直流他励电动机

　　直流它励电动机控制器的优点是，线路无需切换即可实现牵引与制动的转换，带载能力强，防空转性能好。 直流它励电动机控制器如图所示为一种封装好的控制器的外观。

　1、直流电机是指加在其电枢绕组的电压为直流电压的电机，和交流电机需要交流电压明显不同。其励磁一般为它励，也就是需要外加直流电源给励磁绕组供电，最常用的就是直流它励电动机。所以只要记住两点，直流电机需要两个直流供电装置分别给电枢绕组和励磁绕组分别供电。

　　2、根据直流电机学原理，直流电机只要有励磁和电枢电流，电机就可以旋转调速，由于励磁和电枢电流垂直，所以两者可以分别独立控制。

　　3、电机的转向是由电枢绕组的电流方向和励磁电流绕组的电流方向共同决定，当方向和预期相反时只要将励磁或电枢反一下就可以了。

　　4、直流电机调速有两种，一种是0-额定速度之间调速，还有一种是0-额定转速－最大转速，前者励磁恒定，后者当转速超过额定后，需要做弱磁运行，如何理解，请看一下公式：

　　E=U－Ir

　　E=K1*C*N

　　M=K2*C*N

　　我介绍一下，E为电机反电势，U 为电枢减压，I 为电枢电流，r为电枢内阻，K1为反电势系数，K2为转矩系数，K1和K2为常数，C为磁通。当电机通额定励磁电压，C达到额定。很明显，发电机的反电势是恒定的，电机厂出厂时已经确定，不能超过，所以当转速N超过额定值时，必须将C减小才能保持E为最大允许值，很明显只有减小励磁电流可以使C减少，但同时电机最大力矩在超过额定速度后将减小。

　　5、现在直流调速器已经很成熟，各厂家都能提供全套控制器。对于小电机，电枢和励磁是集成在一起，大的则可能分开。请参考各厂家的资料。选型请提供一下信息给厂家或代理商，他们可以帮你选型：

　　1、励磁：额定励磁电流、电压

　　2、电枢：电机额定速度，最大速度，额定电压，额定电流

　　3、是否需要正反转运行，如果单向运转，则选择单向限，否则要选4向限产品

　　6、接线比较简单，到电机有2组线，分别到电枢和励磁绕组。接线时先不考虑方向，调试时先点动，可以鉴别方向。而后改变励磁线就可以了

　　7、直流调速通常采用双环控制，外环为速度环，内环为电流环，所以必须安装速度反馈装置，一般采用编码器或测速发电机，这两种直流调速器都支持。

　　8、由于直流电机有超速的可能，所以一般要外加超速保护，当然直流调速器也会进行保护。

　直流它励电动机的励磁绕组采用全桥驱动，电枢部分采用半桥驱动。再生制动时，能量回馈给电池，延长了电池的使用寿命及电动汽车的续航里程，减少机械刹车磨损。驱动器可以输出两路故障信号供客户使用。

　　连续的电动机电枢电流控制，减少电弧和碳刷磨损。当控制器检测到加速器输入减小时，立即产生再生制动。提高电动汽车安全性。

　　减速率、负载补偿和超速抑制防止了下坡时的飞车情况。可根据不同的它励电动机参数进行设置，从而对电动机进行有效的保护，最大限度的发挥电动机效能。温度变化和欠电压时电动机电流线性减小；在任何温度条件下不会突然掉电。

　　电动汽车起动时，如果控制器检测到脚踏板出入信号大于25%，将触发控制器保护功能（HPD）控制器禁止输出，防止了起动时飞车。每个模式下“怠速”在0~25%可调。

　　微处理器的上电自检，在操作时进行连续诊断。如果有故障发生。控制器马上停止输出，从而对操作者和车辆进行全面的保护。可编程线圈驱动器提供了可调的吸合及保持电压。

　　一旦控制器对电动机有输出，控制器逻辑端口将输出一个高电平，可以作为外部计时器的控制信号。提供电磁刹车、辅助线圈两路线圈的驱动。

　　车辆倒车时可输出一路信号，用于控制倒车车灯蜂鸣器等。驱动器输出有短路保护和过压保护，外部线圈无需接续流二极管。可设置为与CAN总线兼容。

直流它励电动机控制器典型应用如下图所示。

直流它励电动机控制器的端口接线定义如下图所示。

直流它励电动机控制器故障排除方法如图所示。

 直流它励电动机控制器

调速方法 ^[1]

　　电枢串电阻调速

　　他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及磁通为额定值不变，在电枢回路中串人不同的电阻时，电动机运行于不同的转速。

　　调速方向是指调速结果，其转速与基速相比。只要电枢回路串电阻，无论电阻多大，电动机运行的转速都比不串电阻运行在基速上要低，就称为调速方向是从基速向下调。

　　电枢回路串电阻，所串电阻上会产生很大的损耗，转速越低，损耗越大；

　　串入的电阻越大，机械特性越软，在低速运行时，转速稳定性较差；

　　由于电枢电流较大，调速电阻的容量也较大，较笨重，不易做到电阻值的连续调节，因而电动机转速也不能连续调节，一般最多分为六级。

　　o 降低电源电压调速

　　保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，降低电枢的电源电压为不同大小时，电动机拖动者负载运行于不同的转速上。

　　降低电源电压，电动机机械特性的硬度不变。这样，比起电枢回路串电阻调速使机械特性变软这一点，降低电源电压可以使电动机在低速范围运行时，转速随负载变化而变化的幅度较小，转速稳定性要好得多。

　　当电源电压连续变化时，转速的变化也是连续的，这种调速称为无级调速，与串电阻调速 ( 有级调速 ) 相比，这种速度调节要下滑得多，并且还可以得到任意多级的转速。因此降低电源电压从基速向下调速的调速方法，在直流电力拖动系统中被广泛采用。

　　o 弱磁调速

　　保持他励直流电动机电源电压不变，电枢回路也不串电阻，在电动机拖动的负载转矩不过分大时．降低他励直流电动机的磁通，可以使电动机转速升高。

　　他励直流电动机，正常运行情况下，励磁电流比电枢电流要小很多，因此励磁回路中所串的调速电阻消耗的功率要比电枢回路串调速电阻时电阻消耗的功率小得多；而且由于电阻的容量很小，控制很方便，可以连续调节电阻值，实现转速连续调节的无级调速。

　　减弱磁通升高转速的转速调节，电动机转速最大值受换向能力与机械强度的限制，一般约为 (1.2 ～ 1.5)n N 特殊设计的弱磁调速电动机，可以得到 (3 ～ 4) n N 的最高转速。

　　调速的性能指标

　　o 调速范围与静差率

　　调速范围是指电动机在额定负载转矩 调速时，其最高转速与最低转速之比，用 D 表示为

　　最高转速受电动机的换向及机械强度限制，最低转速受生产机械对转速相对稳定性要求的限制。

　　静差率或转速变换率，是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率，

　　静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速的变换也越小。

　　静差率的相关因素：

　　当 n 0 一定时，机械特性越硬，额定转矩时的转速降落△ n 越小，静差率越小。

　　当机械特性硬度一定时，理想空载转速 n 0 越高，静差率越小。

　　调速范围与静差率相互制约，采用同一种方法调速时，静差率数值越大，则可以得到较高的调速范围；如果静差率一定，采用不同的调速方法，其调速范围 D 不同

　　o 恒转矩调速方式和恒功率调速方式

　　电动机运行时内部有损耗，这些损耗最终都变成热能，使电动机温度比周围环境温度要高。若损耗过大，长期运行时由于电动机温度太高会损坏电动机的绝缘，从而损坏了电动机。电动机损耗有不变损耗与可变损耗。可变损耗主要取决于电枢电流的大小，电枢电流大，损耗就大；电枢电流小，损耗也小。为了不致损坏绝缘而损坏电动机，对电枢电流就要有个上限规定。 在长期运行的条件下，电枢电流规定的上限值就是电枢额定电流 I N 。电枢电流小，电动机输出也小，其作用发挥不出来。因此最充分使用电动机，就是让它工作在 I a = I N 情况下。

　　电动机运行时，电枢电流 I a 的实际大小取决于所拖动的负载，比如说他励直流电动机拖动恒转矩负载运行时，在磁通保持额定不变的情况下， T L 越大， T 越大，电枢电流 I a 越大。

　　电力拖动系统中，负载有不同的类型，电动机有不同的调速方法，具体 分析电动机采用不同调速方法拖动不同类型负载时电枢电流 I a 的情况，对于充分利用电动机来说，就是十分必要的。

　　恒转矩调速方式 ：在某种调速方法中，保持电枢电流 I a = I N 不变，若该电动机电磁转矩恒定不变，则称这种调速方式为恒转矩调速方式。他励直流电动机电枢回 路串电阻调速和降低电源电压调速就属于恒转矩调速方式。

　　恒功率调速方式 ：在某种调速方法中，保持电枢电流 I a = I N 不变，若该电动机电磁功率 P M 恒定不变，则称这种调速方法为恒功率调速方式。他励直流电动机改变磁通调速就属于恒功率调速方式。

　　电动机采用恒转矩调速方式时，如果拖动恒转矩负载运行，并且使电动机额定转矩与负载转 矩相等 T N = T L ，那么不论运行在什么转速上，电动机的电枢电流 I a = I N 不变，电动机得到了充分利用。称这种 恒转矩调速方式与恒转矩负载性质的配合关系为匹配 。

　　电动机采用恒功率调速方式时，如果拖动恒功率负载运行，可以使电动机电磁功率 P M 不变，那么不论运行在什么转速上，电枢电流 I a = I N 也不变，电动机被充分利用。 恒功率调速方式与恒功率负载相配合，也可以作到匹配。

　　电动机采用恒转矩调速方式，如果拖动恒功率负载运行，我们可以使电动机低速运行时，负载转矩等于电动机额定转矩，电动机的电流等于额定电流，电动机利用是充分的。但是当系统运行在高速时，由于负载是恒功率的，高速时转矩小，低于额定转矩，因此电动机电磁转矩也低于额定转矩。而恒转矩调速方式上磁通为额定不变， T 减小， I a 也必然减小， 结果 I a <I N ，电动机的利用则不充分了。这种情况，电动机调速方式与所拖动的负载不匹配。 拖动恒功率负载时，恒转矩调速方式的电动机，只能按低速运行转速选配合适的 电动机，作到 T = T N ，而高速时电动机容量则有所浪费。

　　恒功率调速方式的电动机，若拖动恒转矩负载运行，可以使系统在高速运行时负载转矩等于电动机允许转矩，这时电动机电枢电流则等于额定电流 I N ，电动机得到充分利用。当系统运行到较低速时，由于负载是恒转矩性质的，电动机的电磁转矩也不变，但是低速时的磁通比高速时数值要大， ，因此电枢电流 I a 变小了， I a <I N ，电动机没能 得到充分利用。这也是一种调速方式与负载性质不匹配的情况。从上面分析看出， 拖动恒转矩负载的电动机，若果用恒功率调速方式只能按高速运行转速选配合适的电动机，而低速时电动机容量则有所浪费。

　　对于泵类负载，既非恒转矩类型，也非恒功率类型，那么采用恒转矩调速方式或恒功率调这方式的电动机，拖动泵类负栽时，无论怎样都不能做到调速方式与负载性质匹配。

　　(1) 恒转矩调速方式与恒功率调速方式部是用来表征电动机采用某种调速方法时的负载能力，不是指电动机的实际负载。

　　(2) 应使电动机的调速方式与其实际负载匹配，电动机才可以得到充分利用。从理论上讲，匹配时，可以让电动机的额定转矩或额定功率与负载实际转矩与功率相等，但实际上，即使电动机电枢电流尽量接近额定值，由于电动机容量分成若干等级，有时只能尽量接近而不能相等。

　　o 调速的平滑性

　　无级调速的平滑性最好，有级调速的平滑性用平滑系数 表示，其定义为：相邻两极转速中，高一级 n 与低一级转速 n 之比，即

　　o 调速的经济性

　　主要考虑调速设备的初投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用等。

　　调速时电能的损耗除了要考虑电动机本身的损耗外，还要考虑供电电源的效率。

　　调速设备初投资应该考虑电动机和供电电源两方面：专门设计的改变磁通调速的电动机成本较普通直流电机为高；降电枢电压调速的大功率可调压电源，成本也较高；调磁通调速一般也要专门配一可调压电源，但容量要小，成本也低些。这样综合起来考虑，电枢串电阻调速设备成本最低，而改变电源电压调速设备成本最高。