直流电动机的调速办法

2017-06-25 10:37分类：电工考证知识阅读：

　直流电动机分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机调速体系最早选用安稳直流电压给直流电动机供电，经过改动电枢回路中的电阻来完毕调速。这种办法简略易行、设备制作便当、报价贱价；但缺陷是功率低、机械特性软，不能得到较宽陡峭滑的调速功用。该法只适用在一些小功率且调速方案央求不大的场合。30年代晚期，发电机-电动机体系的呈现才使调速功用优秀的直流电动机得到广泛运用。这种操控办法可取得较宽的调速方案、较小的转速改动率陡峭滑的调速功用。但此办法的首要缺陷是体系分量大、占地多、功率低及修补艰难。这些年，跟着电力电子技能的活络翻开，由晶闸管变流器供电的直流电动机调速体系已替代了发电机-电动机调速体系，它的调速功用也远远地跨过了发电机-电动机调速体系。格外是大方案集成电路技能以及核算机技能的飞速翻开，使直流电动机调速体系的精度、动态功用、牢靠性有了更大的跋涉。电力电子技能中IGBT等大功率器材的翻开正在替代晶闸管，呈现了功用十分好的直流调速体系。
　　直流电动机的转速n和别的参量的联络可标明为

(1)
式中 Ua——电枢供电电压（V）；
Ia ——电枢电流（A）；
Ф——励磁磁通（Wb）；
Ra——电枢回路总电阻（Ω）；
CE——电势系数，

，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。
　　由式1能够看出，式中Ua、Ra、Ф三个参量都能够变成变量，只需改动其间一个参量，就能够改动电动机的转速，所以直流电动机有三种根柢调速办法：(1)改动电枢回路总电阻Ra；；(2)改动电枢供电电压Ua；(3)改动励磁磁通Ф。
1. 改动电枢回路电阻调速
　　各种直流电动机都能够经过改动电枢回路电阻来调速，如图1(a)所示。此刻转速特性公式为

(2)
　　式中Rw为电枢回路中的外接电阻（Ω）。{{分页}}

　　图1(a) 改动电枢电阻调速电路图1(b) 改动电枢电阻调速时的机械特性
　　当负载必守时，跟着串入的外接电阻Rw的增大，电枢回路总电阻R=(Ra+Rw)增大，电动机转速就下降。其机械特性如图1(b)所示。Rw的改动可用触摸器或主令开关怀换来完毕。
　　这种调速办法为有级调速，调速比一般约为2：1分配，转速改动率大，轻载下很可贵到低速，功率低，故如今已很少选用。
2. 改动电枢电压调速
　　接连改动电枢供电电压，能够使直流电动机在很宽的方案内完毕无级调速。
　　如前所述，改动电枢供电电压的办法有两种，一种是选用发电机-电动机组供电的调速体系；另一种是选用晶闸管变流器供电的调速体系。下面别离介绍这两种调速体系。
1. 选用发电机-电动机组调速办法

　　图2 (a)发电机-电动机调速电路{{分页}}
　　(b)发电机-电动机组调速时的机械特性
　　如图2(a)所示，经过改动发电机励磁电流IF来改动发电机的输出电压Ua，然后改动电动机的转速n。在纷歧样的电枢电压Ua时，其得到的机械特性即是一簇彻底平行的直线，如图2(b)所示。由于电动机既能够作业在电动机状况，又能够作业在发电机状况，所以改动发电机励磁电流的方向，如图2(a)中切换触摸器ZC和FC，就能够使体系很便本地作业在恣意四个象限内。
　　由图可知，这种调速办法需求两台与调速电动机容量恰当的旋转电机和另一台容量小一些的励磁发电机(LF)，因而设备多、体积大、费用高、功率低、设备需打根底、作业噪声大、保护不便当利利当利利当利当利利利利利利利当利当当。为打败这些缺陷，50年代开端选用水银整流器（大容量）和闸流管这么的接连沟通设备来替代上述的旋改动流机组。如今已被更经济、牢靠的晶闸管变流设备所替代。
2. 选用晶闸管变流器供电的调速办法

　　图3 (a) 晶闸管供电的调速电路
　　(b) 晶闸管供电时调速体系的机械特性
　　有晶闸管变流器供电的调速电路如图3(a)所示。经过调度触发器的操控电压来移动触发脉冲的相位，即可改动整流电压，然后完毕滑润调速。在此调速办法下可得到与发电机-电动机组调速体系相似的调速特性。其开环机械特性示于图3(b)中。
　　图3(b)中的每一条机械特性曲线都由两段构成，在电流接连区特性还对比硬，改动推延角a时，特性呈一簇平行的直线，它和发电机-电动机组供电时的彻底相同。但在电流断续区，则为非线性的软特性。这是由于晶闸管整流器在具有反电势负载时电流易发作断续构成的。
　　变电枢电压调速是直流电机调速体系中运用最广的一种调速办法。在此办法中，由于电动机在任何转速下磁通都不变，仅仅改动电动机的供电电压，因而在额外电流下，假定不考虑低速下通风恶化的影响（也即是假定电动机是强逼通风或为关闭自冷式），则不管在高速仍是低速下，电动机都能输出额外转矩，故称这种调速办法为恒转矩调速。这是它的一个极为首要的特征。假定选用反响操控体系，调速方案可达50:1～150：1,乃至更大。
3. 选用大功率半导体器材的直流电动机脉宽调速办法
　　脉宽调速体系呈现的前史长远，但因短少高速大功率开关器材而未能及时在出产实习中推广运用。本年来，由于大功率晶体管(GTR)，格外是IGBT功率器材的制作技能老到、本钱不断下降，大功率半导体器材完毕的直流电动机脉宽调速体系才取得迅猛翻开，如今其最大容量已跨过几十兆瓦数量级。{{分页}}
4. 改动励磁电流调速
　　当电枢电压恒守时，改动电动机的励磁电流也能完毕调速。由式1可看出，电动机的转速与磁通Ф（也即是励磁电流）成反比，即当磁通减小时，转速n添加；反之，则n下降。与此一同，由于电动机的转矩Te是磁通Ф和电枢电流Ia的乘积（即Te=CTФIa），电枢电流不变时，跟着磁通Ф的减小，其转速添加，转矩也会相应地减小。所以，在这种调速办法中，跟着电动机磁通Ф的减小，其转矩添加，转矩也会相应地下降。在额外电压和额外电流下，纷歧样转速时，电动机一贯能够输出额外功率，因而这种调速办法称为恒功率调速。