調(diào)速電機(jī)

　　1調(diào)速方法

　　1.1變極對數(shù)調(diào)速

　　這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接線方式來改變籠型電動機(jī)定子極對數(shù)達(dá)到調(diào)速目的，特點(diǎn)如下：

　　1、具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好；

　　2、無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；

　　3、接線簡單、控制方便、價格低；

　　4、有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速；

　　5、可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。

　　本方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。

　　1.2變頻調(diào)速

　　變頻調(diào)速是改變電動機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。其特點(diǎn)：

　　1、效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；

　　2、應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機(jī)；

　　3、調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；

　　4、技術(shù)復(fù)雜，造價高，維護(hù)檢修困難。

　　5、本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。

　　1.3串級調(diào)速

　　串級調(diào)速是指繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級調(diào)速可分為電機(jī)串級調(diào)速、機(jī)械串級調(diào)速及晶閘管串級調(diào)速形式，多采用晶閘管串級調(diào)速，其特點(diǎn)為：

　　1、可將調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機(jī)械上，效率較高；

　　2、裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資省，適用于調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速70%－90%的生產(chǎn)機(jī)械上；

　　3、調(diào)速裝置故障時可以切換至全速運(yùn)行，避免停產(chǎn)；

　　4、晶閘管串級調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。

　　5、本方法適合于風(fēng)機(jī)、水泵及軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、擠壓機(jī)上使用。

　　1.4繞線式調(diào)速

　　繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。串入的電阻越大，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟。

　　1.5調(diào)壓調(diào)速

　　當(dāng)改變電動機(jī)的定子電壓時，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機(jī)，或者在繞線式電動機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍，當(dāng)調(diào)速在2：1以上的場合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。

　　調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)：

　　1、調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實(shí)現(xiàn)自動控制；

　　2、調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。

　　3、調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機(jī)械。

　　1.6電磁調(diào)速

　　電磁調(diào)速電動機(jī)由籠型電動機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源（控制器）三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導(dǎo)通角，可以改變勵磁電流的大小。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和后者沒有機(jī)械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動。電樞與電動機(jī)轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機(jī)帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負(fù)載軸對接稱從動部分。當(dāng)電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極**替的磁極，其磁通經(jīng)過電樞。當(dāng)電樞隨拖動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運(yùn)動，因而使電樞感應(yīng)產(chǎn)生渦流，此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。電磁調(diào)速電動機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)：

　　1、裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運(yùn)行可靠、維修方便；

　　2、調(diào)速平滑、無級調(diào)速；

　　3、對電網(wǎng)無諧影響；

　　4、速度失大、效率低。

　　5、本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械。

　　1.7耦合器調(diào)速

　　液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統(tǒng)稱工作輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當(dāng)泵輪在原動機(jī)帶動下旋轉(zhuǎn)時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進(jìn)入渦輪時，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。液力耦合器的動力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)相對充液量的大小是一致的。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉(zhuǎn)速，作到無級調(diào)速，其特點(diǎn)為：

　　1、功率適應(yīng)范圍大，可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率的需要；

　　2、結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低；

　　3、尺寸小，能容大；

　　4、控制調(diào)節(jié)方便，容易實(shí)現(xiàn)自動控制。

　　5、本方法適用于風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速。

　　1.8ABB調(diào)速

　　電機(jī)變頻調(diào)速范圍：5-100赫茲無級調(diào)速。50赫茲（60赫茲）以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；50赫茲（60赫茲）以上為恒功率調(diào)速。

　　*能通過變頻裝置的電壓提升，保證電機(jī)在5赫茲時輸出額定轉(zhuǎn)矩而

　　不致使電機(jī)因發(fā)熱而燒毀。

　　*低轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)矩平滑，無爬行現(xiàn)象。

　　*電機(jī)能承受額定轉(zhuǎn)矩的160%過載，歷時1分鐘

　　裝有傳動比可變的齒輪傳動電機(jī)（摩擦輪）

　　2電路指標(biāo)

　　調(diào)速的直流電機(jī)驅(qū)動電路，主要考慮以下性能指標(biāo)：

　　1、輸出電流和電壓范圍。它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機(jī)；

　　2、效率。高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通(H橋電路可能出現(xiàn)的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路)入手；

　　3、對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離；

　　4、對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染，大電流可能導(dǎo)致地線電位浮動；

　　5、可靠性。電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到：無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。

　　筆者經(jīng)過長期實(shí)驗(yàn)，得到一種可調(diào)速的雙向直流電機(jī)驅(qū)動電路，電路如附圖所示。

　　2.1輸入與電平轉(zhuǎn)換部分輸入信號線由Port引入，Port1腳是電機(jī)方向信號輸入端，Port2腳是PWM信號輸入端，Port3腳是地線。注意Port3腳對地連接了一個2kΩ的電阻。當(dāng)驅(qū)動板與單片機(jī)分別供電時，這個電阻可以提供信號電流回流的通路。當(dāng)驅(qū)動板與單片機(jī)共用一組電源時，這個電阻可以防止大電流沿著連線流入單片機(jī)主板的地線造成干擾?；蛘哒f，相當(dāng)于把驅(qū)動板的地線與單片機(jī)的地線隔開，實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。電容C1防止電機(jī)突然啟動造成電壓的突降。

　　與非門U1A實(shí)現(xiàn)PWM信號與電機(jī)方向信號的調(diào)制，轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號。

　　2.2三極管驅(qū)動部分三極管和電阻、二極管組成的電路驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)可調(diào)速正反轉(zhuǎn)驅(qū)動。四個二極管起保護(hù)三極管的作用，防止感性元件(電機(jī))產(chǎn)生的負(fù)感應(yīng)電動勢對三極管的沖擊。

　　當(dāng)74LS00輸出端為低電平時，Q2、Q4截止，Q1、Q3導(dǎo)通，輸出為高電平。當(dāng)74LS00輸出端為高電平時，Q2、Q4導(dǎo)通，Q1、Q3截止，輸出為低電平。

　　3性能指標(biāo)

　　電源電壓15—30v，最大持續(xù)輸出電流500mA/每個電機(jī)，短時間(10秒)可以達(dá)到700mA，PWM頻率最高可以用到30kHz(一般用1—10kHz)。

　　布線

　　大電流線路要盡量的短粗，并且盡量避免經(jīng)過過孔，一定要經(jīng)過過孔的話要把過孔做大一些(>1mm)，并且在焊盤上做一圈小的過孔，在焊接時用焊錫填滿，否則可能會燒斷。另外，如果使用了穩(wěn)壓管，三極管射極、集電極對電源和地的導(dǎo)線要盡可能的短粗，否則在大電流時，這段導(dǎo)線上的壓降可能會經(jīng)過二極管和導(dǎo)通的三極管將其燒毀。

　　PWM調(diào)速的實(shí)現(xiàn)

　　產(chǎn)生PWM信號可以由定時器來完成，但是由于51內(nèi)部只提供了兩個定時器，因此，如果要向三個或更多的直流電機(jī)輸出不同占空比的信號，要反復(fù)設(shè)置定時器，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，我們采用一種比較簡單的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對更多的直流電機(jī)提供不同的占空比輸入信號，而且只占用一個定時器資源。這種方法可以簡單表述如下：

　　在內(nèi)存的某段空間內(nèi)存放各個直流電機(jī)所需的輸入信號占空比信息，如果占空比為1則保存0FFH(11111111B)；占空比為0.5則保存0F0H(11110000B)或任何二進(jìn)制數(shù)中包括4個0和4個1。即占空比=1的個數(shù)/8。

　　具體選取什么樣的二進(jìn)制數(shù)要看輸出頻率的要求。若要對此直流電機(jī)輸出PWM信號。只要每個時間片移位一次取出其中固定的一位(可以用位尋址或進(jìn)位標(biāo)志C實(shí)現(xiàn))送到電機(jī)端口上即可。另外，移位算法是一種對以前結(jié)果依賴的算法，所以最好定期檢查或重置被移位的數(shù)，防止移錯導(dǎo)致一直錯下去。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立進(jìn)程，可以實(shí)現(xiàn)對多個電機(jī)的控制，缺點(diǎn)是占用資源較大，PWM頻率較低。

　　性能特點(diǎn)

　　1、具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好；

　　2、無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；

　　3、接線簡單、控制方便、價格低；

　　4、有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速；

　　優(yōu)點(diǎn)

　　結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，使用可靠，維護(hù)方便；

　　直接使用三相交流電源，設(shè)備投資少；

　　起動性能好，起動力矩大，起動平滑；

　　控制功率小，便于自控、遙控和群控；

　　調(diào)速精度高，與本廠普通系列控制器配合后，轉(zhuǎn)速變化率不大于2.5℅，與本廠精密型控制配合后，轉(zhuǎn)速變化率小于1℅；

　　調(diào)速范圍廣，無失控區(qū)。由于以上優(yōu)異性能，調(diào)速電動機(jī)已廣泛用于鋼鐵、電站、電纜、化工、石油、水泥、紡織、印染、造紙、機(jī)械等工業(yè)部門作恒轉(zhuǎn)矩或遞減轉(zhuǎn)矩的負(fù)載機(jī)械無級調(diào)速之用，尤其適宜作流量變化較大的泵和風(fēng)機(jī)類負(fù)載托動之用，能夠獲得良好的節(jié)能效果。

　　4常見故障與維修

　　1.主傳動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；铍姍C(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會劇烈振動，引起軸承發(fā)熱。拆開離合器電樞與磁極轉(zhuǎn)子，檢查電機(jī)的軸承是否嚴(yán)重缺乏潤滑油脂，而造[1]成軸承嚴(yán)重磨損，電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能下降。此時需要更換已損壞的軸承，并加注好潤滑油脂。正常情況下，應(yīng)對這部分機(jī)構(gòu)的所有部件進(jìn)行一次清洗、加油，以保證主傳動電機(jī)的正常運(yùn)行。

　　2.主機(jī)轉(zhuǎn)速周期性下降出現(xiàn)這種情況，大多數(shù)是因機(jī)械部分發(fā)生了故障所引起，調(diào)速電機(jī)的膠輥比較多，每根膠輥靠軸承來支撐動彈。如果某根膠輥的任何一端軸承發(fā)生了故障，都可能使主機(jī)的轉(zhuǎn)速周期性地下峰，嚴(yán)重時，主機(jī)動彈會更加挫折，應(yīng)當(dāng)即更換軸承才行。另外，應(yīng)該注意主機(jī)各滾筒(包括印版，橡皮、壓印滾筒)的軸承及其潤滑部位的工作情況是否正常，如果發(fā)生故障同樣會影響印刷速度。

　　3.調(diào)速電機(jī)升速后機(jī)速又逐漸下降以至停機(jī)出現(xiàn)這種情況，需要觀察調(diào)速電機(jī)電氣柜里的電流表指針的變化。如果其指示電流急劇增大，則主電機(jī)的熱繼電器等過載保護(hù)裝置必然會產(chǎn)生保護(hù)動作，使主電機(jī)斷開三相電源而住手運(yùn)轉(zhuǎn)。這時需要認(rèn)真檢查主電機(jī)回路的有關(guān)接線元件及主電機(jī)的交流接觸器，調(diào)速電機(jī)電氣柜里的所有熱繼電器等過載保護(hù)裝置的接線部位是否松動，接觸是否不良而發(fā)熱。如果這些部位有標(biāo)題題目，則會在主電機(jī)增速后，由于電路中的導(dǎo)線和元件接觸不良使電流迅速增大，而引起保護(hù)性的停機(jī)。當(dāng)調(diào)速電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低時，由于主電機(jī)的工作電流較小而不會發(fā)生氣希望速逐漸下降以至停機(jī)的情況，但是，當(dāng)調(diào)速電機(jī)升速時，用電負(fù)荷大，電氣元件的故障就會顯露出來。在實(shí)際工作中，有時可以看到調(diào)速電機(jī)電氣柜內(nèi)的接線端子由于導(dǎo)線接觸不良而發(fā)熱，甚至在連接處出現(xiàn)氧化物層，導(dǎo)線的絕緣外反燒焦變色，這些標(biāo)題題目都會嚴(yán)重影響主傳動電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這時需要操作人員當(dāng)即采取相應(yīng)措施，如清理接線端子和導(dǎo)線的接觸面，緊固接線螺釘，去除燒壞了的導(dǎo)線氧化物層，更換損壞嚴(yán)重的接線端子等。

　　4.主傳動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時噪聲較大為了調(diào)整滑差電機(jī)動平衡，其電樞和磁極轉(zhuǎn)子的兩端分別裝有配重裝置。如果這部分裝置稍有松動，那么滑差電機(jī)在高速動彈時就會偏離原釆的位置。故障如果發(fā)生在主傳動電機(jī)的外瑞面，就會造成電樞和磁極轉(zhuǎn)子的局部摩擦，使噪聲加大。這時就需要停機(jī)修理，恢復(fù)電樞和磁極轉(zhuǎn)子的動平衡，并重新找好原動平衡配重的位置并將其固定好，使主傳動電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。