直流电动机的控制

从直流电动机的转速特性和机械特性可以看出,其转速控制方法主要有电枢调压控制、磁场控制和电枢回路串电阻控制。

1.电枢调压控制

电枢调压控制是指通过改变电枢的端电压来控制电动机的转速。他励电动机改变电枢端电压时的转速控制特性如图5-17所示。

电枢调压控制只适合电动机基速以下的转速控制,它可保持电动机的负载转矩不变,电动机转速近似与电枢端电压成比例变化,所以称其为恒转矩调速。

直流电动机采用电枢调压控制可实现在宽广范围内的连续平滑的速度控制,调速比一般可达1∶10,如果与磁场控制配合使用,调速比可达1∶30。

电枢调压控制需要专用的可控直流电源,过去常用电动－发电机组,现在大、中容量的可控直流电源广泛采用晶闸管可控整流电源,小容量则采用电力晶体管的PWM控制电源,新能源汽车的直流电动机常用斩波控制器作为电枢调压控制电源。

电枢调压控制的调速过程:当磁通保持不变时,减小电压,由于转速不立即发生变化,反电动势也暂时不变化,同时由于电枢电流减小了,转矩也减小了。如果阻转矩未变,则转速下降。随着转速的降低,反电动势减小,电枢电流和转矩就随着增大,直到转矩与阻转矩再次平衡为止,但这时转速已经较原来降低了。

2.磁场控制

磁场控制是指通过调节直流电动机的励磁电流改变每极磁通量,从而调节电动机的转速。他励电动机带恒转矩负载时磁场控制的转速控制特性如图5-18所示。

图5-17　改变电枢端电压时的转速控制特性

图5-18　磁场控制时的转速控制特性

磁场控制只适合电动机基数以上的控制。当电枢电流不变时,具有恒功率调速特性。磁场控制效率高,但调速范围小,一般不超过1∶3,而且响应速度较慢。

磁场控制可采用可变电阻器,也可采用可控整流电源作为励磁电源。

磁场控制的调速过程:当电压保持恒定时,减小磁通,由于机械惯性作用,转速不立即发生变化,于是反电动势减小,电枢电流随之增加。由于电枢电流增加的影响超过磁通减小的影响,所以转矩也就增加。如果阻转矩未变,则转速上升。随着转速的升高,反电动势增大,电枢电流和转矩也随着减小,直到转矩和阻转矩再次平衡为止,但这时转速已经较原来升高了。

3.电枢回路串电阻控制

电枢回路串电阻控制是指当电动机的励磁电流不变时,通过改变电枢回路电阻来调节电动机的转速。其转速控制特性如图5-19所示。

图5-19　电枢回路串电阻时的转速控制特性

这种控制方法的机械特性较软,而且电动机运行不稳定,一般很少应用。对于小型串励电动机,则常采用这种电枢回路串电阻控制方式。