電磁調(diào)速電動機工作原理

電磁調(diào)速電動機工作原理

電磁調(diào)速異步電動機又稱滑差電機，它是一種恒轉(zhuǎn)矩交流無級變速電動機。由于它具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)開滑、起動轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負反饋的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時機械特性硬度高等一系列優(yōu)點，因此在印刷機及騎馬訂書機、無線裝訂高頻烘干聯(lián)動機中都得到廣泛應(yīng)用。如801型對開立式?；剞D(zhuǎn)凸版印刷機、JS2101型對開雙面膠印機，J2105型對開單色膠印機、J2108型對開單色膠印機、PZ4880－01A型對開四色膠印機等印刷機械采用這種電動機就更能符合印刷工藝要求。烘版機采用這種電動機調(diào)速后，能有效地控制膠膜厚度，操作十分方便。騎馬訂書機采用這種電動機調(diào)速，能夠根據(jù)書刊的要求相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而提高書刊裝訂質(zhì)量。

帶有速度負反饋的電磁調(diào)速異步電動機的主要缺點是：在空載或輕載（小于10％額定轉(zhuǎn)矩）時，由于反饋不足，會造成失控現(xiàn)象；在調(diào)速時，隨著轉(zhuǎn)速降低，離合器的輸出功率和效率也相應(yīng)地按比例下降。所以此電機適用于長期高速運轉(zhuǎn)和短時間低速運轉(zhuǎn)。為適應(yīng)印刷機低速運轉(zhuǎn)的需要，在采用電磁調(diào)速異步電動機作主驅(qū)動的印刷機中往往再配裝一臺三相異步電動機作為低速電機使用。

現(xiàn)將該電動機工作情況作簡要介紹

一、電磁調(diào)速異步電動機結(jié)構(gòu)與工作原理

電磁調(diào)速異步電動機是由普通鼠籠式異步電動機、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電機作為原動機使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時帶動離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵磁線圈勵磁電流的裝置。這里主要介紹電磁滑差離合器，圖2－19是其結(jié)構(gòu)示意圖。它包括電樞、磁極和勵磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動機的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱主動部分；磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負載軸上，俗稱從動部分。主動部分和從動部分在機械上無任何聯(lián)系。當(dāng)勵磁線圈通過電流時產(chǎn)生磁場，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對磁極。此時若電樞被鼠籠式異步電動機拖著旋轉(zhuǎn)，那么它便切割磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動部分的磁極便跟著主動部分電樞一起旋轉(zhuǎn)，前者的轉(zhuǎn)速低于后者，因為只有當(dāng)電樞與磁場存在著相對運動時，電樞才能切割磁力線。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動機轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場運動的原理沒有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是：異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場則由勵磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場的作用。

圖2－19電磁滑差離合器基本結(jié)構(gòu)示意圖

1-原動機2-工作氣隙3-主軸4-輸出軸5-磁極6-電樞

電磁滑差離合器的機械特性可近似地用下列經(jīng)驗公式表示：n=n0-KT2/I4f式中：n0－離合器主動部分（鼠籠電動機）的轉(zhuǎn)速；n－離合器從動部分（磁極）的轉(zhuǎn)速；If－勵磁電流；K－與離合器結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)；T－離合器的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)穩(wěn)定運行時，負載轉(zhuǎn)矩與離合器的電磁轉(zhuǎn)矩相等。由上述公式可知：（1）當(dāng)負載一定時，勵磁電流If的大小決定從動部分轉(zhuǎn)速的高低，勵磁電流愈大，轉(zhuǎn)速愈高；反之，勵磁電流愈小，轉(zhuǎn)速就愈低。根據(jù)這一特性，可以利用電氣控制電路非常方便地調(diào)節(jié)從動部分的轉(zhuǎn)速。（2）當(dāng)勵磁電流一定時，從動部分轉(zhuǎn)速將隨著負載轉(zhuǎn)矩增加而急劇降低，并且這種下降在弱勵磁電流的情況下更加嚴重，如圖2-20a所示，它具有較軟的機械特性，這種軟的機械特性在許多情況下，不能滿足生產(chǎn)機械的要求。為了獲得范圍較廣，平滑而穩(wěn)定的的調(diào)速特性，通常采用速度負反饋的措施，使電磁滑差離合器具有如圖2-20b所示的硬機械特性。

圖2－20電磁調(diào)速異步電動機機械特性曲線圖2－21為帶有速度負反饋的電磁調(diào)速異步電動機原理框圖。它是利用測速發(fā)電機把離合器的輸出速度n換成交流電壓U－，再經(jīng)整流器變成直流電壓U－。將U－送入比較元件，與給定直流勵磁電壓Uf進行比較。得電壓差△Uf－U－。所以輸入離合器的勵磁電流If不是正比于勵磁電壓Uf，而是正比于電壓△U。由于U～（U－）的大小與轉(zhuǎn)速n有關(guān)，n增大，U～（U－）變大。n減小，U～（U－）變小。因此，在給定直流勵磁電壓Uf有變情況下，輸入的勵磁電流If的大小與轉(zhuǎn)速n有關(guān)，即隨著n的下降或上升，勵磁電流If將自動增加或減小，由于負反饋的作用，提高了電磁離合器機械特性的硬度，這時調(diào)速的參數(shù)不再是電流If將自動增加或減小，由于負反饋的作用，提高了電磁離合器機械特性的硬度，這時調(diào)速的參數(shù)不再是電流If而是電壓Uf。顯然，給定勵磁電壓Uf愈高，則轉(zhuǎn)速n愈高；反之則轉(zhuǎn)速愈低，如圖2-20b所示。

圖2－21帶有速度負反饋的電磁調(diào)速異步電動機框圖從圖中可以看出：在空載或輕載（小于10％額定轉(zhuǎn)矩）時，由于反饋量不足，會造成失控現(xiàn)象，此外，在調(diào)速時，隨著轉(zhuǎn)速降低，離合器的輸出功率和效率也相應(yīng)地按比例下降。

二、電磁調(diào)速異步電動機的起動與調(diào)速

1．電磁調(diào)速異步電動機的起動。

該電動機與轉(zhuǎn)運慣量較大的工作機械之間裝有滑差離合器，起動時可以逐漸增加電流，能很平滑地起動。在阻力較大的拖動系統(tǒng)中，例如J2203膠印機，電動機往往不能帶負載直接起動，這時可在起動前先斷開離合器的勵磁電源，使鼠籠電動機先空載起動，然后再接上勵磁電源就可起動了。

2．電磁調(diào)速異步電動機的調(diào)速。

由電磁調(diào)速異步電動機的工作原理知，電磁調(diào)速異步電動機的速度調(diào)節(jié)，可通過調(diào)節(jié)滑差離合器的勵磁電流來實現(xiàn)。下面介紹兩種調(diào)節(jié)滑差離合器勵磁電流的電路。

（1）用調(diào)壓器調(diào)速。

在圖2－22中，是用調(diào)壓\o"電機維修網(wǎng)"變壓器來改變勵磁電流的整流器電源電壓，以達到調(diào)速的目的。在此系統(tǒng)中，沒有速度負反饋，電機的機械特性較軟，一般可用于要求不高的調(diào)速差系統(tǒng)中。例如，制銅鋅版使用的無粉腐蝕機，膠印制版的烘版機等。

圖2－22用調(diào)壓\o"電機維修網(wǎng)"變壓器控制的調(diào)速電路由于這種控制線路結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，所以在印刷機構(gòu)中仍有實用意義。在圖2－22中，TC是單機調(diào)壓\o"電機維修網(wǎng)"變壓器，初級電壓220V，次級電壓為0－250V。整流元件是2CZ型硅二極管，型號的選擇應(yīng)根據(jù)離合勵磁線圈的功率或電流來確定。從電路圖可看出，只要改變調(diào)壓\o"電機維修網(wǎng)"變壓器的次級電壓，就能改變整流輸出直流電壓，即改變滑差離合器勵磁電流，這樣就能調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。

（2）速度負反饋電磁調(diào)速異步電動機控制電路。

現(xiàn)在廣泛采用具有速度負反饋的滑差離合器的控制裝置，來實現(xiàn)寬范圍無級調(diào)速，它比起其它調(diào)速電動機來說，具有以下主要優(yōu)點：①交流無級調(diào)速，機械特性硬度較高；②結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護方便、價格低廉；③調(diào)速范圍大，用在像印刷機這樣的恒轉(zhuǎn)矩負載時，一般可達10：1，有特殊要求（如輪轉(zhuǎn)機）時亦可達50：1；④可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。在現(xiàn)代化的聯(lián)合輪轉(zhuǎn)機中，都應(yīng)用了自動化的紙張拉緊機械，它可以達到隨著卷筒紙直徑的變化，調(diào)節(jié)離合器的轉(zhuǎn)矩經(jīng)保持拉力不變。下面以ZLK－10型調(diào)速裝置為例，說明電磁調(diào)速異步電動機的調(diào)速線路的組成及其工作原理。圖2－23為ZLK－10自動調(diào)速系統(tǒng)的方框圖，由圖可知，它由給定電壓、速度負反饋、放大器、觸發(fā)電路、可控硅(晶閘管）整流等環(huán)節(jié)組成，圖2－24是其原理圖。下面對它的基本環(huán)節(jié)進行分析。

圖2－23ZLK－10自動調(diào)速系統(tǒng)的基本組成①給定電壓環(huán)節(jié)。給定電壓環(huán)節(jié)起始于\o"電機維修網(wǎng)"變壓器TC副邊5端、6端間的繞組。24V的交流電壓經(jīng)VD2、整流并經(jīng)C2、R2、C3濾波和VZ穩(wěn)壓，得到16V的直流電壓。最后由R5和RP4“定速”檔的轉(zhuǎn)速。“運轉(zhuǎn)”、“定速”由中間繼電器KA3控制。②轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)。ZLK－10自動調(diào)速系統(tǒng)是采用三相交流測速發(fā)電機BR對轉(zhuǎn)速進行采樣。所得交流經(jīng)VD8－VD13整流和C8、R13、RP2、RP3濾液后，得到反饋電壓，經(jīng)過R8傳至放大器的輸入端。由于不同測速發(fā)電機靈敏度之間存在差異，所以采用RP2對反饋電壓進行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速表PV的刻度值依靠RP3調(diào)節(jié)。電容器C7用于減輕反饋電壓的脈動，有利于調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的提高。③放大器。放大器是以晶體管V2為核心組成。二極管VD4、VD5、VD6用作雙向限幅保護，以避免V2的發(fā)射結(jié)承受過高的電壓。給定電壓與轉(zhuǎn)速反饋電壓通過電阻R6、R7和R8進行組合，形成輸入信號，其值正比于上述兩個電壓之差。這個差值經(jīng)V2放大后可影響V2的集電極電位，對單結(jié)晶體管觸發(fā)脈沖形成電路進行控制。④觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的電源是由V1、VD3、R4與\o"電機維修網(wǎng)"變壓器TC的6、7繞組組成。TC的6、7端輸出3V交流電壓，當(dāng)為負半周期時，V1截止，V1集射極間電壓為16V，如圖2-25b所示；當(dāng)7．6端輸出為正半周期時，經(jīng)VD3整流后加到V1的集射極上使V1飽和導(dǎo)通，Vcel=0，放大器與觸發(fā)電路不能工作，如圖2-25b所示。由V3和R11組成的恒流源，再加上電容器C6，能產(chǎn)生鋸齒波用作移相，如圖2-25c所示。其原理是這樣的：設(shè)V3和R11恒流源的恒定電源是I0，恒定電流向C6充電，Uc6=1/C6∫t0Iodt，使C6上的電壓上升，當(dāng)上升到單結(jié)管VU的峰值時單結(jié)管導(dǎo)通C6放電。放電到VU的谷值時又重新充電。而恒定電流I0的大小又受放大器V2輸出電壓的控制。如當(dāng)V2的輸入電壓增大，V3的基極電壓就降低，V3更加導(dǎo)通，V3集電極電流I0增大，這樣充放電速度加快，可控硅觸發(fā)提前，如圖2-25d所示，導(dǎo)通角增大，導(dǎo)致勵磁電壓增大，如圖2-25e所示；同理V2的輸入電壓減小時，I0減小，導(dǎo)致導(dǎo)通角減小，勵磁電壓減小?？梢娸斎腚妷旱拇笮】梢钥刂瓶煽毓璧挠|發(fā)時刻。觸發(fā)器最終在VU的第一基極通過脈沖\o"電機維修網(wǎng)"變壓器TV輸給晶閘管的控制極。二極管VD7用以短路負脈沖，防止可控硅因控制極出現(xiàn)負脈沖而擊穿。⑤可控硅整流電路。該系統(tǒng)采用可控硅單相半波整流電路，波形如圖2－25e所示。整流電路的輸出控制轉(zhuǎn)差離合器的勵磁線圈來產(chǎn)生勵磁電流并最終影響電機的轉(zhuǎn)速。圖中R1、C1和熱敏電阻RV均對可控硅有過壓保護作用。VD1為續(xù)流二極管，其作用是，正半周時由于可控硅導(dǎo)通而使離合器工作；負半周時可控硅不導(dǎo)通，勵磁線圈產(chǎn)生的反向電動勢可經(jīng)過VD1形成放電回路，使線圈中的電流連續(xù)，從而使離合器工作穩(wěn)定。

圖2－24ZLK－10型調(diào)速系統(tǒng)的電路圖2－25ZLK－10型調(diào)速系統(tǒng)電路工作波形綜合上述，當(dāng)ZLK－10自動調(diào)速系統(tǒng)處于“運轉(zhuǎn)”狀態(tài)，也就是調(diào)速狀態(tài)時，通過調(diào)節(jié)電位器RP4改變電壓給定環(huán)節(jié)的電壓，來改變電動機的轉(zhuǎn)速。例如調(diào)節(jié)RP4使給定電壓Uf增大，這時轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)給出的電壓U－保持不變，輸入到V2的電壓△U增加，由V3和11出