直流電機(jī)調(diào)速電路原理

　　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(jiǎn)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(duì)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(chǎng)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)?a target="_blank">電流源不好找，而一般給勵(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(jiǎn)單的調(diào)整電壓，并不能滿足負(fù)載波動(dòng)比較厲害的場(chǎng)合，所以引進(jìn)了串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，通過檢測(cè)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?！坝病?，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(duì)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(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)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?？?，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?？?，這時(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(chǎng)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。