電機控制技術報告.docx

電機控制技術報告姓名：司照東班級：1136303學號：6110610322直流電動機控制在日常生活中存在著直流電和交流電的使用，隨之產(chǎn)生重要的直流電動機與交流電動機，然而直流電動機與交流電動機相比具有調速范圍廣，調速平滑方便，過載能力大，能承受平凡的沖擊負載，可實現(xiàn)平凡的無極快速啟動、制動和反轉等優(yōu)點，能滿足許多各種不同的特殊運行要求。直流電動機常應用于對啟動和調速有較高要求的場合，如大型可逆式軋鋼機、礦井卷揚機、龍門刨床、電動機車、大型車床和大型起重機等生產(chǎn)機械。一、 直流電動機的基本原理直流電動機通過換向器配合電刷，當電樞通電時：位于磁場n極下的繞組電流從首端流至尾端，位于磁場s極下的繞組電流從尾端流至首端。因此產(chǎn)生一個可使轉子持續(xù)轉動的電磁轉矩。直流動電機是一種能實現(xiàn)機電能量轉換的電磁裝置，它能使通電繞組在氣隙磁場中產(chǎn)生出持續(xù)電磁轉矩。其產(chǎn)生電磁轉矩的物理根源在于，電機中存在磁場和與通有交流電的電路，即氣隙磁場和通電繞組。通電繞組和靜止氣隙磁場相互作用的關系可通過電磁力定律來分析。直流電動機的工作原理是基于載流導體在磁場中受力產(chǎn)生電磁力形成電磁轉矩的基本原理。但要獲得恒定方向的轉矩，需將其外電路的直流電流變?yōu)槔@組中的交流電流，即同樣需要機械整流裝置，如下圖。直流電動機工作原理組圖在直流電動機中，則用換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電。在實際的直流電動機中，也不只有一個線圈，而是有許多個線圈牢固地嵌在轉子鐵芯槽中，當導體中通過電流、在磁場中因受力而轉動，就帶動整個轉子旋轉。所以直流電動機則是由直流電源供電，輸入的是電能，輸出的是機械能。二、 直流電動機的基本結構直流電動機由定子部分與轉子部分組成。定子包括：主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。轉子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風扇等。1) 定子：定子是電動機固定部分，作用是用來產(chǎn)生旋轉磁場。它主要由定子鐵心、定子繞組和機座組成。2) 轉子：轉子有兩種，鼠籠式與繞線式。掌握他們各自的特點與區(qū)別。鼠籠式用于中小功率的電動機，他的結構簡單，工作可靠，使用維護方便。繞線式可以改善啟動性能和調節(jié)轉速，定子與轉子之間的氣隙大小，會影響電動機的性能，一般氣隙厚度為0.21.5（mm）之間。三、 直流電動機的分類按勵磁方式的不同，直流電動機分為自勵和他勵兩大類。其中自勵電機按勵磁繞組與電樞繞組的聯(lián)系方式的不同，又可分為并勵、串勵和復勵三種。四、 直流電動機的控制（以他勵直流電動機為例）1. 他勵電動機起動控制電動機接入電源后，轉速從零逐漸上升到穩(wěn)定轉速的過程稱為起動。直流電動機起動的基本要求是：有足夠的起動轉矩，一般為額定轉矩的1.52.5倍，以便快速起動，縮短起動時間；起動電流不能過大，一般規(guī)定起動電流不應超過額定電流的1.52.5倍；起動設備安全、可靠、經(jīng)濟。他勵直流電動機有三種起動方式：直接起動、降壓起動和電樞串電阻起動。（1）直接起動電動機起動瞬，所以，這時的電樞電流（即直接起動時的電樞電流）為由于直流電動機的電樞繞組電阻很小，直接加額定電壓起動時，起動電流很大，可達額定電流的1020倍。這樣大的起動電流，會使電動機的換向惡化，產(chǎn)生嚴重的火花。另一方面，由于電磁轉矩與電流成正比，所以起動轉矩也非常大，這將會產(chǎn)生機械沖擊，損失傳動機構。另外大電流還會使電網(wǎng)的電壓波動，影響同一電網(wǎng)上其他用電設備的正常運行。這種在電動機電樞上直接加額定電壓的起動方法稱為直接起動。除了個別極小的電動機可以采用直接起動以外，中、大容量直流電動機不允許直接起動。（2）降壓起動降壓起動是在起動的瞬間，降低電樞兩端的電源電壓，以限制起動電流。電動機起動后，隨著轉速的上升人為地提高電源電壓直至額定值，電磁轉矩維持一定數(shù)值，電動機按需要的加速度升速，直到額定轉速。降壓起動在電動機有可調直流電源時才能采用。降壓起動過程的起動電流小，起動時能量消耗小，由于電壓連續(xù)可調，電動機可以平滑升速。但降壓起動需要專用電源，設備投資較大。常用于大容量頻繁起動的直流電動機。（3）電樞串電阻起動限制起動電流的方法有減小電樞電壓和電樞回路串電阻兩種。隨著晶閘管變流技術的發(fā)展，采用減小電樞電壓來限制起動電流的方法正日趨廣泛。但在沒有可調直流電源的場合，多采用電樞回路串電阻多級起動的方法。電樞串電阻起動，就是起動時在電樞回路中串接電阻，以限制起動電流，在起動過程中，用自動控制設備將起動電阻逐級切除。2. 他勵電動機的制動控制電動機大多運行于電動狀態(tài)但在電力拖動系統(tǒng)中，為了滿足生產(chǎn)上的技術要求或者為了安全，往往需要電動機盡快停轉或由高速運行迅速變?yōu)榈退龠\行，為此，需要對電動機進行制動。與交流電動機一樣，直流電動機的制動發(fā)式也有機械制動和電氣制動兩大類。電氣制動方法中常用的有：能耗制動、反接制動和回饋制動，這三種制動方法的共同點是，在保留原來磁場大小和方向不變的情況下，使電電磁轉矩方向與旋轉方向相反，從而產(chǎn)生制動轉矩。（1）能耗制動能耗制動是指在維持直流電動機的勵磁電源不變的情況下，斷開正在運行的電動機的電樞電源，再串接一個外加制動電阻組成制動回路，將高速旋轉所產(chǎn)生的機械能轉變?yōu)殡娔?，再以熱能的形式消耗在電樞和制動電阻上。由于電動機因慣性繼續(xù)旋轉，直流電動機此時變?yōu)榘l(fā)電機狀態(tài)，所產(chǎn)生的電磁轉矩與轉速方向相反，為制動轉矩，從而使電動機由高速轉變?yōu)榈退佟＃?）反接制動反接制動是在保持他勵直流電動機勵磁為額定狀態(tài)不變情況下，將電樞繞組的極性改變，使得電流方向改變，產(chǎn)生制動力矩，迫使電動機迅速停止的一種制動方式。反接制動分為改變電樞電壓極性的電樞反接制動和電樞回路串大電阻的倒拉反接制動兩種方法。在反接制動時應注意以下兩點：第一，要限制過大的制動電流。第二，要防止電動機反向再起動。通常采用限流電阻進行限流，根據(jù)電流原則和速度原則進行反接制動控制。（3）回饋制動回饋制動又稱再生發(fā)電制動，電動機在運行過程中，由于某種客觀原因，使實際轉速高于電動機的理想空載轉速，如電車下坡、起重機下放重物等情況，位能轉化所得的動能使電動機加速，電動機就處于發(fā)電狀態(tài)，并對電動機起制動作用?；仞佒苿映Ｓ糜谄鹬貦C重物下放過程以及變壓器調速過程，該制動方式只能將電動機轉速限制在理想轉速之下的某一轉速穩(wěn)定運行，不能使電動機轉速下降至零。五、 直流電動機的調速直流電動機具有優(yōu)良的調速性能，可在寬廣范圍內(nèi)平滑的調速，特別適用于調速要求較高的電力拖動系統(tǒng)。他勵直流電動機的一般機械特性方程如下：由上式可見，由上式可見，當負載不變時（t=tl），只要改變電樞電壓u、電樞回路串入的電阻rp、每極磁通f三量中任一個就能改變電動機轉速。因此，他勵直流電動機可以有三種調速方法：電樞串電阻調速、改變勵磁磁通調速、改變電樞電壓調速。（1）電樞串電阻調速他勵直流電動機拖動負載運行時，他勵直流電動機拖動負載運行時，保持電源電壓及磁通為額定值，改變電樞回路所串的電阻值，電動機就能運行于不同的轉速。電樞回路串電阻調速只能使電動機在小于額定轉速的范圍內(nèi)進行調速，調速范圍較小、穩(wěn)定性較差、能量消耗大。因此這種調速方式只適于調速性能要求不高、容量不大、短期工作的中小型直流電動機。（2）改變勵磁磁通調速在保持電源電壓為額定值、電樞回路不串電阻的條件下，通過在勵磁回路串入可調電阻改變勵磁電流，以改變磁通，從而達到調速的目的。由于電動機在額定狀態(tài)運行時，磁路已接近飽和，所以通常只能減小磁通，將轉速往上調，故此種方法又稱為弱磁調速。弱磁調速的優(yōu)點是調速平滑、可實現(xiàn)無級調速，調速經(jīng)濟、控制方便，機械特性較硬、穩(wěn)定性好。缺點是調速范圍小，最高轉速一般為額定轉速的1.2倍。弱磁調速一般與降壓調速配合使用以擴大調速范圍，即額定轉速以下，采用降壓調速；額定轉速以上，采用弱磁調速。（3）降低電樞電壓調速降低電樞電壓的調速方法需要專用的調速電源，初次投機大。但其降壓調速性能好，故常用于調速要求較高的場合和大中容量電動機調速，特別適用于帶恒轉矩負載的電動機調速。六、 直流電動機總結電機在我們的生活