調(diào)速電機

　　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定子極對數(shù)達到調(diào)速目的，特點如下：

　　1、具有較硬的機械特性，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)機械，如金屬切削機床、升降機、起重設(shè)備、風機、水泵等。

　　1.2變頻調(diào)速

　　變頻調(diào)速是改變電動機定子電源的頻率，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：

　　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；

　　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轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉(zhuǎn)差，達到調(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)速可分為電機串級調(diào)速、機械串級調(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)機械上；

　　3、調(diào)速裝置故障時可以切換至全速運行，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、本方法適合于風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。

　　1.4繞線式調(diào)速

　　繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉(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，機械特性較軟。

　　1.5調(diào)壓調(diào)速

　　當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機的轉(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，使一般籠型電動機難以應(yīng)用。為了擴大調(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，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調(diào)速在2：1以上的場合應(yīng)采用反饋控制以達到自動調(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：

　　1、調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(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)機械。

　　1.6電磁調(diào)速

　　電磁調(diào)速電動機由籠型電動機、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。電樞和后者沒有機械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動。電樞與電動機轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱從動部分。當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。當電樞隨拖動電動機旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運動，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)速電動機的調(diào)速特點：

　　1、裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運行可靠、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、短時低速運行的生產(chǎn)機械。

　　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，當泵輪在原動機帶動下旋轉(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)機械運轉(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，容易實現(xiàn)自動控制。

　　5、本方法適用于風機、水泵的調(diào)速。

　　1.8ABB調(diào)速

　　電機變頻調(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，保證電機在5赫茲時輸出額定轉(zhuǎn)矩而

　　不致使電機因發(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（摩擦輪）

　　2電路指標

　　調(diào)速的直流電機驅(qū)動電路，主要考慮以下性能指標：

　　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；

　　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入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實現(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，何種無源負載，電路都是安全的。

　　筆者經(jīng)過長期實驗，得到一種可調(diào)速的雙向直流電機驅(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。當驅(qū)動板與單片機分別供電時，這個電阻可以提供信號電流回流的通路。當驅(qū)動板與單片機共用一組電源時，這個電阻可以防止大電流沿著連線流入單片機主板的地線造成干擾。或者說，相當于把驅(qū)動板的地線與單片機的地線隔開，實現(xiàn)“一點接地”。電容C1防止電機突然啟動造成電壓的突降。

　　與非門U1A實現(xiàn)PWM信號與電機方向信號的調(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，實現(xiàn)對直流電機可調(diào)速正反轉(zhuǎn)驅(qū)動。四個二極管起保護三極管的作用，防止感性元件(電機)產(chǎn)生的負感應(yīng)電動勢對三極管的沖擊。

　　當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

　　電源電壓15—30v，最大持續(xù)輸出電流500mA/每個電機，短時間(10秒)可以達到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輸出不同占空比的信號，要反復(fù)設(shè)置定時器，實現(xiàn)較為復(fù)雜，我們采用一種比較簡單的方法不僅可以實現(xiàn)對更多的直流電機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制數(shù)要看輸出頻率的要求。若要對此直流電機輸出PWM信號。只要每個時間片移位一次取出其中固定的一位(可以用位尋址或進位標志C實現(xiàn))送到電機端口上即可。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)點是獨立進程，可以實現(xiàn)對多個電機的控制，缺點是占用資源較大，PWM頻率較低。

　　性能特點

　　1、具有較硬的機械特性，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

　　結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，使用可靠，維護方便；

　　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)速電動機已廣泛用于鋼鐵、電站、電纜、化工、石油、水泥、紡織、印染、造紙、機械等工業(yè)部門作恒轉(zhuǎn)矩或遞減轉(zhuǎn)矩的負載機械無級調(diào)速之用，尤其適宜作流量變化較大的泵和風機類負載托動之用，能夠獲得良好的節(jié)能效果。

　　4常見故障與維修

　　1.主傳動電機運轉(zhuǎn)不正常滑差電機在運轉(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，檢查電機的軸承是否嚴重缺乏潤滑油脂，而造[1]成軸承嚴重磨損，電動機的運轉(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)對這部分機構(gòu)的所有部件進行一次清洗、加油，以保證主傳動電機的正常運行。

　　2.主機轉(zhuǎn)速周期性下降出現(xiàn)這種情況，大多數(shù)是因機械部分發(fā)生了故障所引起，調(diào)速電機的膠輥比較多，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，都可能使主機的轉(zhuǎn)速周期性地下峰，嚴重時，主機動彈會更加挫折，應(yīng)當即更換軸承才行。另外，應(yīng)該注意主機各滾筒(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)速電機升速后機速又逐漸下降以至停機出現(xiàn)這種情況，需要觀察調(diào)速電機電氣柜里的電流表指針的變化。如果其指示電流急劇增大，則主電機的熱繼電器等過載保護裝置必然會產(chǎn)生保護動作，使主電機斷開三相電源而住手運轉(zhuǎn)。這時需要認真檢查主電機回路的有關(guān)接線元件及主電機的交流接觸器，調(diào)速電機電氣柜里的所有熱繼電器等過載保護裝置的接線部位是否松動，接觸是否不良而發(fā)熱。如果這些部位有標題題目，則會在主電機增速后，由于電路中的導(dǎo)線和元件接觸不良使電流迅速增大，而引起保護性的停機。當調(diào)速電機運轉(zhuǎn)速度較低時，由于主電機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的情況，但是，當調(diào)速電機升速時，用電負荷大，電氣元件的故障就會顯露出來。在實際工作中，有時可以看到調(diào)速電機電氣柜內(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，這些標題題目都會嚴重影響主傳動電機的正常運轉(zhuǎn)。這時需要操作人員當即采取相應(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，更換損壞嚴重的接線端子等。

　　4.主傳動電機運轉(zhuǎn)時噪聲較大為了調(diào)整滑差電機動平衡，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，使主傳動電機正常運轉(zhuǎn)。