調(diào)速電機(jī)

　　1調(diào)速方法

　　1.1變極對(duì)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(lái)改變籠型電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)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(wú)轉(zhuǎn)差損耗，效率高；

　　3、接線簡(jiǎn)單、控制方便、價(jià)格低；

　　4、有級(jí)調(diào)速，級(jí)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(wú)級(jí)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(dòng)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(guó)內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。其特點(diǎn)：

　　1、效率高，調(diào)速過(guò)程中沒(méi)有附加損耗；

　　2、應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動(dòng)機(jī)；

　　3、調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；

　　4、技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)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(chǎng)合。

　　1.3串級(jí)調(diào)速

　　串級(jí)調(diào)速是指繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢(shì)來(lái)改變電動(dòng)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(shì)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(jí)調(diào)速可分為電機(jī)串級(jí)調(diào)速、機(jī)械串級(jí)調(diào)速及晶閘管串級(jí)調(diào)速形式，多采用晶閘管串級(jí)調(diào)速，其特點(diǎn)為：

　　1、可將調(diào)速過(guò)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(shí)可以切換至全速運(yùn)行，避免停產(chǎn)；

　　4、晶閘管串級(jí)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。串入的電阻越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡(jiǎn)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(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。

　　1.5調(diào)壓調(diào)速

　　當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動(dòng)機(jī)，或者在繞線式電動(dòng)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(chǎng)合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。

　　調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個(gè)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(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；

　　2、調(diào)壓過(guò)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(dòng)機(jī)由籠型電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵(lì)磁電源（控制器）三部分組成。直流勵(lì)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(lì)磁電流的大小。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵(lì)磁繞組三部分組成。電樞和后者沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。電樞與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動(dòng)部分，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負(fù)載軸對(duì)接稱從動(dòng)部分。當(dāng)電樞與磁極均為靜止時(shí)，如勵(lì)磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對(duì)N、S極**替的磁極，其磁通經(jīng)過(guò)電樞。當(dāng)電樞隨拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于電樞與磁極間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)差離合器的直流勵(lì)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(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)：

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

　　2、調(diào)速平滑、無(wú)級(jí)調(diào)速；

　　3、對(duì)電網(wǎng)無(wú)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(dòng)、短時(shí)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(dòng)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于其中的液體受葉片推動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進(jìn)入渦輪時(shí)，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。液力耦合器的動(dòng)力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)相對(duì)充液量的大小是一致的。在工作過(guò)程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉(zhuǎn)速，作到無(wú)級(jí)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(jiǎn)單，工作可靠，使用及維修方便，且造價(jià)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(dòng)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(wú)級(jí)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(guò)變頻裝置的電壓提升，保證電機(jī)在5赫茲時(shí)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(shí)轉(zhuǎn)矩平滑，無(wú)爬行現(xiàn)象。

　　*電機(jī)能承受額定轉(zhuǎn)矩的160%過(guò)載，歷時(shí)1分鐘

　　裝有傳動(dòng)比可變的齒輪傳動(dòng)電機(jī)（摩擦輪）

　　2電路指標(biāo)

　　調(diào)速的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(huì)減少驅(qū)動(dòng)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(kāi)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(gè)問(wèn)題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路)入手；

　　3、對(duì)控制輸入端的影響。功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)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(duì)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(dòng)；

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

　　筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，得到一種可調(diào)速的雙向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)線由Port引入，Port1腳是電機(jī)方向信號(hào)輸入端，Port2腳是PWM信號(hào)輸入端，Port3腳是地線。注意Port3腳對(duì)地連接了一個(gè)2kΩ的電阻。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)分別供電時(shí)，這個(gè)電阻可以提供信號(hào)電流回流的通路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)共用一組電源時(shí)，這個(gè)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。或者說(shuō)，相當(dāng)于把驅(qū)動(dòng)板的地線與單片機(jī)的地線隔開(kāi)，實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。電容C1防止電機(jī)突然啟動(dòng)造成電壓的突降。

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

　　2.2三極管驅(qū)動(dòng)部分三極管和電阻、二極管組成的電路驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)可調(diào)速正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。四個(gè)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(dòng)勢(shì)對(duì)三極管的沖擊。

　　當(dāng)74LS00輸出端為低電平時(shí)，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(shí)，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(gè)電機(jī)，短時(shí)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(guò)過(guò)孔，一定要經(jīng)過(guò)過(guò)孔的話要把過(guò)孔做大一些(>1mm)，并且在焊盤上做一圈小的過(guò)孔，在焊接時(shí)用焊錫填滿，否則可能會(huì)燒斷。另外，如果使用了穩(wěn)壓管，三極管射極、集電極對(duì)電源和地的導(dǎo)線要盡可能的短粗，否則在大電流時(shí)，這段導(dǎo)線上的壓降可能會(huì)經(jīng)過(guò)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(hào)可以由定時(shí)器來(lái)完成，但是由于51內(nèi)部只提供了兩個(gè)定時(shí)器，因此，如果要向三個(gè)或更多的直流電機(jī)輸出不同占空比的信號(hào)，要反復(fù)設(shè)置定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，我們采用一種比較簡(jiǎn)單的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多的直流電機(jī)提供不同的占空比輸入信號(hào)，而且只占用一個(gè)定時(shí)器資源。這種方法可以簡(jiǎn)單表述如下：

　　在內(nèi)存的某段空間內(nèi)存放各個(gè)直流電機(jī)所需的輸入信號(hào)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(gè)0和4個(gè)1。即占空比=1的個(gè)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(duì)此直流電機(jī)輸出PWM信號(hào)。只要每個(gè)時(shí)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(duì)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(cuò)導(dǎo)致一直錯(cuò)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(duì)多個(gè)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(wú)轉(zhuǎn)差損耗，效率高；

　　3、接線簡(jiǎn)單、控制方便、價(jià)格低；

　　4、有級(jí)調(diào)速，級(jí)差較大，不能獲得平滑調(diào)速；

　　優(yōu)點(diǎn)

　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)性能好，起動(dòng)力矩大，起動(dòng)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(wú)失控區(qū)。由于以上優(yōu)異性能，調(diào)速電動(dòng)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(wú)級(jí)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(dòng)之用，能夠獲得良好的節(jié)能效果。

　　4常見(jiàn)故障與維修

　　1.主傳動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；铍姍C(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)劇烈振動(dòng)，引起軸承發(fā)熱。拆開(kāi)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(rùn)滑油脂，而造[1]成軸承嚴(yán)重磨損，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能下降。此時(shí)需要更換已損壞的軸承，并加注好潤(rùn)滑油脂。正常情況下，應(yīng)對(duì)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(dòng)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(lái)支撐動(dòng)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(shí)，主機(jī)動(dòng)彈會(huì)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(rùn)滑部位的工作情況是否正常，如果發(fā)生故障同樣會(huì)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(guò)載保護(hù)裝置必然會(huì)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，使主電機(jī)斷開(kāi)三相電源而住手運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)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(guò)載保護(hù)裝置的接線部位是否松動(dòng)，接觸是否不良而發(fā)熱。如果這些部位有標(biāo)題題目，則會(huì)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(shí)，由于主電機(jī)的工作電流較小而不會(huì)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(shí)，用電負(fù)荷大，電氣元件的故障就會(huì)顯露出來(lái)。在實(shí)際工作中，有時(shí)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(huì)嚴(yán)重影響主傳動(dòng)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)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(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲較大為了調(diào)整滑差電機(jī)動(dòng)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(dòng)，那么滑差電機(jī)在高速動(dòng)彈時(shí)就會(huì)偏離原釆的位置。故障如果發(fā)生在主傳動(dòng)電機(jī)的外瑞面，就會(huì)造成電樞和磁極轉(zhuǎn)子的局部摩擦，使噪聲加大。這時(shí)就需要停機(jī)修理，恢復(fù)電樞和磁極轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，并重新找好原動(dòng)平衡配重的位置并將其固定好，使主傳動(dòng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。