直流电动机在整流电源供电下的几个主要问题
基于FPGA的直流电机控制设计
125收稿日期:2020-06-05作者简介:周柳娜(1983—),女,壮族,广西都安人,硕士,讲师,研究方向:电气工程、电子信息。
1 背景意义直流电机良好的启动性和灵活的调速特性,在国民经济发展过程中起着不可替代的作用。
随着直流电动机应用场景的复杂化,功能单一的直流电动机测速与控制系统已不能满足实际需求,为适应各行业发展,设计一款可以迅速完成电机加/减等复杂控制功能的直流电机测速与控制系统势在必行。
2 系统总体设计分析系统包含多个功能模块,各个功能模块间存在控制信息和数据信息的交换,设计中控制信息由各模块的端口进行交换,而数据信息的交换本设计主要采用的是异步串口通信方式[2]。
如图1系统设计结构无刷直流电机控制系统主要由两部分组成,包括有ARM(STM32F103RCT6)为核心的算法模块、FPGA(EP4CE6F17C8N)为核心控制模块,两个模块间采用串口通信进行信息交换。
ARM核的算法模块中主要由速度环控制器、电流环控制器组成,控制器中分别编写了模糊PID、传统PID算法,实现本系统双闭环结构,闭环输入为FPGA串口发送的当前转速,输出为调节后的PWM占空比数值[3]。
FPGA核的控制模块主要由前端获取三相霍尔信号,一路根据换逻辑设置驱动板中功率管导通顺序实现换相,另一路由FPGA进行速度检测与计算,计算值分别通过串口发送给ARM核以及在数码管中显示当前转速;另外A/D转换器转换当前电流值,数据经串口发送给ARM核算法模块;算法模块的输出量由串口通信上传给FPGA,FPGA根据占空比数值调节驱动板中六路PWM 波,实现固定频率下不同占空比调节转速。
最后整个过程中串口通信的数据信息都可上传给电脑的上位机,实现实时监控[4]。
3 硬件电路总体架构设计系统的整体硬件框架如图2所示。
为使系统可以正常运行,除要构建一个完整的FPGA的最小系统(系统电源、FPGA时钟、系统复位电路等)外,还有功率驱动电路、A/D转换电路、电流信号采样回路、电平转换电路、霍尔传感器电路。
变电站操作电源有关问题分析(提纲)
变电站操作电源有关问题分析(提纲)(提纲)1 变电站供电电源与操作电源任何建筑物都需要有供电电源，变电站也不可能例外。
变电站室内照明与办公用电以及开关柜柜内照明、除湿器等需要供电电源外，还需要由操作电源给断路器保护控制回路、信号回路、继电保护与监控装置供电，才能够保证变电站可靠运行。
为开关柜或配电间隔中的断路器、电动负荷开关与电动隔离开关操动机构储能的电源应称为储能电源，但习惯上称为合分闸电源；断路器、电动负荷开关与电动隔离开关合分闸操作回路电源称为保护与控制电源；反映断路器、负荷开关与各种隔离开关合分闸位置的信号回路，以及微机保护与监控装置信号输入回路电源称为信号电源；微机保护与监控装置本身需要的电压称为装置电源，上述储能（合分闸）回路、保护与控制回路、信号回路以及微机保护与监控装置需要的电源，总称为变电站操作电源。
开关柜柜内照明、除湿器以及变电站室内照明与办公用电等需要的电源，可靠性也有较高要求，但设计上与变电站操作电源还是有区别的。
2 变电站供电电源设计1）变电站的供电电源需要设计两路电源供电，大中型变电站可设计两台所用变，可由变压器低压侧取得220／380V电源时，可设计一台所用变。
小型变电站一般由变压器低压侧取得220／380V电源，同时可选用容量为400V A以上的电压互感器，经过容量为400V A以上的100／220V 升压变压器升压后作为操作电源。
2）变电站操作电源可靠性要求非常高，需要单独设计。
开关柜柜内照明、除湿器以及变电站室内照明与办公用电等电源；当变电站在某一建筑物内部时，可以与建筑物内部备用电源统一考虑；当变电站为独立建筑物时，供电电源由所用变引出后，需要备用电源时宜另行设计，否则会增加操作电源的容量与投资，也会影响到操作电源的可靠性。
3）直流电源有关技术指标（1）国家标准《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB／T14285－2006）第6.3.1条规定：继电保护和安全自动装置的直流电源，电压纹波系数应不大于2%，最低电压不低于额定电压的85%，最高电压不高于额定电压的110%。
直流电动机有哪几种调速方法各有哪些特点答：直流电动机有三种
直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？答：直流电动机有三种调速方法：1）调节电枢供电电压U ；2）减弱励磁磁通Φ；3）改变电枢回路电阻R 。
特点：对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。
改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
晶闸管—电动机系统当电流断续时机械特性的显著特点是什么？答：电流断续时的电压、电流波形图（Ⅰ10P 、Ⅱ 12P ）（三相零式为例）。
断续时，0d u 波形本身与反电势E 有关，因而就与转速n 有关，而不是像电流连续时那样只由控制角α决定的常值。
机械特性呈严重的非线性，有两个显著的特点：第一个特点是当电流略有增加时，电动机的转速会下降很多，即机械特性变软。
当晶闸管导通时，整流电压波形与相电压完全一致，是电源正弦电压的一部分。
当电流断续后，晶闸管都不导通，负载端的电压波形就是反电势波形。
电流波形是一串脉冲波，其间距为︒120，脉冲电流的底部很窄。
由于整流电流平均值d I 与电流波形包围的面积成正比，如果电流波形的底部很窄，为了产生一定的d I ，各相电流峰值必须加大，因为RE u i d d -=,而整流输出的瞬时电压d u 的大小由交流电源决定，不能改变。
也就是说应使E 下降很多即转速下降很多，才能产生一定的d I ，这就是电流断续时机械特性变软的原因。
第二个特点是理想空载转速0n 升高。
因为理想空载时0=d I ，所以2m a x 02U u E d ==，所以0n 升高。
简述直流PWM 变换器电路的基本结构。
答：直流 PWM 变换器基本结构如图所示，包括 IGBT 和续流二极管。
三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比来调节直流 PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。
Ug0Ton T t 直流PWM 变换器基本结构直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？答：频率一定、宽度可调的脉动直流电压。
运动控制系统思考题参考答案(--(7)
第二章之答禄夫天创作思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
分歧电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。
IGBT，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？直流电压2-4为什么直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统能够获得更好的动态性能？直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采取不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
2-5在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流。
电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。
2-6直流PWM变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会发生什么后果？反并联二极管是续流作用。
若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。
2-7直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。
电力拖动自动控制系统介绍
电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统包括：直流调速系统和交流调速系统。
直流调速系统包括：直流调速方法、直流调速电源和直流调速控制。
交流调速系统包括：交流调速系统的主要类型、交流变压调速系统、交流变频调速系统、绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统和同步电动机变压变频调速系统。
电力拖动自动控制系统课程内容介绍第一篇直流调速系统闭环反馈直流调速系统着重讨论基本的闭环控制系统及其分析与设计方法。
1.1 直流调速系统用的可控直流电源1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题1.3 直流脉宽调速系统的主要问题1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。
本节介绍几种主要的可控直流电源。
常用的可控直流电源有以下三种旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。
静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。
直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。
1.1.1 旋转变流机组G-M系统工作原理由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，调节G 的励磁电流 if 即可改变其输出电压 U，从而调节电动机的转速 n 。
这样的调速系统简称G-M系统，国际上通称Ward-Leonard系统。
1.1.2 静止式可控整流器V-M系统工作原理晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又称静止的Ward-Leonard系统），图中VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud ，从而实现平滑调速。
直流电机常见维修方法和技巧有哪些
直流电机常见维修⽅法和技巧有哪些 直流电机是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
如果直流电机出现故障了应该怎么去维修呢?以下是店铺为你整理的直流电机常见维修⽅法，希望能帮到你。
直流电机常见维修⽅法 1. 电机拆检： 客户待修电机进⼚后，必须组织技术、质量和车间有关⼈员进⾏修理内容的鉴定。
1.1 在鉴定前必须进⾏下列试验，以确定故障的性质： 1.1.1 绝缘电阻测定：主极、电枢、补偿、换向对地及主极和换向极间。
1.1.2 直流电阻测定：主极、电枢、补偿、换向极。
1.1.3 作为电动机的空载试验。
如1.1.1和1.1.2⼆项实验不合格，则不再进⾏1.1.3试验。
1.2 拆开试验： 试验后和不能试验的电机都必须拆开进⾏内部检查。
检查包括：轴承是否松动;定⼦极间的连接接触，碳刷、刷架及换向器是否烧⽑或短接;与转⼦竖板的焊接是否良好。
1.3 填写“拆检分析单”。
1.4 根据拆检结果确定修理⽅案和⼯艺。
2.保养复试： 2.1 凡定转⼦线圈完好，整流⼦⽆严重灼伤、跳排、短路、偏⼼不圆者，可作常规保养处理。
2.2 保养复试内容： 2.2.1 定⼦线圈冲洗，清除污秽物。
2.2.2 定⼦极间连接线如接触不良或有破损及裂开者，须重新更换或 搪锡。
2.2.3 转⼦冲洗、清理。
2.2.4 转⼦出线和换向器竖板的焊接、补焊。
2.2.5 整流⼦清理、车外圆、拉槽、倒⾓。
2.2.6 碳刷架的清理。
刷握的修理、调整。
2.2.7 碳刷的更换。
2.2.8 轴承的更换。
2.2.9 定转⼦线圈的烘⼲、浸漆(根据需要)。
2.2.10 定转⼦线圈的重新喷漆8037。
2.2.11 换轴⽡或轴⽡的修理。
3.电机的⼤修： 3.1 凡电机有下列情况者都需进⾏⼤修： 3.1.1 定⼦磁极线圈局部或全部烧坏须更换者。
3.1.2 电枢绕组烧坏须重新更换者。
《汽车电器与电子技术》第2版课后习题答案1-5章,孙仁云版
《汽车电器与电⼦技术》第2版课后习题答案1-5章,孙仁云版《汽车电器与电⼦技术》第2版课后习题答案2020.04第⼀章绪论1-1 简述汽车电器与电⼦控制系统的分类和特点。
汽车电器与电⼦控制系统可分为电器装置和电⼦控制系统两⼤部分。
汽车电器装置主要由供电系统、⽤电设备、检测装置和配电装置四部分组成。
汽车电⼦控制系统分为发动机控制系统、底盘控制系统和车⾝控制系统三个部分。
特点：1)低压汽油车多采⽤12V，主要优点是安全性好。
2)直流主要从蓄电池的充电来考虑。
3)单线制单线制即从电源到⽤电设备使⽤⼀根导线连接，⽽另⼀根导线则⽤汽车车体或发动机机体的⾦属部分代替。
单线制可节省导线，使线路简化、清晰，便于安装与检修。
4)负极搭铁将蓄电池的负极与车体相连接，称为负极搭铁。
第⼆章汽车供电系统1.汽车⽤蓄电池的功⽤有哪些？其主要功⽤是什么？对汽车⽤蓄电池有何要求？答:功⽤有（1）起动发动机时向起动机和点⽕系统提供电能。
（2）在发动机不⼯作或电压低时（发动机停转或怠速时）向⽤电设备供电。
（3）⽤电设备过多，超过发电机容量时补充供电。
（4）蓄电池电能不⾜时可将发电机电能储存起来。
（5）具有稳定电源系统电压的作⽤。
其主要功⽤是：（1）起动发动机时向起动机和点⽕系统提供电能。
要求：容量⼤、内阻⼩，以保证蓄电池具有⾜够的起动能⼒。
2.铅酸蓄电池的主要组成部件及其功⽤是什么？答：组成部件：1极板与极板组、2隔板、3电解液、4外壳5蓄电池技术状态指⽰器功⽤：同上3.什么是蓄电池的额定容量和储备容量？答：额定容量C20：是指完全充⾜电的蓄电池，在电解液的温度为250C时，以20h放电率（If=0.05C）连续放电，当单格电压降⾄1.75V（12V蓄电池降⾄10.5±0.05V，6V蓄电池降⾄5.25±0.02V），蓄电池输出的电量。
储备容量Cm：是指完全充⾜电的蓄电池，在电解液的温度为250C时，以25A电流连续放电，当单格电压降⾄1.75V所持续的时间，其单位为min.。
硅整流发电机故障的检查和排除(三篇)
硅整流发电机故障的检查和排除硅整流发电机是以内燃机为动力的工程建设机械的主要电源，在内燃机正常工作时，它要向机械的用电设备供电，还将多余的电能向蓄电池充电，以保证蓄电池总是处在充满电的状态。
由于工程建设机械用发电机损坏后很难修复，一般都以更换为主。
现根据多年设备维修实践，总结发电机故障的检查及排除方法，与同行们交流。
1初步检查及故障排除1.1检查电流表接头是否正常，表头有无损坏失灵;蓄电池是否充满，电液是否加足或蓄电池过于陈旧;三角皮带是否磨损过度和张力是否适合;充电电路内各个连接处是否松动，连接的导线有无断路，针对不同情况作相应修理。
1.2若上述几项均无问题，可拆除发电机磁场接线柱与调节器之间的接线，然后用一铜线直接连接。
启动发动机并逐渐提高转速。
如果此时电流表仍无读数，则表示故障在发电机本身;如果能发电，则表明故障在调节器。
2详细检查及故障排除2.1电刷部分2.1.1检查电刷高度。
新电刷的高度是14mm，磨损过度的电刷必须更换，更换时先用“00”号砂纸光面盖在滑环上，砂面对电刷，用手向下按住，并沿滑环弧面左右推动，使电刷磨出与滑环圆弧吻合的弧面，这样可以减少火花。
2.1.2内装式电刷安装时先将两只电刷的引线接头套在两只螺钉上，再将刷架装在后端盖上并用螺母固定。
然后将电刷和电刷弹簧放入刷架孔中，用弯头的钢丝将电刷往里压紧。
同时用一根直径1.5mm 的铁丝从后盖外轴承盖边缘旁的一个小孔中穿入，一直穿过刷架上的两个小孔，把电刷和弹簧卡住在电刷架的孔中。
外装式电刷安装时先将刷架和刷架板用螺栓、螺母固定在后端盖上，等发电机全部装好后再将电刷连接片固定在刷架板上，最后将盖板装在后端盖窗口上并用螺钉固定。
2.1.3检查新电刷在刷架孔中能否自由地上下活动，有无卡住现象，电刷上有无油污。
如有卡住现象，可用细锉将电刷卡住处轻微锉去;如有油污可用蘸有汽油的布擦去。
然后检查电刷弹簧的压力，按照规定电刷弹簧自由伸长时的长度是26mm，把它压缩至14mm时弹簧压力应在5+0.75N范围内。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后思考题答案 (2)
int i,j;
for(i=0;p1[i];i++); for(j=0;p2[j];j++) p1[i++]=p2[j];
p1[i]='\0'; 注意：这三个是填空题 答案
if(t%2==0) x=10*x+t; n=n/10;
注意这两个是改成题答案 *t = 0; if (d%2 != 0) 2. 请编写函数fun,其功能是:计算并输出当x<0.97时下列多项式的值, 直到｜Sn-S(n-1)｜<0.000001为止。Sn=1+0.5x+0.5(0.51)/2!x(2)+...+ 0.5(0.5-1)(0.5-2) .....(0.5-n+1)/n!x(n) 输入0.21后,则输出为s=1.100000。 double s1=1.0,p=1.0,sum=0.0,s0,t=1.0; int n=1; do {s0=s1; sum+=s0; t*=n; p*=(0.5-n+1)*x; s1=p/t;n++;}while(fabs(s1-s0)>1e-6); return sum; t = x; t *= (-1.0)*x/n; while (fabs(t) >= 1e-6);
一、可以作为填空题或简答题的 2-1 简述直流电动机的调速方法。 答：直流调速系统常以（调压调 速）为主，必要时辅以（弱磁调速） ，以（扩大调速范围） ， 实现 （额定转速以上调速） 。
2-2 直流调压调速主要方案有（G-M 调速系统，V-M 调速系统，直流 PWM 调速系统） 。 2-3 V-M 调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？如何抑制电流脉 动？ 11-12 答：整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整 流器输出电压小于反电动势 时，电感放能，电流下降。整流器输出电 压为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，从而导 致了电流脉动。 当电感较小或电动机轻载时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致 当电流下降时， 电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚 未触发，于是形成电流断续。 2-4 看 P14 图简述 V-M 调速系统的最大失控时间。 14 答：t1 时刻某一对晶闸管被触发导通，触发延迟角为α1，在 t2>t1 时刻，控制电压发生变 化，但此时晶闸管已导通，故控制电压 的变化对它已不起作用，只有等到下一个自然换向点 t3 时刻到来时， 控制电压才能将正在承受正电压的另一对晶闸管在触发延迟角α2 后导 通。t3-t2 即为失控时间，最大失控时间即为考虑 t2=t1 时的失控时 间。 2-5 简述 V-M 调速系统存在的问题。16 答：整流器晶闸管的单 向导电性导致的电动机的不可逆行性。 整流器晶闸管对过电压过电流 的敏感性导致的电动机的运行不可靠性。 整流器晶闸管基于对其门极 的移相触发控制的可控性导致的低功率因数性。 2-6 简述不可逆 PWM 变换器 （无制动电流通路与有制动电流通路） 各个工作状态下的导通 器件和 电流通路。17-18 2-7 调速时一般以电动机的（额定转速）作 为最高转速。 2-8 （调速范围）和（静差率）合称调速系统的（稳态 性能指标） 。 2-8 一个调速系统的调速范围，是指（在最低转速时还 能满足所需静差率的转速可调范围） 。 2-9 简述转速反馈控制的直流 调速系统的静特性本质。 答：在闭环系统中，每增加（或减少）一点 负载，就相应地提高（或降低）一点电枢电压， 使电动机在新的机械 特性下工作。因此闭环系统的静特性本质上就是无数开环机械特性上各 取 一个相应的工作点连接而成的。 2-10 简述比例反馈控制的规律。 答：比例控制的反馈控制系统是（被调量有静差）的控制系统； 反馈 控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定） ； 反馈1.编写 一个函数fun,它的功能是:实现两个字符串的连接(不使用库函数 strcat),即把p2所指的字符串连接到p1所指的字符串后。 实现两个字符串连接
直流电动机的效率低的原因
直流电动机的效率低的原因
直流电动机效率低的原因可以从多个角度进行分析。
首先，直流电动机效率低的原因之一是摩擦损失和机械损耗。
在电机运转过程中，摩擦力和机械部件之间的摩擦会导致能量损失，从而降低了电动机的效率。
此外，由于电机内部存在齿轮传动等机
械结构，这些传动结构也会带来一定的机械损耗。
其次，铁心和电磁线圈的损耗也是直流电动机效率低的原因之一。
在电机工作时，铁心和电磁线圈会因为铁损和铜损而产生热量，从而导致能量损失，影响电机的效率。
此外，电机在运行过程中会产生铜损，即电流通过线圈时产生
的导体损耗，也会降低电机的效率。
另外，电机的设计和制造质量也会影响其效率。
如果电机设计
不合理或者制造过程中存在缺陷，比如线圈绕组不均匀、磁场不稳
定等问题，都会导致电机效率降低。
最后，电机的负载特性和工作环境也会对效率产生影响。
如果
电机长时间在超载或者恶劣环境下工作，比如高温、潮湿等条件下，都会导致电机效率下降。
综上所述，直流电动机效率低的原因主要包括摩擦损失和机械
损耗、铁心和电磁线圈的损耗、铜损、设计和制造质量以及负载特
性和工作环境等多个方面。
要提高直流电动机的效率，需要从这些
方面入手，改进电机的设计制造工艺，减少能量损失，并合理使用
和维护电机。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
"
电机绕组击穿
通常所遇到的击穿现象多数是励磁绕组的匝
间绝缘击穿以及电枢回路诸绕组的对地绝缘击
"##$ 年第 $ 期 总 第 %& 期
冶 金 动
力
’()*++,-./0*+ 123(-
!
电刷和换向器的磨损，以致大量的导电粉尘积聚而 造成击穿 （ 如 "### 年 44 月我公司高速线材厂精轧 机组的进口 " 4## 53 直流电动机发生电枢绕组端 部对地绝缘击穿故障 ） ，也有少数因制造过程的缺 陷所引起的。解决的办法首先是加强设备的维护保 养、定期检修和消除换向器部分的积灰、碳粉和铜 粉以及改善风路；其次是设法改善周围环境，防止 有害气体、 油污和潮气等的侵蚀。
&
电刷与换向器的异常磨损
如前所述= 可控硅电源因含有脉动分量和电流
上升率大等特点 = 往往致使电刷或换向器磨损加 快= ! 下转第 "# 页 $
#$$" 年第 " 期 总 第 %& 期
冶 金 动
力
’()*++,-./0*+ 123(-
!"
有合闸时间，并进行对比分析，结果如表 #。其中， 型断路器C 固有合闸时 6$& 乙开关原为 @8!$ B !$" 间为 ’6<$ >?C 后于 !%%% 年更换为目前的 78#9 B !$ ; !#<$ 型快速开关。在此之前，进行 D7) 试验未 出现过上述现象。 根据对比结果， 发现 6$& 乙开关与 $66 开关在固有合闸时间上相差近 %$ >?，即在上 述试验过程中， 6$& 乙开关总是先于 $66 开关合闸， 从而造成由低压侧对高压备用变进行反充电。
;<%=) ;>?@ABC?@
! "#$%&’()* +), -./(0 1(&+0*’()*2 3+)’%)4 50.) 6 3*((7 80.$& 9.: ;*,:2 3+)’%)4 <=>???2 9@%)+ A
【 :+-1*&91】 DEFG F?H@ IJEKLGFM EN O+ FECEJ EN C>G MCGGL JELLH@A P@QGJ IERGJ MPIILS KS JGTCHNHGJ IERGJ RGJG H@CJEQPTGQU $>G T?PMGM RGJG ?@?LSVGQ ?@Q F?H@ MELWH@A FGC>EQM RGJG GXIEP@QB GQU 【 ;$7 4"*3-】 O+ FECEJY JGTCHNHGJ IERGJY IJEKLGFY FG?MPJG
电流变化率大是引起电机动态换向恶化的主 要原因。由于机座内涡流阻尼效应的存在，电枢电 流快速变化，必然导致换向极磁通远远滞后于电枢 电流的变化， 同时， 励磁电流和主磁通为脉动变量， 在电枢绕组换向元件内产生变压器电动势加重了 换向的负担和复杂性，从而引起换向火花的增大， 甚至环火。解决的方法： 改善换向极磁通的滞后， 通 过采用叠片的机座磁轭和换向极铁心来改善换向 极磁通的滞后这一问题。轧钢电动机大多采用这一 措施。因为此类电机的电流变化率不允许过多的降 低（ 通常在 "#C E 4##C !: A F） 。反之， 对电流变化率 要求不高，且采取磁场反并联方式，则采用铸钢机 座、整块换向极铁心和在电枢回路中串接电抗器以 及减少电刷宽度等措施。此外，还可采用分裂式电 刷、换向极垫片采用特殊结构和特殊材料 （ 例如多 孔式垫片、合金钢垫片等） ，我公司棒材线 G## 53 直流电机就是采用以上方法。换向极线圈上并联电
管理工作。
将有助于改善电刷或换向器不正常的磨损，减少换 向片片间短路导致环火的可能性。必须指出的是选 用合适的电流密度、合适的电刷牌号也是解决电刷 或换向器异常磨损的重要途径之一。
$
噪声和振动
可控硅电源本身就含有高次谐波分量且基波
的频率比机组电源来得高，所以电磁噪声也大一 些。特别是在起、 制动过程中， 可控硅导通角小脉动 分量更大，电机的振动也增大。解决的方法是在主 电路和磁场回路中串接电抗器。
%
图" 脉动电流的波形
轴电压增高与轴承磨损
轴承磨损的原因很多，除机械原因外，轴电压
宽广、 过载能力大、 能承受频繁的冲击负载、 可实现 频繁的无级起动、制动和反转，能满足生产工艺自 动化系统各种特殊运行要求等特点，在冶金轧钢系 统得到较为广泛的应用。随着大功率晶闸管的出现 和自动控制技术水平的提高。可控硅整流电源逐渐 取代了直流发电机组，以使维护方便和设备小型 化， 如： 三明钢铁公司轧钢系统 （ 棒材线、 高线线材、 劳服带钢、小焦棒材等）均采用了可控硅整流电源 供电（ 可简称可控硅供电） 的直流电动机。 可控硅整流电源与发电机组电源是不同的。它 含有脉动分量，其大小随控制角的变化而不同，控 制功率小、 时间常数小， 电流变化大。因此， 可控硅 整流电源供电时，将对直流电动机的运行性能带来 一些不良影响，如引起电动机的发热增加、噪声和 振动增大、轴电压增高、绕组匝间绝缘易击穿以及 换向性能恶化等。为充分发挥可控硅整流电源供电 的优越性， 提高可靠性， 保证轧钢生产的正常运行， 现将使用中常见的主要问题和解决措施分述如下， 以供设备维护、 检修参考。
表!
开关 名称 开关型号
全部衰减时间可以达到几十秒。因此造成在 6$& 乙 开关备用分支过流保护出口经延时 ! ? 后仍然动 作。
"
结论
（ !）由于变压器低压侧充电时的激磁涌流与高 压侧充电时的激磁涌流相差 !$ 倍以上，因此反充 电对变压器绕组及紧固件的冲击及损坏远远大于 变压器高压侧充电。所以此种试验方法，在高压备 用变低压侧开关固有合闸时间小于高压侧开关固 有合闸时间的情况下， 不宜采用。 ） （ # 由于厂用电备用自投回路采用残压切换， 即工作电源开关分闸后，备用电源开关才投入，因 此在实际切换过程中，不会产生本文提出的反充电 问题。 （ "） 对于高压备用变低压侧开关固有合闸时 间，小于高压侧开关固有合闸时间的情况，在实际 试验工作中可以采用将高备变高压侧开关先行投 入的办法，同时在高备变高压侧开关合闸回路中串 联电流表， 以监视合闸脉冲是否正常。
!
冶 金 动
力
"#$%&&’()*+%& ,-.#(
/001 年第 1 期 总 第 23 期
直流电动机在整流电源供电下的几个主要问题
张章潭
4 三明钢铁集团有限责任公司设备动力处， 福建三明 156000 7
【 摘
要 】 介绍了轧钢系统直流电动机在整流电源供电情况下出现的几个主要问题，分析了其产生的原
!
电动机换向恶化
可控硅整流电源供电时，较大的电流脉动率和
过高的电流变化率是引起电动机换向不良、恶化的 主要原因。可控硅整流电源输出的电流是脉动的， 常以电流脉动来衡量其电流波形的品质。电流脉动 率 ! 是指脉动电流在一个周期内电流最大值 !678 和最小值 !69: 之差与平均值 !7 之比 ; 见图 4 < 以百分 数来表示 = 即> ! ? ; !678 @ !69: < A !7 B 4##C 式中> !7—— — 脉动电流的平均值， 即 ; !678 D !69: < A "。
因， 阐述了主要的解决方法。 【 关键词 】 直流电动机； 整流电源； 问题； 措施 【 中图分类号 】$"11 【 文献标识码 】 8 【 文章编号 】9005 : 535! 4 /001 7 01 : 000! : 0/
!"#$ %&’( )*"+,$#- ". /0 %"1"* 2(3$* )"4$* !566,7 +7 8$91’.’$* )"4$*
!
前言
直流电机因为具有调速平滑、精确方便和范围
穿。励磁绕组的匝间绝缘击穿较常见，一般是由可 控硅电源励磁时，电机的励磁绕组常易发生线圈进 出线两端处的匝间绝缘击穿。这是因为由可控硅电 源产生的脉动电压在励磁绕组的分布是不均匀的， 在线圈进出线两端处较高，其次是因整流电源脉动 电流在绕组起、末端产生高频振动造成绝缘疲劳性 损伤和破坏。消除的方法是增加线圈进出线两端间 和头几匝线圈匝间的绝缘，加强绕组进出线的紧固 措施， 在制造上设法使进出线端间爬电距离增大。 这里特别强调的是个别人对额定励磁电流、励 磁电压的含义不清。实际上所谓的额定励磁电流是 指电机在额定电压、额定负载电流和额定转速下的 励磁电流；在此励磁电流下应保证电机处于额定输 出，且发热不超过标准所规定的允许值。而励磁电 压是指加在励磁绕组和磁场变阻器上两端的电 压。因此， 对带有磁场变阻器的电动机， 切不可随意 将其除去，而将励磁电压直接加在励磁绕组两端， 否则会造成励磁中的电流过载、过热而烧坏绕组。 容量较小的电机在磁场回路中也有不串变阻器的， 但在使用中必须确保励磁电流不超过铭牌值。 电枢回路诸绕组和换向器对地绝缘击穿也较 常见。一般是因为使用可控硅电源后，由于换向极 磁路涡流的阻尼作用，使换向极磁通变化远远落后 于脉动电流的变化，换向性能等较差，因此加速了
抗器、设置换向极第二气隙等，这些措施也有助于 改善换向。
#
发热
由于脉动电流的有效值大于其平均值 （ 直流） ，
因此含有脉动分量的可控硅整流电源供电时电机 的温升将比直流机组电源供电时高。 脉动电流将引起铁耗和绕组铜耗的增大，将导 致电机的温升增高。所以选用可控硅供电的直流电 机时，其输出功率应留有适当的余量。采用磁场反 并联系统方式时励磁绕组的发热增高应控制在适 当的范围内。如果强行励磁的倍数不高，反接次数 不频繁， 一般发热是不怎么严重的。反之， 不但要考 虑绕组的发热，而且要重视进出线端间的绝缘强 度。因为此处既是容易发热的部位，又是受电动力 影响易发生位移的地方。 选用适当的电流脉动率和电流变化率，在电枢 或磁场回路中串接平波电抗器，改进通风系统 （ 防 止进出口风道被垃圾或其他杂物阻塞 ） ，增大风量 等措施有助于改善发热状况。