關(guān)于直流電機(jī)及控制系統(tǒng)的基本知識(shí)6、直流電機(jī)的四象限運(yùn)行：直流電機(jī)與交流電機(jī)一樣，也有兩種運(yùn)行方式：電動(dòng)運(yùn)行和制動(dòng)運(yùn)行。如果再以正、反轉(zhuǎn)來分的話，則分為正轉(zhuǎn)運(yùn)行、正轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行和反轉(zhuǎn)運(yùn)行、反轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行四種運(yùn)行方式。如果以坐標(biāo)形式來表示的話，則稱為電機(jī)的四象限運(yùn)行坐標(biāo)，見下圖4-5各種運(yùn)行方式的機(jī)械特性曲線。當(dāng)電機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，其機(jī)械特性是一條橫跨1、2、4象限的直線。其中1象限為電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相同，第2、4象限為制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，在此狀態(tài)內(nèi)是產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)向方向相反的阻力矩，以使拖動(dòng)系統(tǒng)迅速停車或限制轉(zhuǎn)速的升高。制動(dòng)狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反，此時(shí)電機(jī)從軸上吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為電能消耗于電樞回路電路或回饋于電源。第3象限為反向電動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩TM與轉(zhuǎn)速n同方向，TM是拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)的，所以電機(jī)運(yùn)行曲線處于1、3象限，1象限為電機(jī)正向運(yùn)行，3象限為電機(jī)反向運(yùn)行；當(dāng)TM與轉(zhuǎn)速n的方向相反時(shí)，表示電機(jī)機(jī)處于制動(dòng)運(yùn)行方式，其機(jī)械特性曲線在坐標(biāo)的2、4象限內(nèi)，2象限內(nèi)為電機(jī)正向制動(dòng)，包含能耗制動(dòng)過程（OA線段）、電源反接制動(dòng)過程（-TMB線段）和正向回饋制動(dòng)過程（-n0C）線段；處于第四象限時(shí)為電機(jī)反向制動(dòng)，也包含能耗制動(dòng)過程（OD線段）、倒拉反接制動(dòng)過程（TME線段）和反向回饋過程（-n0F線段）。7、直流電機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)控制：直流電機(jī)從接入電源開始，電樞由靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的過程，稱為啟動(dòng)過程。要求啟動(dòng)時(shí)間短、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)電流小。啟動(dòng)的要求是矛盾的，比如，用逐漸提升供電電壓實(shí)施軟起動(dòng)，來降低起動(dòng)電流，但啟動(dòng)時(shí)間又會(huì)加長；加大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又勢(shì)必增大的啟動(dòng)電流等。因而要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用和配置情況，對(duì)啟動(dòng)問題綜合考慮。1）啟動(dòng)方式：a、直接啟動(dòng)。只適用于小型直流電機(jī)。啟動(dòng)方法是先給電機(jī)加勵(lì)磁，并調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流達(dá)到最大，當(dāng)勵(lì)磁磁場建立后，再使電樞繞組直接加上額定電壓，電機(jī)開始啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中，電樞中最大沖擊電流，稱為啟動(dòng)電流。直流啟動(dòng)，因啟動(dòng)電流大，電氣和機(jī)械沖擊大等缺點(diǎn)，應(yīng)用較少；b、早期采用變阻器啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)在電樞回路中串入變阻器，用接觸器觸點(diǎn)切換電阻只數(shù)，限制啟動(dòng)電流。將啟動(dòng)電流限制在2位額定電流以內(nèi)。后期采用晶閘管電子電力技術(shù)，用改變電樞電壓的方式實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)。2）停止方式：a、自由停車。直流電機(jī)的電源關(guān)斷后，電機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)慣性自由停車；b、施加制動(dòng)（剎車）措施，如機(jī)械抱閘剎車、能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)等使其快速停車。3）直流電機(jī)的制動(dòng)方式和方法：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，就稱為電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)的目的：使電動(dòng)機(jī)減速或停車、限制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高（如電車下坡）。機(jī)械抱閘制動(dòng)也是一種制動(dòng)（剎車）方式，但不屬電機(jī)運(yùn)行特性的范疇。屬于電機(jī)運(yùn)行特性的制動(dòng)方式和方法有以下四種，有時(shí)也統(tǒng)稱為電磁制動(dòng)方式。a、能耗制動(dòng)。指運(yùn)行中的直流電機(jī)突然斷開電樞電源，然后在電樞回路串

入制動(dòng)電阻，使電樞繞組的慣性能量消耗在電阻上，使電機(jī)快速制動(dòng)。由于電壓和輸入功率都為0，所以制動(dòng)平衡，線路簡單；b、反接制動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)快速停車，突然把正在運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)的電樞電壓反接，并在電樞回路中串入電阻，稱為電源反接制動(dòng)。制動(dòng)期間電源仍輸入功率，負(fù)載釋放的動(dòng)能和電磁功率均消耗在電阻上，適用于快速停轉(zhuǎn)并反轉(zhuǎn)的場合，對(duì)設(shè)備沖擊力大。c、倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)適用于低速下放重物。制動(dòng)時(shí)在電路串入一個(gè)大電阻，此時(shí)電樞電流變小，電磁轉(zhuǎn)矩變小。由于串入電阻很大，可以通過改變串入電阻值的大小來得到不同的下放速度。反接制動(dòng)時(shí)，切換極性相反的電源電壓，使電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流：反接制動(dòng)時(shí)，從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起消耗在電樞回路制動(dòng)電阻上。d、回饋制動(dòng)。電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在某種條件下會(huì)出現(xiàn)由負(fù)載拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的情況，此時(shí)出現(xiàn)n>n0、Ea>U、Ia反向，電機(jī)由驅(qū)動(dòng)變?yōu)橹苿?dòng)。從能量方向看，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)——回饋制動(dòng)狀態(tài)。正向回饋：當(dāng)電機(jī)減速時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速從高到低所釋放的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽徊糠窒脑陔姌谢芈返碾娮枭?，一部分返回電源；反向回饋：電機(jī)拖位能負(fù)載（如下放重物）時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)這種狀態(tài)。重物拖動(dòng)電機(jī)超過給定速度運(yùn)行，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。電磁功率反向，功率回饋電源。在實(shí)際應(yīng)用中，很多情況下采用機(jī)械（抱閘）制動(dòng)結(jié)合電磁制動(dòng)的方法來進(jìn)行制動(dòng)，即先通過電磁制動(dòng)將電機(jī)轉(zhuǎn)速降到一個(gè)比較低的速度（接近零速），然后再機(jī)械抱閘制動(dòng)，這樣既避免了機(jī)械沖擊又有比較好的制動(dòng)效果。二、直流調(diào)速的主電路形式和整機(jī)構(gòu)成

直流電機(jī)需要直流電源的供給，這要求一個(gè)能將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷碾娫囱b置。另外，直流電機(jī)的起/停、保護(hù)、調(diào)速等控制，也常常與直流電源集成于一體，稱為直流調(diào)速裝置或直流調(diào)速器。早期對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速控制，用直流發(fā)電機(jī)作直流電機(jī)的直流電源，用接觸器配合變阻箱實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的啟/?？刂坪驼{(diào)速，系統(tǒng)繁雜、造價(jià)高。后期由于晶閘管等電力電子器件的成熟應(yīng)用，出現(xiàn)了靜止式直流調(diào)速裝置，系統(tǒng)配置變得精簡，而控制性能大幅度提升。國內(nèi)外，有一些專業(yè)廠家，專門生產(chǎn)了專用于直流電機(jī)調(diào)速的系列產(chǎn)品，進(jìn)口產(chǎn)品如英國歐陸傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的《590+直流數(shù)字式調(diào)速器》、ABB（瑞典阿西亞公司和瑞士的布朗勃法瑞公司合并而成）集團(tuán)公司生產(chǎn)的《DCS400晶閘管變流器直流傳動(dòng)系統(tǒng)》等，國內(nèi)生產(chǎn)廠家更是林林總總，不下數(shù)百家。其產(chǎn)品范圍囊括了大、中、小功率，他勵(lì)、自勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速控制安川變頻器是日系變頻器中知名品牌，也是日系中高端產(chǎn)品的代表，以技術(shù)含量比較高著名，不緊性能卓越，同時(shí)質(zhì)量可靠，在吊機(jī)，電梯，工業(yè)設(shè)備等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，主流產(chǎn)品為G3/G5/G7（對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)型為P)等系列，由于保護(hù)性能好，所以保護(hù)電路復(fù)雜，本文從驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)入手引導(dǎo)大家學(xué)習(xí)安川變頻器維修技術(shù)。GF故障是常見的安川變頻器故障，叫接地故障，其實(shí)也是OC過流保護(hù)故障，GF接地故障在排除電機(jī)接地存在問題的原因外，一個(gè)可能發(fā)生故障的部分是霍爾傳感器了，霍爾傳感器由于受溫度，濕度等環(huán)境因數(shù)的影響，工作點(diǎn)很容易發(fā)生飄移，導(dǎo)致GF報(bào)警，另外一個(gè)可能是驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)造成的，下邊就這種故障進(jìn)行電路原理性分析一、電路原理：由CPU引腳來的PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)U2光電耦合器隔離和放大后，送入模塊保護(hù)電路。正常狀態(tài)下，此脈沖信號(hào)再經(jīng)Q2和Q3的推挽式功率放大電路放大，直接驅(qū)動(dòng)IGBT模塊。一般認(rèn)為，IGBT模塊為電壓型驅(qū)動(dòng)模塊，此種觀念有失偏頗。IGBT管子的輸入柵-射結(jié)電容，恰恰需要瞬態(tài)的大涌入電流！這就是為什么會(huì)采用Q2、Q3來做功率放大的原因。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的引入電阻，也是5Ω8W的功率電阻。而從這個(gè)意義上來講，從本質(zhì)上來看，IGBT模塊，仍為電流型驅(qū)動(dòng)器件。這是筆者的看法，不知當(dāng)否？當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的電流輸出能力不足時(shí)，會(huì)使三相輸出電流產(chǎn)生斷續(xù)，電機(jī)振動(dòng)，發(fā)出隆隆聲。脈沖處理電路原理另見其它圖說，此處重點(diǎn)是看保護(hù)電路如何動(dòng)作的。在變頻器未接受啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，U2的輸出腳7、8為截止負(fù)電壓，如以0V電源線做為參考點(diǎn)的話，此時(shí)7、8腳電壓約-9.5V(忽略內(nèi)部管子的飽合壓降)，此負(fù)壓經(jīng)R13、R3引入到Q2和Q3的基極。Q2因反偏壓而截止，Q3因正偏壓而導(dǎo)通，IGBT模塊的柵偏壓為負(fù)，處于截止?fàn)顟B(tài)。電阻R1、R2對(duì)+15V和負(fù)-9.5V分壓得到3V的電平。D9為擊穿電壓值為9V的穩(wěn)壓管，R1與R2的分壓值不足以使其擊穿，故Q3無偏流，處于截止?fàn)顟B(tài)。光電耦合器U1無輸入電流，故無GF（接地）和OC（過載、短路）等故障信號(hào)返回CPU。當(dāng)CPU發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)候，U2的7、8腳變?yōu)榉逯禐?5V的正脈沖電壓，D1的正極此際便上升為+15V，此時(shí)便出現(xiàn)了兩種情況：一種情況下是模塊良好，IGBT管子在正激勵(lì)脈沖驅(qū)動(dòng)下迅即導(dǎo)通，可認(rèn)為P、E兩點(diǎn)之間瞬時(shí)短接了。D1的負(fù)端電位瞬即拉為0V，也將D2的負(fù)端電位拉為1V以下，因未達(dá)到D2的擊穿值，使Q3仍無基極偏流而截止；一種情況下是模塊已或因負(fù)載異常使運(yùn)行電流過大，或因Q3等驅(qū)動(dòng)電路本身不良使IGBT管子并未良好地導(dǎo)通，D1的負(fù)端為高電位而截止，+15V經(jīng)R1使D2擊穿，Q3得到偏流導(dǎo)通，將Q2基極的正脈沖電壓拉為零電平，IGBT模塊失去脈沖而截止。同時(shí)Q3的導(dǎo)通產(chǎn)生了U1的輸入電流，U1將模塊故障信號(hào)送入CPU?？梢姶穗娐肥潜Ｗo(hù)電路先切斷了IGBT管子的驅(qū)動(dòng)脈沖，同時(shí)送出了模塊故障信號(hào)。保護(hù)是及時(shí)和快速的。二、維修要點(diǎn)：一般如果發(fā)生GF/OC之類的故障，需要先檢查IGBT模塊，看是否有短路或者性能不良等現(xiàn)象存在，然后檢查U1和U2兩個(gè)光耦的狀況，另外穩(wěn)