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直流电机如何调速?直流电机调速方法

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-07-29 10:43:01



根据直流电机的转速方程和转速方程,直流电机的调速通常是指他励有刷直流电机的调速n=(电枢电压U-电压电流Ia*内阻Ra)÷(常数Ce*气隙磁通Φ),由于电枢内阻Ra很小,所以电压电流Ia*内阻Ra≈0,这样转速n=(电枢电压U)÷(常数Ce*气隙磁通Φ),只需在气隙磁通Φ恒定下调整电枢电压U,直流电机的转速可以调整n;或在电枢电压U恒定下调整间隙磁通量Φ,电机的转速也可以调节n,前者称为恒转矩调速,后者称为恒功率调速。

直流电机恒转矩调速方式


在恒转矩模式下,首先要保持气隙磁通Φ直流电机的定子和转子磁场处于正交状态,不相互影响。要保持Φ只要励磁线圈的电流稳定在一个值,就是恒定的。理论上,给一个恒流源来控制励磁线圈的电流是完美的,但由于电流源不容易找到,一般给励磁线圈施加一个稳定的电压值,也可以使励磁电流近似稳定,然后使空隙磁通Φ恒定。如果是永磁直流电机,用永磁铁代替励磁线圈,磁通是永久恒定的,不用担心。

简单的电压调整不能满足负载波动较大的情况,因此引入了串行调速系统,通过检测电机的电流和速度,使电流环内环和速度环外环使用PID算法有效地满足了负载波动下的速度调整,使直流电机的速度调整特性非常硬,即最大扭矩不会因速度波动而改变,实现了真正的恒扭矩输出。这种调速方式一直是通过模仿变频器矢量控制等交流调速系统来实现的。若只使用电流环内环,还可直接控制电机输出一定的扭矩,满足不同的拉伸、卷曲等控制要求。


晶闸管和电枢电压控制IGBT在这些发明之前,要控制它们并不容易。毕竟,功率相对较大。阶段,它由发电机的直流发电控制。发电机的输出电压可以通过调整发电机的磁通量来控制,然后调整电枢电压的大小。


晶闸管可控硅发明后,通过向可控硅施加交流输入电压,通过移相触发技术控制可控硅的导角,可以将交流电整流成一定脉动的直流电,因为直流电机是一个很大的感性负载,脉动直流电会被大电感缓冲稳定。直流电压可调节,与可控硅导角成一定比例。该调速技术非常成熟可靠,在上世纪中后期得到了广泛的工业应用。


另外,场效应管和IGBT等设备出现后,直流电机的调速可以更加精确,可以使用PWM斩波技术使输出的直流电压非常稳定,因此直流电机的速度波动非常小。如果电机的转子变长,旋转惯量变小,加上位置环,也可以实现精确的定位控制,这就是所谓的直流伺服系统。


直流电机恒功率调速


就是所谓的弱磁调速,这种调速方式,本质是恒转矩调速方式的一种补充,主要是有些场合,需要比较宽的调速范围,比如有些龙门床,需要电机加工时候进刀非常慢,扭矩要很高;而退回来时候扭矩很轻看是要跑非常快,这时候进刀时候用恒转矩调速模式,而退回来时候用弱磁调速方式,这时候电机的最大功率是不变的。


也有一些电动汽车在低速上坡时跑得很慢,需要很大的扭矩,而平路阻力很小,想跑得很快。此时,还需要使用恒功率调速,类似于机械变速或减速比。一般来说,弱磁调速不适合永磁电机,因此磁通Φ不能单独控制。


弱磁是直接减少气隙磁通Φ在这个时候,励磁线圈的电流可以降低,可控硅或场效应管通常用于励磁线圈。PI调整输出电流源以实现。


弱磁调速时,电机转速越高,电机输出的最大扭矩越小。需要注意的是,一般不会无限减少,可以控制在额定励磁电流的90%左右。


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