王偉++杜瑞文

摘 要：本文重點闡述了電機拖動綜合性實驗的設(shè)計，實驗臺由實驗臺控制面板、三相變壓器、直流電源控制屏、直流表、交流表以及燈箱負載六大部分組成。在結(jié)構(gòu)上采用人體工程學(xué)原理進行設(shè)計，降低了實驗臺的整體高度，實驗臺操作面板呈小角度傾斜放置，更方便使用者操作。

關(guān)鍵詞：電機拖動；實驗設(shè)計；人體工程學(xué)

電力拖動裝置由電動機及其自動控制裝置組成，自動控制裝置通過對電動機起動、制動的控制，對電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的控制，對電動機轉(zhuǎn)矩的控制以及對某些物理參量按一定規(guī)律變化的控制等，可實現(xiàn)對機械設(shè)備的自動化控制。采用電力拖動不但可以把人們從繁重的體力勞動中解放出來，還可以把人們從繁雜的信息處理事務(wù)中解脫出來，并能改善機械設(shè)備的控制性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。

一、電力拖動分類

按電動機供電電流制式的不同，有直流電力拖動和交流電力拖動兩種。早期的生產(chǎn)機械如通用機床、風(fēng)機、泵等不要求調(diào)速或調(diào)速要求不高，以電磁式電器組成的簡單交、直流電力拖動即可以滿足。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對電力拖動的靜態(tài)與動態(tài)控制性能都有了較高的要求，具有反饋控制的直流電力拖動以其優(yōu)越的性能曾一度占據(jù)了可調(diào)速與可逆電力拖動的絕大部分應(yīng)用場合。自20年代以來，可調(diào)速直流電力拖動較多采用的是直流發(fā)電機–電動機系統(tǒng)，并以電機擴大機、磁放大器作為其控制元件。電力電子器件發(fā)明后，以電子元件控制、由可控整流器供電的直流電力拖動系統(tǒng)逐漸取代了直流發(fā)電機-電動機系統(tǒng)，并發(fā)展到采用數(shù)字電路控制的電力拖動系統(tǒng)。這種電力拖動系統(tǒng)具有精密調(diào)速和動態(tài)響應(yīng)快等性能。這種以弱電控制強電的技術(shù)是現(xiàn)代電力拖動的重要特征和趨勢。交流電動機沒有機械式整流子，結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，有良好的節(jié)能效果，在功率和轉(zhuǎn)速極限方面都比直流電動機高；但由于交流電力拖動控制性能沒有直流電力拖動好，所以70年代以前未能在高性能電力拖動中獲得廣泛應(yīng)用。隨著電力電子器件的發(fā)展，自動控制技術(shù)的進步，出現(xiàn)了如晶閘管的串級調(diào)速、電力電子開關(guān)器件組成的變頻調(diào)速等交流電力拖動系統(tǒng)，使交流電力拖動已能在控制性能方面與直流電力拖動相抗衡和媲美，并已在較大的應(yīng)用范圍內(nèi)取代了直流電力拖動。

二、電機調(diào)速實驗設(shè)計

（一）實驗硬件設(shè)計

調(diào)速控制方法調(diào)速采用PWM脈寬調(diào)制，通過產(chǎn)生矩形波，改變輸出電壓占空比，改變直流并勵電動機的電樞電壓，達到了調(diào)速的目的。增加一個+5V和+15V電源，220V電源經(jīng)過橋式整流和電容慮波后，經(jīng)過7805和7815的穩(wěn)壓后，穩(wěn)定輸出+5V和+15V電源。計霍爾開關(guān)集成電路中的信號放大器將霍爾元件產(chǎn)生的幅值隨磁場強度變化的霍爾電壓UH放大后再經(jīng)信號變換器、驅(qū)動器進行整形、放大后輸出幅值相等、頻率變化的方波信號。通過對H橋電機驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動信號進行功率放大，并把此信號加到并勵電機的電柏繞組上，驅(qū)動并勵電機運行，通過勵磁繞組的改變達到調(diào)速目的。除此之外，通過霍爾傳感器測速電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測速電機，節(jié)約了實驗成本。相比較原來的直流并勵電動機調(diào)速實驗，這個實驗線路可以完成各種調(diào)速方式.通過單片機編程可以很方便地控制電機的開關(guān)，同時能方便地控制PWM波的占空比，在一定的范圍內(nèi)任意的調(diào)速，相比較傳統(tǒng)的調(diào)速方法，調(diào)速范圍得到大大提升，調(diào)速的值可以實現(xiàn)預(yù)置。

（二）實驗軟件設(shè)計

先對系統(tǒng)進行初始化，然后通過對按鍵的查詢，找到相應(yīng)的模式進行相應(yīng)的處理，最后完成對并勵電動機的調(diào)速。選擇銘牌數(shù)據(jù)如下的直流并勵電機進行調(diào)速實驗：額定電壓220V，額定電流1.1A，額定功率185W，額定轉(zhuǎn)速1600r/min，額定勵磁電流小于0.16A，對并勵電機的兩種調(diào)速方法進行了測試。通過改變占空比從而改變電樞端電壓調(diào)速方法可以連續(xù)平滑的無級調(diào)速，機械特性硬，對于輕載與重載具有明顯的調(diào)速效果。但轉(zhuǎn)速只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)，初投資大，維護要求高，而改變勵磁電流調(diào)速在恒轉(zhuǎn)矩負載時，因磁通減小，導(dǎo)致電樞電流I0增大，電機效率降低，而且長時間運行會導(dǎo)致電機發(fā)熱，故弱磁調(diào)速適合恒功率場合，弱磁調(diào)速可以連續(xù)平滑調(diào)速，改變勵磁電流控制方便，但轉(zhuǎn)速只能從額定轉(zhuǎn)速往上調(diào)，最高轉(zhuǎn)速受機械強度與換向能力的限制。

三、實驗結(jié)果分析

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算出各項的變比，然后取其平均值作為變壓器的變比。

根據(jù)空載實驗數(shù)據(jù)作空載特性曲線并計算激磁參數(shù)，繪出空載特性曲線U0=f（I0），P0=f（U0），cosφ0=f（U0）。

式中

從空載特性曲線查出對應(yīng)于U0=UN時的I0和P0值，并由下式求取激磁參數(shù)。

繪出短路特性曲線UK=f（IK），PK=f（IK），cosK=f（IK）。

式中

綜上所述，直流電動機在使用時一定要保證勵磁回路連接可靠，絕不能斷開。一旦勵磁電流If =0，則電機主磁通將迅速下降至剩磁磁通，若此時電動機負載較輕，電動機的轉(zhuǎn)速將迅速上升，造成“飛車”；若電動機的負載為重載，則電動機的電磁轉(zhuǎn)矩將小于負載轉(zhuǎn)矩， 使電機轉(zhuǎn)速減小，但電樞電流將飛速增大，超過電動機允許的最大電流值，引起電樞繞組因大電流過熱而燒毀。

參考文獻：

[1]楊靖.用單片機控制的直流電機調(diào)速系統(tǒng)[J].機床電器，2014.

[2]謝家興.單片機直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計[J].軟件導(dǎo)刊，2014.