直流电机的速度控制 - 电压、变阻器和磁通控制方法

直流电机的速度控制方法——串并联直流电机的电压、变阻器和磁通控制

直流电机用于根据磁场产生的力将直流 (DC) 电能转换为机械能。电机的输出是以轴的旋转（速度）表示的机械功率。

根据应用，我们需要改变电机的转速。因此，故意改变速度被称为电机的速度控制。

速度控制这个词不同于速度调节。调速是指，在负载变化的情况下，保持轴的速度恒定。

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直流电机的 EMF 方程

直流电机的电动势方程如下：

Eb =PΦNZ / 60A

在哪里；

• P =极数
• Ф =每极通量
• N =电机速度 (RPM)
• Z =导体数量
• A =并行路径数

电机设计完成后，极数（P）、导体数（Z）、并联路径数（A）不能改变。所以，这些都是固定数量。

Eb ∝ ΦN

Eb =kΦN

其中 k =比例常数

对于直流电机，电动势也定义为；

Eb =V – IaRa

在哪里；

• V =电源电压
• Ia =电枢电流
• Ra =电枢电阻

现在比较两个方程；

kΦN =V – IaRa

k =N =V – IaRa / kΦ

由上式可知，电机的转速取决于电源电压（V）、磁通（Φ）和电枢电阻（Ra）。

因此，直流电机的转速可以通过改变来改变、改变和控制；

• 端子电压“V”（AKA 应用电压控制方法 )。
• 具有电枢电阻 Ra 的外部电阻（AKA 变阻控制方法 )。
• 每极磁通 Φ（AKA 磁通控制方法 )。

这里，端电压和电枢电阻与电枢电路相关，每极磁通与励磁电路相关。

所以，直流电机的调速方式分为：

• 电枢控制方式
• 现场控制方法

现在我们讨论一下如何在直流串联、并联和复合电机中实现这些方法。

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直流串列电机的速度控制

直流串激电机的速度控制采用电枢控制和励磁控制方式。

直流串联电动机的电枢电阻控制方法

此方法中，可变电阻或变阻器与电枢电阻串联。该方法的电路图如下图所示。

图一

在串联电动机中，电枢绕组与励磁绕组串联。因此，电枢电流和励磁电流是相同的。

通过改变电枢电阻，电枢电流和电压发生变化。如果外部电阻值增加，则电枢两端的电压和来自电枢绕组的电流会降低。而且速度会降低。

这种方式，电机的转速只有在不接外接电阻的情况下才会从转速的水平上降低。电机的速度不能从这个水平增加。

这里外接电阻与衔铁串联。因此，满载电流将流过外部电阻。因此，它被设计为连续承载满载电流。

速度-电流特性如下图所示。

图2

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直流串列电机的电枢电压控制方法

在这种方法中，通过改变电枢电压（电源电压）来控制速度。该方法需要单独的可变电压源。

电机的速度与电源电压成正比。所以，如果电压增加，电机的速度就会增加，反之亦然。

一般不用这种方法。因为可变电源的成本非常高。因此，这种方法很少用于速度控制。

直流串列电机的磁场控制方法

励磁电流与磁通量成正比。在这种方法中，速度是通过控制励磁电流来控制的。励磁电流有两种控制方式；

• 现场分流控制
• 利用归档控制

归档分流控制

此方法中，串联励磁绕组与分流器并联。分流器只不过是一个可变电阻器。部分励磁电流会通过分流器。

从电机的速度方程可以看出，磁通与电机的速度成反比。所以，如果通量减少，速度就会增加。

分流电阻值越小，励磁电流越小，电机内部产生的磁通量越小。因此，电机的速度会增加。

这个方法可以在正常速度的基础上提高速度。该方法的电路图如下图所示。

图3

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在励磁绕组上有抽头可以选择绕组的匝数。通过选择分接，控制励磁电流。

匝数越大，场电流越大，速度越小。匝数越少，励磁电流越小，越多，速度越快。

因此，在这种方法中，可以通过选择适当的在场绕组上提供的攻丝来控制速度。

此方法用于电力牵引，用于驱动器的速度控制。该方法的电路图如下图所示。

图4

直流并联电机的速度控制

直流并联电机的调速方法与直流串激电机类似。电枢控制和励磁控制方法也适用于直流并联电动机。

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直流并联电机的电枢电阻控制方法

这种方法是在电枢电路中加入外部电阻。励磁绕组直接与电源相连。因此，励磁电流将保持不变。而且，如果外部电阻变化，通量将保持不变。

从速度方程来看，电枢电流与电机的转速成正比。如果外部电阻值增加，则电枢电流减小。因此，速度降低了。

此方法用于控制速度低于其正常值。速度不能超过正常速度。该方法的接线图如下图所示。

图5

速度-电流特性如下图所示。

图6

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直流并联电机的磁场控制方法

在直流并联电机中，可变电阻与并联励磁绕组串联。励磁电流可以通过这个可变电阻器来改变。这种可变电阻也称为磁场调节器。

该方法的连接图如下图所示。

图7

从上面的电路图中，分流励磁电流的方程为；

通过增加电阻值，励磁电流会降低，因此磁通量也会降低。根据速度方程，通量与速度成反比。因此，速度随着通量的减少而增加。

所以，这个方法适用于控制速度高于正常速度。在这种方法中，速度不能降低到正常速度以下。该方法的速度-电流特性如下图所示。

图8

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直流并联电机的电枢电压控制方法

在此方法中，励磁绕组由恒定电源供电。但电枢绕组由单独的可变直流电源供电。

这种方法也称为Ward-Leonard方法 .该方法的接线图如下图所示。

图9

从上图中，我们正在控制电机M1的速度。这台电机由发电机G提供动力。

并联励磁绕组接直流电源。发电机G由电动机M2驱动。电机M2为恒速电机，由直流电源供电。

发电机G输出电压馈入电机后，电机M1开始转动。电机的转速可以通过控制发电机G的输出电压来控制。

励磁调节器通过直流电源线跨接发电机，控制励磁。

通过控制发电机的励磁电压，控制发电机的输出电压。而这个电压将控制电机M1的速度。

开关RS为反向开关。该开关用于切换励磁端子。 Because of this, the excitation current will reverse, and it will generate the opposite voltage.

So, this opposite voltage will reverse the speed of motor M1. Hence, by this method, the motor can run on both the direction. And speed can be controlled on both sides of the direction of rotation.

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Advantages &Disadvantages if Ward Leonard Method

Advantages of Ward Leonard Method

The advantages of this method are summarized below;

• The speed of a motor can be controlled over a wide range.
• The operation of the motor is very smooth.
• The speed regulation of the motor is good.
• A motor can run with uniform acceleration.
• It has an inherent breaking capacity.
• Easy to reverse the direction of rotation and speed can be controlled in both directions.

Disadvantages of Ward Leonard Method

The disadvantages of this method are summarized below;

• It needs two additional machines (motor-generator set) with the same rating of the main motor. Therefore, the overall cost of this arrangement is very high.
• It produces more noise.
• Frequent maintenance required.
• This arrangement needs more space to install.
• Overall efficiency is low if the motor runs with light load conditions for a long period of time.

Application of Ward Leonard Method

This method is used where the motor to be controlled over a wide speed range. The application of the motor is very sensitive to speed, in this condition this method is very useful.

This method is used in the application like; cranes, excavator, elevator, mine hoists, paper machine, steel rolling mills, etc.