第五单元课文翻译

自动化专业英语教程第2版第五单元课文翻译
08-12-07 编辑:dflzzp
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（1）为适应网页文本，本翻译中所包含公式及图片大都用“（）”代替！

（2）感谢合肥工业大学电气06-2班“二嘎”提供资料



UNIT5



A 直流电机分类



现在可以买到的直流电机基本上有四种：⑴永磁直流电机，⑵串励直流电机，⑶并励直流电机，⑷复励直流电机。每种类型的电动机由于其基本电路和物理特性的不同而具有不同的机械特性。永磁直流电机永磁直流电机，如图1-5A-1所示，是用与直流发电机同样的方法建造的。永磁直流电机用于低转矩场合。当使用这种电机时，直流电源与电枢导体通过电刷/换向器装置直接连接。磁场由安装在定子上的永磁磁铁产生。永磁磁铁电机的转子是绕线式电枢。 这种电机通常使用铝镍钴永磁合金或陶瓷永磁磁铁而不是励磁线圈。铝镍钴永磁合金用于大功率电机。陶瓷永磁磁铁通常用于小功率、低速电机。陶瓷永磁磁铁抗退磁性能高， 但它产生的磁通量较低。磁铁通常安装在电机外壳里边，在安装电枢前将其磁化。永磁电机相对于常规直流电机有几个优点。优点之一是减少了运行损耗。永磁电机的转速特性类似于并励式直流电机的转速特性。永磁电机的旋转方向可通过将电源线反接来实现。串励式直流电动机直流电机电枢和激磁电路的连接方式确定了直流电机的基本特性。每一种直流电机的结构与其对应的直流发电机的结构类似。大部分情况下，二者的唯一区别在于发电机常作为电压源，而电动机常作为机械能转换装置。串励式直流电动机，如图1-5A-2所示，电枢和激磁电路串联连接。仅有一个通路供电流从直流电压源流出。因此，激磁绕组匝数相对少、导线直径大，以使激磁绕组阻抗低。电机轴上负载的变化引起通过激磁绕组电流的变化。如果机械负载增加，电流也增加。增加的电流建立了更强的磁场。当负载从零增加到很大时，串励式电机的转速从很高变化到很低。由于大电流可以流过低阻抗的激磁绕组，串励式电动机产生一个高转矩输出。串励式电动机用于启动重负载，而速度调节并不重要的场合。一个典型应用是车辆启动电机。并励式直流电动机 并励式直流电动机是最常用的一种直流电机。如图1-5A-3所示，并励式直流电动机的激磁绕组与电枢绕组并联连接。这种直流电机的激磁绕组匝数多、导线直径小，因而阻抗相对比较高。 由于激磁绕组是并励式电动机电路的高阻抗并联通道，流过激磁绕组的电流很小。由于形成激磁绕组的导线的匝数多，产生的电磁

场很强。并励式电动机的大部分电流（大约95%）流过电枢电路。由于电流对磁场强度几乎没有什么影响，电机转速不受负载电流变化的影响。流过并励式直流电动机的电流关系如下： IL=Ia+If公式中， IL—电机总电流Ia —电枢电流 If —激磁电流。通过在激磁绕组中串联一个可变电阻可以改变激磁电流。由于激磁回路电流小，低功耗可变电阻器可用于改变激磁绕组阻抗，进而改变电机转速。激磁阻抗增加，激磁电流会减少。励磁电流的减小会使磁场减弱。当磁通减少时，转子会由于与减弱的磁场相互作用而加速旋转。因此使用励磁变阻器，并励式直流电动机的转速很容易调节。并励式直流电动机具有优良的转速调节功能。当负载增加时，由于增加了电枢绕组上的压降，转速稍微有一点降低。由于它的优良的转速调节特性和转速控制的简易性，并励式直流电动机通常用于工业场合。许多种可调速机床由并励式直流电动机驱动。 复励式直流电动机图1-5A-4所示的复励式直流电动机有两个激磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。这种电机综合了串励式电机和并励式电机的预期特性。复励式电动机有两种连接方法：累加与差动。累加复励式直流电动机的串联和并联绕组的激磁方向一致。差动直流电动机的串联和并联绕组的激磁方向相反。串联绕组的连接方法有两种。一种方法称为短并联（见图1-5A-4），这种方法是将并联绕组跨接在电枢绕组两端。长并联方法是将并联绕组跨接在电枢绕组和串联绕组的两端（见图1-5A-4）。 复励式电机具有类似于串励式电机的高转矩，同时也具有类似于复励式电机的优良的速度调节。因此，当既需要良好的转矩特性又需要良好的速度调节时可采用复励式直流电动机。复励式直流电动机的一个主要缺点是价格贵。 直流电机速度-转矩特性在许多应用场合，直流电机用于驱动机械负载。某些应用场合要求电机驱动的机械负载变化时，而电机的转速保持恒定。另一方面，某些应用场合要求调速范围宽。想把直流电机用于特定场合的工程师必须了解电机的转矩和速度之间的关系。首先我们讨论并励式电机，再把这种方法用于其它电机。为此，两个相关的公式是转矩和电流公式 图1-5A-5给出了并励式、累加复励式和串励式电机转速-转矩特性的一般曲线。为便于比较，三条曲线都通过额定转

矩和额定转速这个公共点。公式中的两个变量是转速n 和电枢电流Ia。在电机输出额定转矩时，电枢电流输出的是额定电枢电流，转速输出的是额定转速。当负载转矩为零时，电枢电流变得相对较小，使转速n 的分子项变得较

大。这导致转速上升。转速增加的范围取决于电枢电路压降的大小与电枢端电压的比值。





B 直流传动的闭环控制



应用限流控制，也称为并联电流控制的闭环速度控制系统的基本示意图如图1-5B-1所示。ωm* 为速度参考值。正比于电机速度的信号可从速度传感器获得。速度传感器的输出滤除交流波，并与速度参考值比较，速度误差被速度控制器处理，速度控制器的输出uc 调整整流器的触发角α，以使实际的速度接近于参考速度。速度控制器通常是PI (比例积分)控制器，具有三种作用 —— 稳定驱动，调整阻尼比到期望值；通过积分作用，使稳态速度误差接近于零；还是由于积分作用，可滤除噪音。传动装置采用限流控制，其目的在于防止电流超出安全值。只要IA
于电流控制器，为内环电流控制回路设置电流参考值Ia* 。电流控制器的输出uc 调整逆变器的触发角，以便使实际速度达到速度给定值ωm*所设置的值。由速度给定或负载转矩的增加所引起的任何正的速度偏

差，都会产生更大的参考电流值Ia* 。由于Ia 增加，电机加速，以调整速度误差，最终停留在新的Ia*值上，使电机转矩与负载转矩相同，速度误差接近于零。对于任何大的正的速度误差，限流装置饱和，且电流参考值Ia* 限制为Iam*，传动装置的电流不允许超过最大允许值。在最大允许电枢电流下纠正速度误差，直到速度偏差减小且限流装置退出饱和状态。现在，速度误差在Ia小于最大允许电流值的情况下进纠正。负的速度误差将设置负的电流参考值Ia* 。因为电机电流不能反向，负的Ia*是没用的。然而，它将“掌管”PI控制器。当速度误差变正时，“被掌管”的PI控制器将花费较长时间响应，造成控制中不必要的延迟。因此，对于负的速度误差，限流器的电流给定值被设为零。因为速度控制回路和电流控制回路串联，因此内环电流控制也被称为串联控制。整体也被称为电流操纵控制。由于具有如下优势，其应用比限流控制更为

普遍：1. 对于任何电源电压扰动，提供更快的响应。这可通过考虑两个传动装置对于电源电压降低的响应来解释。电源电压的降低将减少电机电流和转矩。在限流控制中，由于电机转矩小于未改变的负载转矩，速度下降，造成的速度误差通过设置较小的整流器触发角达到原值。在内环电流控制的情况下，由于电源电压的降低，电机电流的减少将产生电流误差，改变整流器的触发角，使电枢电流返回到原值。现在，暂态响应由电机的电时间常数控制，因为与机械时间常数相比，传动装置的电时间常数要小的多，所以对于电源电压扰动，内环电流控制将提供较快的响应。 2. 对于确定的触发形式，整流器和控制电路一起在连续导电下，具有恒定增益。为此增益而设计的传动装置设置的阻尼比为0.707，给出了百分之五的超调量。在不连续导电的情况下，增益下降。导电角减少越多，增益下降越大。在不连续导电的情况下，传动装置响应缓慢，当导电角减小时，响应日益恶化。如果企图设计应用于不连续导电操作的传动装置，那么此传动装置可能对于连续导电都是振荡的，甚至是不稳定的。内环电流控制回路提供了一个具有整流器和控制电路的闭环，所以增益的变化对于传动装置的性能影响较小。因此，带有内环电流回路的传动装置的暂态响应优于限流控制。3. 限流控制中，在限流开始作用前，电流首先必须超过允许值。因为触发角只有在离散的间隔中才可改变，所以只有在限流有效前，实际的电流超调才会发生。小电机更能承受大的暂态电流，因此，为获得快速的暂态响应，通过选择较大尺寸的整流器, 即可允许出现更大的暂态电流。只有当电流值反常时，才会需要电流调节。在这样的情况下，由于简化，限流控制被应用。这两种形式对速度给定的增与降有不同的响应。速度给定的减少至多可使电机转矩为零；由于不可能制动，所以转矩不能反向。传动装置减速主要是由于负载转矩，当负载转矩很小时，对速度给定减少的响应将很慢，因此，这些传动装置适合带有大的负载转矩的应用场合，例如纸张打印机、泵和吹风机。


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