直流調(diào)速的原理綜述1.1直流電機(jī)1.1.1直流電機(jī)工作原理直流電力發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括有定子和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子兩個(gè)主要方面。在直流定子驅(qū)動(dòng)下的電機(jī)正常工作時(shí),其中含有靜止于直流驅(qū)動(dòng)的一部分定子叫做直流定子。定子的主要作用功能之一就是使它產(chǎn)生一個(gè)大的磁場(chǎng),由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承與傳動(dòng)電機(jī)及印刷加工設(shè)備等機(jī)械構(gòu)件。電機(jī)在正常高速運(yùn)行時(shí)因其轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)部分被我們通常統(tǒng)稱(chēng)來(lái)作為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子,其主要驅(qū)動(dòng)功能分別是自動(dòng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩和電子傳感電動(dòng)勢(shì),它們特別是直流利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行交流能源功率轉(zhuǎn)換的主要樞紐,所以通常也被我們所統(tǒng)稱(chēng)為直流電機(jī)中樞,由轉(zhuǎn)軸、電機(jī)中樞驅(qū)動(dòng)鐵架軸心、電機(jī)中樞驅(qū)動(dòng)繞軸機(jī)組、換向器和電樞風(fēng)扇等主要部件共同組成。定子各部分介紹:(1)主磁極其中主磁極的主要功能之一就是由它產(chǎn)生特定空間內(nèi)的一種氣隙性的電磁場(chǎng)。主磁極繞組包括主磁極的磁性鐵心勵(lì)磁電容器與勵(lì)磁極的繞組這兩個(gè)部分。鐵心一般都是采用0.5mm~1.5mm厚的優(yōu)質(zhì)硅鋼板為緩沖片并經(jīng)進(jìn)行強(qiáng)力擠壓后經(jīng)鉚緊而制制成,分為極身和外套電磁勵(lì)磁器的繞組兩個(gè)大部分,上面的還有一個(gè)外套勵(lì)磁器的繞組部分部份叫做極身,下面的還有一個(gè)外套范圍擴(kuò)寬部分部份叫做極靴,極鞋寬于整個(gè)電磁勵(lì)磁極身,既同時(shí)可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)整埋在電磁洞內(nèi)的空氣隙中的電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)變化和磁場(chǎng)分布,又同時(shí)可以用作便于固定勵(lì)磁器的繞組。勵(lì)磁鐵絲繞組就是采用優(yōu)質(zhì)絕緣鐵絲銅線焊接繞制而得組成,套在勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)內(nèi)部主要?jiǎng)?lì)磁極的絕緣鐵絲中心上。整個(gè)電機(jī)主磁極內(nèi)部采用固定螺釘將其固定到整個(gè)電動(dòng)機(jī)座上。(2)換向極換向極的基本功能和主要作用就是通過(guò)驅(qū)動(dòng)改善電路換向,減小動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)電路中正常運(yùn)行時(shí)的過(guò)程在其中的阻力電磁毛刷和瞬時(shí)換向器之間就會(huì)有各種可能隨時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的各種換向熱和火花,一般都是安裝在兩個(gè)電路主要電磁極的一個(gè)相鄰連接地點(diǎn),由兩個(gè)換向極的驅(qū)動(dòng)鐵心和兩個(gè)換向極的鐵心繞組所組合構(gòu)成。(3)機(jī)座電動(dòng)機(jī)座的定子在其電機(jī)外殼上被放置稱(chēng)為定子位于電動(dòng)機(jī)座。機(jī)座的作用功能主要部分有兩個(gè):一個(gè)就是它不僅可以直接用來(lái)起到固定汽車(chē)主磁極、換向極和傳動(dòng)端蓋,并且機(jī)座可以用來(lái)起到整個(gè)直流發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力支持和固定。(4)電刷裝置電壓無(wú)刷直流設(shè)備電路就是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于控制引入或引出輸送直流源的電壓及其他直流源的電路。電動(dòng)掃刷保護(hù)設(shè)備電動(dòng)裝置主要用途包括各種電動(dòng)掃刷、刷刷的把握、刷刷的桿座和帶動(dòng)刷刷的桿座。將輪胎電動(dòng)的刷桿直接安放在驅(qū)動(dòng)輪胎的刷握內(nèi),用一個(gè)壓力彈簧將驅(qū)動(dòng)輪胎刷桿壓緊,使得輪胎電動(dòng)桿刷和輪胎換向器之間必須能夠保持具有良好的橫向平移性和滑動(dòng)時(shí)的接觸,刷桿和抓的手柄能夠牢固地分別安裝在驅(qū)動(dòng)輪胎的兩個(gè)刷桿上,刷桿座則安裝在一個(gè)弧形圓環(huán)型的輪胎刷桿座上,相互之間必須完全保持絕緣。刷桿座可以安裝在滾動(dòng)軸承的端部頂蓋上或者也就是裝在軸承的內(nèi)部端蓋上,圓周的固定位置也就是可以直接進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整,當(dāng)時(shí)需要調(diào)好后再進(jìn)行加以調(diào)整固定。轉(zhuǎn)子各部分介紹:(1)電樞鐵芯電路中樞的連接鐵心線圈作為主電子磁路的重要結(jié)構(gòu)組成的一部分,同時(shí)也作為可廣泛用于連接嵌入到主電路中樞內(nèi)的線圈。一般的大型電樞性疊壓鐵鋼軸心都主要是通過(guò)使用由0.5mm厚的大型二氧化硅鐵脈鋼片體來(lái)進(jìn)行疊壓沖制而得形成的大型二氧化硅鋼脈沖片體來(lái)進(jìn)行鐵心疊壓。以利于減少電力發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中的過(guò)程因其中電機(jī)軸樞驅(qū)動(dòng)線圈在磁鐵心內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的渦流損耗及磁滯后的損耗。將其折疊成的圓形鐵心轉(zhuǎn)子固定器放到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸上或者也就是放在轉(zhuǎn)子上的支架上。鐵心的外槽內(nèi)圓端口被打開(kāi)后并設(shè)有一個(gè)電源中樞槽,槽內(nèi)圓端嵌入了一個(gè)放電于中樞槽的線圈。(2)電樞繞組電機(jī)中樞直流繞組的傳動(dòng)功能主要原理是電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生直流電磁轉(zhuǎn)矩和直流傳感電動(dòng)勢(shì),是直流利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直流能源傳動(dòng)變換的重要一個(gè)關(guān)鍵傳動(dòng)元件,因此又被稱(chēng)為直流電機(jī)中樞。它主要原理是由許多類(lèi)型線圈按照一定的焊接規(guī)律相互連接而得形成,線圈邊緣是采用一根高強(qiáng)度的玻璃漆包線或者線圈使用一根玻璃絲與一包扁平的銅線相互焊接纏繞而得形成,不同類(lèi)型線圈的連接線路邊分上下兩層地相互嵌入連接到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的樞槽中,線圈與電樞鐵心之間以及上、下兩層間的線圈邊之間都必須同時(shí)做好妥善的焊接絕緣。為了有效防止連接距離較大時(shí)被力的離心力從連接線圈邊槽內(nèi)推向槽外,溝縫連接處通常使用圓形槽楔可以牢牢地固定。線圈向兩端伸出槽的最外端的連接處可以使用熱固性的優(yōu)質(zhì)無(wú)緯鋼或玻璃材料帶來(lái)壓力進(jìn)行線圈捆扎。(3)換向器在直流電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中,換向器內(nèi)部分別裝有一個(gè)電動(dòng)機(jī)上的刷,能將一個(gè)接收機(jī)得到的信號(hào)外加一個(gè)直流電源信號(hào)轉(zhuǎn)化成因?yàn)樵诎l(fā)電機(jī)中樞驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)其中的一個(gè)交變驅(qū)動(dòng)電流,使帶有電磁轉(zhuǎn)矩的主軸運(yùn)行運(yùn)動(dòng)方向始終保持恒定不變;在直流式高壓發(fā)電機(jī)中,換向器上下部配有一個(gè)電動(dòng)機(jī)刷,能夠把由發(fā)電機(jī)中樞驅(qū)動(dòng)線圈中電磁傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)分別轉(zhuǎn)化成因?yàn)檎?、?fù)電流在刷上轉(zhuǎn)動(dòng)引起的直流電動(dòng)勢(shì)。換向器通常采用的結(jié)構(gòu)是由許多不同換向片部件連接而來(lái)組成的一個(gè)弧形圓柱體,換向片之間可以采用一根鋼絲繩與兩個(gè)云母片之間進(jìn)行緊固絕緣,換向片的下部緊固通常工作情況如圖所示,換向片的下部部分可以直接做成一個(gè)圓型鴿尾形,兩端分別可以采用一個(gè)鋼制歐式v型圓形套筒和鋼制v型圓形云母片連環(huán)部件進(jìn)行固定,再用v型螺母進(jìn)行鎖緊。(4)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸是起到控制轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的主要支撐部件,需要具備一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度,一般采用圓形鋼板進(jìn)行加工。1.1.2直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)就是轉(zhuǎn)子從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程。在此過(guò)程中，要想維持電機(jī)旋轉(zhuǎn)，必須要滿足以下條件：能夠帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TstQUOTETst，但也不能過(guò)大，否則電機(jī)難以承受；足夠大的啟動(dòng)電流Ist，同樣要保證啟動(dòng)電流不能過(guò)大；此外，輔助啟動(dòng)的設(shè)備不宜太過(guò)復(fù)雜，便于控制，要保證啟動(dòng)時(shí)間滿足需求，啟動(dòng)過(guò)程穩(wěn)定可靠。 因此,在實(shí)際中的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)工作中,直流電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要回路啟動(dòng)電壓形式主要上可分為以下幾種:直接電阻啟動(dòng),電機(jī)中樞電源回路啟動(dòng)串聯(lián)的電阻直接啟動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)直接降低直流電機(jī)中樞電源回路啟動(dòng)電壓的電阻啟動(dòng)。1.1.3直接啟動(dòng) 直流電機(jī)直接啟動(dòng)方式就是直接給電機(jī)兩端施加額定電壓進(jìn)行啟動(dòng)。在此方式下啟動(dòng)時(shí)，由于直流電動(dòng)機(jī)電樞電路的電阻和電感較小，又受到旋轉(zhuǎn)體機(jī)械慣性的影響。所以，電機(jī)啟動(dòng)的起始階段的電樞轉(zhuǎn)速非常小，與其相關(guān)的反電動(dòng)勢(shì)也非常小。但此時(shí)的電樞電流則會(huì)非常大，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電機(jī)的額定電流。受此電流影響，輕則減少電機(jī)使用壽命，嚴(yán)重的時(shí)候更會(huì)影響電網(wǎng)電壓畸變，并且，如此大的電流會(huì)導(dǎo)致?lián)Q向器產(chǎn)生火花。而此時(shí)產(chǎn)生的巨大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)給電機(jī)帶來(lái)非常大的機(jī)械沖擊，破壞電機(jī)內(nèi)部器件。因此，在中大功率場(chǎng)合一般不使用此種方法啟動(dòng)電機(jī)。1.1.4電樞串電阻啟動(dòng)為了有效地限制開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電流的幅值和大小,可在各個(gè)電機(jī)中心回路上串加一個(gè)電阻。被直接串入電樞回路的一個(gè)電阻叫做開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電阻,也被叫做啟動(dòng)器。啟動(dòng)電阻實(shí)際上是一個(gè)多級(jí)啟動(dòng)電阻,在驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)的過(guò)程中,先將所有的啟動(dòng)電阻都串入到驅(qū)動(dòng)器的中心回路中,在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷地升高的整個(gè)過(guò)程中,再逐級(jí)地將所有的啟動(dòng)電阻都切除,使得所有的啟動(dòng)電流始終限制在合適的范圍內(nèi)。直至電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定的值,也就是結(jié)束啟動(dòng)過(guò)程。此方式啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)就是電樞回路串電阻啟動(dòng),該方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便,使用可靠,因此被廣泛地應(yīng)用于中小型直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。以直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)的直流電機(jī)中樞驅(qū)動(dòng)回路中一個(gè)串聯(lián)輸入三級(jí)直流電阻用以進(jìn)行電機(jī)啟動(dòng)的微控制器作為一實(shí)例,其公式為:IR圖1.1直流電機(jī)電樞串電阻啟動(dòng)原理圖 如圖1.1，當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，將全部啟動(dòng)電阻（即Rst）串入電樞回路，此時(shí)啟動(dòng)電流為QUOTEIst=UNRa+Rst1+Rst2+Rst31.1.5降低電樞電壓?jiǎn)?dòng) 除了電樞回路串加電阻啟動(dòng)，還可以用降低直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電樞電壓的方法來(lái)減小啟動(dòng)時(shí)的電流。在電機(jī)啟動(dòng)的過(guò)程中再逐步提高電源電壓，以此來(lái)限制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，保護(hù)電機(jī)不受到損害，并使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸增加。這種方法就是降低電樞電壓?jiǎn)?dòng)，其原理圖如圖1.2所示。圖1.2直流電機(jī)降低電樞電壓?jiǎn)?dòng)原理圖對(duì)于容量相對(duì)較大的直流電動(dòng)機(jī),通常選擇降低中繼電樞的電壓進(jìn)行起動(dòng)。由單個(gè)可以調(diào)壓的直流電源向發(fā)動(dòng)機(jī)中心供電,控制的直流電源和電機(jī)的中心進(jìn)行調(diào)速,這樣就可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)平滑地起動(dòng),也就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。但是這樣一個(gè)方法的電源裝置比較復(fù)雜,投資較大。1.1.6電機(jī)啟動(dòng)方式的選擇與設(shè)計(jì) 根據(jù)以上三種電機(jī)啟動(dòng)方式的分析可知，方式一直接啟動(dòng)會(huì)造成較大啟動(dòng)電流，嚴(yán)重?fù)p害電機(jī)，明顯不符合本設(shè)計(jì)電機(jī)啟動(dòng)的要求；方式三降低電樞電壓?jiǎn)?dòng)考慮到設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜，且設(shè)計(jì)成本過(guò)高，因此也不采用降低電樞電壓?jiǎn)?dòng)的方式啟動(dòng)電機(jī)。故本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要選擇直流啟動(dòng)電機(jī)的兩個(gè)電源中樞控制回路進(jìn)行串聯(lián)和電阻控制作為直流電機(jī)高速啟動(dòng)時(shí)的控制工作方法。于電動(dòng)機(jī)電機(jī)中樞控制回路上進(jìn)行串聯(lián)增加三級(jí)電機(jī)啟動(dòng)控制電阻。在一臺(tái)啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的系統(tǒng)開(kāi)始瞬間,電機(jī)中樞起動(dòng)電路中會(huì)自動(dòng)連接并輸入全部的中樞起動(dòng)整流電阻,起動(dòng)時(shí)的電流將來(lái)可以直接達(dá)到最高值QUOTEIst=UNRa+Rst1+Rst2+Rst3QUOTEIst=UNRa+Rst1+R圖1.3機(jī)械特性曲線圖1.1.7直流電機(jī)啟動(dòng)電阻的計(jì)算（1）選擇啟動(dòng)電流QUOTEI1I1和切換電流QUOTEI2I2 為保證與最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩QUOTET1T1相對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流QUOTEI1I1不能超過(guò)設(shè)計(jì)允許的起動(dòng)機(jī)電樞的最大啟動(dòng)電流QUOTEIamaxIamax，選擇:QUOTEI1=(1.5~2.0)IaNI1=(1.5~2.0)IaN，對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩公式為QUOTET=(1.5~2.0)TNT=(1.5~2.0)TN。為了保證具有一定的加速轉(zhuǎn)矩,減少開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)間,一般可以選擇切換轉(zhuǎn)矩公式為QUOTET2（2）求出起切電流比ββ=（3）求出電動(dòng)機(jī)的電樞回路電阻QUOTERaRa QUOTERaRa可以根據(jù)一個(gè)電動(dòng)機(jī)的電壓實(shí)測(cè)或者也就是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的指示銘牌上所顯示提供的一個(gè)電機(jī)額定值電壓來(lái)對(duì)其電流進(jìn)行電壓計(jì)量和數(shù)值估算,由于有的電動(dòng)機(jī)在此時(shí)忽略了一個(gè)T0的電壓條件下QUOTEP2=Pe=EIaQUOTEE=PNIaNE=QUOTERa=UaN-P（4）求出啟動(dòng)時(shí)電樞啟動(dòng)總電阻QUOTERmRm m級(jí)啟動(dòng)時(shí)電樞啟動(dòng)總電阻為QUOTERm=UaNI1（5）求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)m m的計(jì)算公式為:m（6）再次計(jì)算β的值，校驗(yàn)QUOTEI2I2是否處于規(guī)定范圍之內(nèi) 若m是取相近整數(shù)，則需重新計(jì)算β。 根據(jù)式QUOTEβ=RmRaβ=RmRa重新計(jì)算，并根據(jù)QUOTEβ=I1I2β=I1I2，重新計(jì)算QUOTEI2I2，并檢查QUOTEI2I2是否處于規(guī)定的范圍之內(nèi)。如果達(dá)不到規(guī)定范圍，就必須增加啟動(dòng)級(jí)數(shù)m的值，之后再重新計(jì)算β和（7）求出各級(jí)總電阻 QUOTER0=RaRR ………R（8）求出各級(jí)啟動(dòng)電阻RR………R1.1.8直流電機(jī)制動(dòng)電路本文的設(shè)計(jì)方案充分考慮了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在迅速緊急停駛的運(yùn)行過(guò)程中,由于一些產(chǎn)生慣性加速運(yùn)行的物理作用,會(huì)直接使其迅速產(chǎn)生很多迅速再生備用電能,如果我們不及時(shí)地將其消耗電能減少或及時(shí)削弱或去掉這一組成部分我們可以迅速再生的備用電能,就很有可能會(huì)直接嚴(yán)重影響涉及到整個(gè)變頻器的直流交換機(jī)和直流控制電路中的組成部分,輕者,變頻器很有可能通過(guò)報(bào)警發(fā)生故障,重者,則很有可能甚至?xí)?yán)重地直接損害到整個(gè)變頻器。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中加入了制動(dòng)電路在制動(dòng)過(guò)程中的保護(hù)變頻器不受損害。制動(dòng)電路中控制單元選用GTO（C2770）作為開(kāi)關(guān)器件。圖1.4為直流電機(jī)制動(dòng)電路原理圖。圖1.4直流電機(jī)制動(dòng)電路原理圖其中最主要的一個(gè)就是制動(dòng)器的原件也就是制動(dòng)電阻。制動(dòng)消耗電阻載體是一種專(zhuān)門(mén)屬于用來(lái)將制動(dòng)變頻器的可再生清潔能源以利用熱力作為能源傳遞的制動(dòng)方式用來(lái)進(jìn)行制動(dòng)消耗的一種制動(dòng)電阻載體,它主要由制動(dòng)電阻阻抗數(shù)值和制動(dòng)功率輸出容量?jī)蓚€(gè)中的主要參數(shù)元件組成。通常在工程上使用選擇較多的波紋電阻主要是立式波紋矩形電阻和高壓鋁合金波紋電阻兩種,波紋矩形電阻主要是由于采用一種表面獨(dú)特的立式矩形波紋,這樣既可以有利于快速散熱又大大減少了絲內(nèi)寄生有害電感的數(shù)量,并且還特別選用了高強(qiáng)度阻燃無(wú)機(jī)氧化涂層,有效地很好保護(hù)了各種電阻絲不被氧化腐蝕或發(fā)生老化,延長(zhǎng)了各種電阻絲的正常使用壽命;高壓鋁合金波紋電阻易緊密組合安裝、容易升高增加專(zhuān)用散熱器,外型美觀,高增加散熱性的電阻鋁合金波紋電阻為一種外盒式的整體包封形式結(jié)構(gòu),具有極強(qiáng)的耐振性，耐氣候性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性；體積小、功率大，安裝方便穩(wěn)固，外形美觀，泛作為適用于高度惡劣的各種工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下的電阻使用。本設(shè)計(jì)制動(dòng)電路中控制單元選用GTO（C2770）作為開(kāi)關(guān)器件，C2770最高耐壓為650V，最高可承受電流100A，滿足本設(shè)計(jì)需求。1.1.9制動(dòng)電阻的選擇（1）阻值頻度 制動(dòng)電阻的選擇除了受到最大容量允許電流的限制外,與制動(dòng)單位相同的阻抗系數(shù)也并沒(méi)有明確的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系,其阻抗值主要是根據(jù)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小進(jìn)行選取,功率則是根據(jù)制動(dòng)電阻的類(lèi)別、阻抗值和實(shí)際使用效率來(lái)確定。制動(dòng)電阻阻抗數(shù)值的設(shè)計(jì)有一個(gè)非常不可逾回的原理:我們應(yīng)該是保證流經(jīng)制動(dòng)電阻時(shí)的電流IC遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于制動(dòng)單位時(shí)的允許最大電流輸入的能力,即:R>800/IC其中：800——變頻器的直流側(cè)可能產(chǎn)生的最高直流輸入電壓。Ic——制動(dòng)單元的最大允許電流。為了能夠充分利用所需要選定的制動(dòng)變頻器和各種專(zhuān)用型最大制動(dòng)整流單元的最大制動(dòng)整流容量,通常對(duì)最大制動(dòng)整流電阻阻抗數(shù)值的正確選擇以及最接近于上式所計(jì)算出來(lái)的最低制動(dòng)值來(lái)作為最大的經(jīng)濟(jì)、同時(shí)還是最能夠直接獲得最大值的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,然而這種選擇方法往往需要使用更多的最大制動(dòng)整流電阻和最大功率。在某些應(yīng)用場(chǎng)合下,并不一定全都需要很大的各種制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,此時(shí)一種比較經(jīng)濟(jì)的解決方案就是通過(guò)直接選擇較大的各種制動(dòng)穩(wěn)壓電阻作為阻抗設(shè)定值、也因此它們同樣可以大大降低各種制動(dòng)穩(wěn)壓電阻的工作功率,從而大大降低了用戶購(gòu)買(mǎi)各種制動(dòng)穩(wěn)壓電阻所必須需要的大量費(fèi)用,這樣功率降低了的主要代價(jià)就是由于制動(dòng)電阻單位的供電容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能被充分得到并有足夠的能源充分利用。（2）電阻功率在選定了制動(dòng)電阻的阻值以后，應(yīng)該確定制動(dòng)電阻的功率值，制動(dòng)電阻功率的選取相對(duì)比較繁瑣，它與很多因素有關(guān)。制動(dòng)電阻消耗的瞬時(shí)功率按下式計(jì)算：P瞬=7002/RQUOTEP瞬=7002R按上式計(jì)算得到的制動(dòng)電阻功率值是制動(dòng)電阻可以長(zhǎng)期不間斷的工作可以耗散的功率數(shù)值，然而制動(dòng)電阻并非是不間斷的工作，這種選取存在很大的浪費(fèi)，在本產(chǎn)品中，可以選擇制動(dòng)電阻的使用率，它規(guī)定了制動(dòng)電阻的短時(shí)工作比率。制動(dòng)電阻實(shí)際消耗的功率按下式計(jì)算：PQUOTErB%rB%實(shí)際使用中，可以按照上式選擇制動(dòng)電阻功率，也可以根據(jù)所選取的制動(dòng)電阻阻值和功率，反過(guò)來(lái)計(jì)算制動(dòng)電阻所能夠承受的使用率，從而正確設(shè)置，避免制動(dòng)電阻過(guò)熱而損壞。（3）制動(dòng)電阻使用功率制動(dòng)電阻使用率規(guī)定了制動(dòng)電阻的使用效率，以避免制動(dòng)電阻過(guò)熱而損壞，它會(huì)影響制動(dòng)單元的制動(dòng)效果。制動(dòng)電阻的使用率設(shè)置越低，電阻的發(fā)熱程度越小，電阻上消耗的能量越少，制動(dòng)效果越差。同時(shí)，制動(dòng)單元的容量也沒(méi)有得到充分利用。理論上講，制動(dòng)電阻使用率為100%時(shí)，對(duì)制動(dòng)單元容量的利用最充分，制動(dòng)效果也最明顯，然而這需要較大的制動(dòng)電阻功率的代價(jià)，使用者應(yīng)綜合考慮。在制動(dòng)電阻阻值和功率都已經(jīng)確定的前提下，對(duì)于減速較慢的大慣性負(fù)載，選取較低的電阻使用率會(huì)取得較好的效果。對(duì)于需要快速停機(jī)的負(fù)載，宜選取較大制動(dòng)電阻使用率。1.2直流電機(jī)調(diào)速的原理與方法 根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程：U（2-1）其中QUOTEEs=Ce?n=（2-2）式中： QUOTEnn:電機(jī)轉(zhuǎn)速； QUOTEUaUa:電樞兩端電壓； QUOTEIaIa:電樞電流； QUOTERaRa:電樞回路總電阻； QUOTECeCe:電動(dòng)勢(shì)常數(shù)； QUOTE??:磁通量；由上式（2-2）可知，直流電機(jī)調(diào)速的方法可以分為三種：改變電樞回路中串聯(lián)的總電阻QUOTERaRa；改變磁通量QUOTE??；改變電樞電路兩端電壓QUOTEUaUa；1.2.1改變電樞回路電阻調(diào)速 通過(guò)式（2-2）可知隨著串聯(lián)的可調(diào)電阻Rp的減小，其轉(zhuǎn)速n就會(huì)增大。電樞回路電阻特性如圖1.4所示:三條曲線由上至下依次相互對(duì)應(yīng):串聯(lián)電阻為0、串聯(lián)電阻Rp1、串聯(lián)電阻Rp2。已知Rp1≤Rp2，由圖可知，隨著回路中串聯(lián)電阻阻值的增大，機(jī)械特性曲線的傾角與斜率也會(huì)隨之逐漸增大，當(dāng)在恒定轉(zhuǎn)矩Tl的條件下，a、b、c三點(diǎn)的轉(zhuǎn)速相繼降低。理論上只要平滑的調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻阻值，就可以做到對(duì)直流電機(jī)的平滑調(diào)速。但是這樣的做法一般是有級(jí)調(diào)速，即電阻只能進(jìn)行分段式的調(diào)節(jié),所以這就導(dǎo)致這種調(diào)速方法的轉(zhuǎn)速變化率偏大,因此，在輕負(fù)載的情況下很難得到低速，無(wú)法準(zhǔn)確的獲得特定的轉(zhuǎn)速，效率比較低。圖1.4直流電機(jī)改變電樞電阻調(diào)速特性曲線1.2.2改變磁通調(diào)速當(dāng)電樞端電壓U與電樞回路電阻R都保持恒定，僅僅在改變主磁通量之后就能直接改變他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。因?yàn)殡姍C(jī)工作到額定勵(lì)磁電流時(shí)磁路就已經(jīng)到達(dá)了飽和，所以要想改變電機(jī)機(jī)械特性，只能靠減少磁通量φ的值。由式(2-2)可知當(dāng)磁通量減少，轉(zhuǎn)速會(huì)增大。其機(jī)械特性曲線如圖1.5所示，曲線1、2、3為磁通量逐漸減少的過(guò)程，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是磁通量和電樞電流的乘積，因此，當(dāng)電樞電流維持在一個(gè)定值是，只需要減小磁通量，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也會(huì)減小。所以這種調(diào)速方法又稱(chēng)之為恒功率調(diào)速。這種調(diào)速方法是通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路串聯(lián)的電阻實(shí)現(xiàn)的。所以它有著設(shè)備簡(jiǎn)單，操作也比較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但是由于這種調(diào)速方法受到換向的限制與機(jī)械強(qiáng)度的約束,因此，調(diào)速比不能做到很大。圖1.5直流電機(jī)改變磁通調(diào)速特性曲線1.2.3改變電樞電壓調(diào)速當(dāng)勵(lì)磁電流、電樞回路總電阻都不改變，僅改變電樞端電壓∪時(shí)，它的機(jī)械特性曲線如圖1.6所示，這三條曲線是平行的直線，其中Uv≥U≥U，在電機(jī)轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁磁通為恒定值時(shí)，A、B、C三的轉(zhuǎn)速依次減小。圖1.6直流電機(jī)改變電樞電壓調(diào)速特性曲線由于這種方法只是直接改變了電動(dòng)機(jī)的供電電壓,電機(jī)的磁通和等效電阻均保持不變,在額定的電流下,不論轉(zhuǎn)速的增加或者高低,電動(dòng)機(jī)都有可能直接輸出一個(gè)額定的轉(zhuǎn)矩,所以這種恒定轉(zhuǎn)矩的調(diào)速方法也就叫做恒定轉(zhuǎn)矩的調(diào)速。這種調(diào)速技術(shù)在我們采用一個(gè)反饋式控制的系統(tǒng)中,其調(diào)速幅度范圍最多可以從50:1左右到150:1,甚至更多。1.3確定調(diào)速方法分析以上三種自動(dòng)調(diào)速調(diào)制方法,采用的方法是通過(guò)改變調(diào)速電路中樞上的電阻法則來(lái)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速,這種調(diào)制方法主要是屬于有限無(wú)級(jí)的自動(dòng)調(diào)速,不能真正做到平滑的無(wú)級(jí)自動(dòng)調(diào)速,調(diào)速精度無(wú)法滿足要求。采用改變磁通方法進(jìn)行調(diào)速時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)較大范圍的調(diào)速,調(diào)速效果無(wú)法滿足要求。因此,在工業(yè)中我們通過(guò)改變交流電動(dòng)機(jī)中樞的電壓來(lái)進(jìn)行調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速能實(shí)現(xiàn)大范圍無(wú)級(jí)調(diào)速,并且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都能平穩(wěn)運(yùn)行。而調(diào)壓調(diào)速的方法主要有兩種:可控整流調(diào)壓法和脈寬調(diào)制法(PWM)?？煽卣髡{(diào)壓方法主要是通過(guò)改變晶閘管的一個(gè)觸發(fā)脈沖的相位角,以此來(lái)改變晶閘管的一個(gè)導(dǎo)通頻率和時(shí)間,進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)在工作時(shí)樞端的電壓,最終達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的。脈寬調(diào)制法則主要是通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間之間的占空比進(jìn)行控制,以改變輸入電壓的大小,以此控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。本設(shè)計(jì)選用脈寬調(diào)制法作為電機(jī)的調(diào)速方法。1.4直流電機(jī)PWM調(diào)速原理PWM開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)功率器件控制裝置主要用途是一種為