shí)候電機(jī)的最大功率是不變的。
也有些電動(dòng)車,低速上坡時(shí)候要跑很慢,需要很大扭力,而平路阻力小又想跑非??欤@時(shí)候也需要用到恒功率調(diào)速,類似于機(jī)械變檔或者調(diào)減速比的方式來調(diào)速。一般弱磁調(diào)速,是不適合于永磁電機(jī)的,因此磁通Φ無法單獨(dú)控制。
要弱磁,就是直接減少氣隙磁通Φ的大小,這時(shí)候可以降低勵(lì)磁線圈的電流,一般也會(huì)在勵(lì)磁線圈使用可控硅或者場效應(yīng)管這些來做一個(gè)PI調(diào)整回來輸出一個(gè)電流源來實(shí)現(xiàn)。
弱磁調(diào)速的時(shí)候,電機(jī)轉(zhuǎn)速越高,電機(jī)輸出的最大扭矩會(huì)越小,這個(gè)是需要注意的,而且一般也不會(huì)無限制的減小下去,大概能控制在額定勵(lì)磁電流的90%左右。