电机扩大机

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1、目录引言 1一概述 1二电机扩大机工作原理 2（一）扩大机简介 2（二）放大作用3三 刨床自动调速系统4（一）给定4（二）电压负反馈 6（三）电流正反馈8（四）电流截止负反馈 8（五）桥型稳定环节11（六）制动时加入自消磁电路与欠补偿环节1214四 参考文献引言 龙门刨床是现代机械工业的主要生产机械，是自动化程度较高的机床。龙门刨床 主要用来加工各种平面、斜面、槽，更适用于加工大型而又狭长的工件。龙门刨床在进行刨削加工时，其主运动是工作台的直线往返运动。进给运动是刀具垂直 于主运动的位移。辅助运动有横梁的夹紧、放松及升降运动等。一 概述B2012A 型龙门刨床采用了发电机和电动机组成的直流拖动

2、系统。只要改 变发电机励磁电流的大小和方向,就可以改变发电机端电压的大小和极性,从 而可以控制电动机转速的大小和旋转方向。但是由于该系统的机械特性硬度 不高,在负载增加时,电动机的转速随着发电机和电动机电枢电压降的增大成 比例地下降,因此该系统的调速范围不大。为了改善发电机和电动机组的静态 特性和动态特性,获得较硬的机械特性,在发电机电动机组基础上 ,设计了 由电机扩大机组成的带反馈的自动调速系统。为了得到较硬的机械特性,系统采用了多种形式的反馈。在自动调速系统 中,常用的反馈形式有电流正反馈、电压负反馈、电流截止负反馈和转速负反 馈等。它可以改善其静特性,减小转速降落,扩大调速范围。二 电机

3、扩大机工作原理一）扩大机简介电机扩大机是一种构造特殊的直流发电机 ,是用来进行功率放大的一种重要元件。普通直流发电机也可以看作是一个放大元件。它的输出功率比励 磁功率要大得多,而且受励磁信号的控制,不过它的功率放大倍数还不够大 , 不能满足一般自动控制系统的要求。电机扩大机的结构特点与普通直流发电机一样,也是由定子和电枢组成。由一 台电动机拖动。扩大机的电枢端部装有换向器,在换向器上装有两对电刷。一 对电刷位于定子磁极的轴线（直轴）上,另一对电刷位于交轴（横轴）上。扩大 机几何中心线在横轴，输出在直轴。图一 扩大机看作两个直流发电机级联如果在直流发电机 G1 的前面再加上一台励磁机,则总的功率

4、放大倍数等 于两者放大倍数的乘积。扩大机相当于在其电枢内部实现两级放大的特殊直 流发电机。它的功率放大倍数可达数上万倍。二）放大作用交磁扩大机利用直流电机的交轴电枢反应来进行二次发电的电机，在扩 大机交轴（横轴）上形成强大的横轴磁场（由于横轴输出直接用碳刷短路）。， 电枢切割横轴磁场产生很大的电势，由直轴输出。图二 电机扩大机的工作原理三）具体工作过程电流iq流过电枢导体，将产生磁通q,因为q和控制磁通相垂直，因此称 它为交轴磁通。在扩大机中的交轴磁通正是要加以利用的,可把它作为一个新的 励磁磁通。这样在电枢导体切割q时又会产在如（图二中）内圆的感应电势， 这个电势向经电刷d-d向负载输出，这

5、就构成了扩大机的第二级放大。由于扩大 机巧妙地利用了第一级放大产生的交轴磁通作为第二级放大的工作磁通,因此只 用了一套电枢绕组就实现了两级放大，从而得到了相当大的功率放大倍数。如 A 系列龙门刨上用的电机扩大机ZKK12J的输出功率为1.2kw。三 刨床自动调速系统B2012A 型龙门刨床采用了交磁扩大机直流发电机直流电动机系 统。以交磁扩大机作为直流发电机的励磁调节器。利用其控制绕组多的特点。在 系统中加入反馈。从而扩大了发电机电动机系统的调速范围。提高了系统的 静特性，改善了动特性。A图三 主拖动系统简化原理图为了充分利用交磁扩大机的控制绕组，将OIII控制绕组作为给定电压、电 压负反馈和

6、电流截止负反馈信号使用；Oil绕组作为电流正反馈使用；OI绕 组为稳定环节作为动态校正之用。见（图三主拖动系统简化原理图）一）给定及电压负反馈各控制绕组的作用及功能：OIII控制绕组的作用是综合给定电压、电压负反馈及电流截止负反馈信号。OIII控制绕组是给定及电压负反馈环节。（如图四）iijWCMkinKTBY Si-3iWCMct (3 Vt JrhOno m i03Vg,WCP图四 给定及电压负反馈给定信号的加入，将直流电压a 1Ug加在正向调速电位器两端，如将调速 电位器R-Q的手柄调至221如图四所示的位置1,控制绕组OIII中就会有电流 IOIII通过。其回路为从电源正极一R-Q调速

7、位置1-R2 （200） fS2-GlfOIIIl、 0III2-R1 （210）fR-H-电源负极（电流方向如图四中实线箭头所示）。这时 加在控制绕组OIII上的给定电压为a lUg。电流IOIII在OIII绕组中产生磁势 FmOIII。如果这时交磁扩大机已由原动机带动旋转，那么扩大机两端B1-K及 H2-K就有电压供给发电机励磁绕组。当发电机由原动机带动旋转时，发电机 两端即有电压输出给电动机，电动机便运行在所选的速度上。将R-Q手柄向左或向右移动，就增大或减小了加于OIII绕组上的控制电 压，扩大机发出电压的高（低）一发电机励磁电压的强（弱）一发电机电压 高（低）一从而改变了电动机转速的

8、快（慢）。而R-H电位器加给OIII控制绕 组上电压的极性正好与上述相反，在OIII控制绕组中产生如虚线所示的电流,使交磁扩大机、发电机、电动机电枢两端的电压均反向，电动机便按相反的方向旋转。若要使反向旋转的电动机改变转速，只要使 R-H 手柄向左或向右移动即可。图五 电压负反馈二）电压负反馈电压负反馈的加入电压负反馈是通过发电机两端并联的电组（板型电 阻）器R2取得的，电压U G1与发电机的端电压成正比。负反馈的作用，当龙门刨床在刨削加工时，主回路中电流会随着负载情况 的不同而产生变化。当主回路中电流增大时，发电机电枢绕组上的压降增大， 发电机的输出电压就会降低，导致电动机的转速下降。与此同

9、时，与发电机 端电压成比例的反馈电压UG1也相应降低。如果Ug保持不变，则Ug-UG1便 增大，OIII控制绕组中的电流IOIII也随之增大卩OIIIU=Ug-UGl。致使交磁扩 大机的端电压增加；这就增加了发电机的励磁电压，发电机的输出电压就相 应增大，使电动机的转速回升，这样就减少了由于负载电流的增大而引起电 动机转速的下降。所以说，系统中加了电压负反馈以后，可以维持发电机的 输出电压大致不变，也就可保持电动机的转速不随负载电流的变化而变化， 或变化很小。发电机电压升高时，负反馈也起着相应的作用，阻碍发电机端 电压的升高，迫使电动机的转速保持不变，或变化很小。这就是电压负反馈 在系统中所起

10、的自动稳速作用。图六 电流正反馈三）电流正反馈由图六 可见，S2-G1 , S2-M两点之间的电压总是和主电路电流大小成正 比，将这两点的电压降加在电位器R4上，从R4取出并经过电阻RT9送到O II控制绕组，在OII控制绕组内产生的磁势F OII与给定信号的磁势一致。1）电流正反馈作用电流正反馈环节的作用过程如下：当电动机轴上的负载增大时，电动机转速下降，主回路电流增大。主回路电流增大后，S2-G1S2-M之间的电压降也 相应增大，就是说电流正馈信号也相应增大。因此，扩大机控制绕组的电流 也增大，结果使得扩大机总的合成磁通增加，扩大机的输出电压增高，电动 机的转速降也得到补偿。只要参数选择适

11、当，电流正反馈的作用可以低消由 于负载增加而造成的电动机转速降低，使电动机的转速维持不变。2）电流正反馈工作原理负载 fn I一I ffS2-Gl S2-M t 一-IOHt 一-U t 一-n t当主回路有电流通过时，在S2-G1和S2-M之间产生电压降，由R4上截取部分给OII绕组由1#入与OIII给定极性相同进行电流正反馈。四）电流截止负反馈B2012A 龙门刨床具有电压负反馈与电流正反馈的自动调速系统中,其静特性都比开环系统的静特性要硬得多。因此,当电动机的负载突然猛增,或由 于机械部分被卡住时,主回路的电枢电流将会增长到危险的程度。不仅有烧毁 电机的可能,而且因电动机的转矩也急骤增大

12、,将使系统的机械传动机构受到 巨大的冲击,影响设备的精度,严重时将使机械部分损坏。AOil2$12V20图七 电流截止负反馈当拖动系统出现卡死现象时电机电流增大，当主电路电流大于原设定的比 较电压时，这时主回路压降电压通过VI二极管逆比较电压在OIII绕组中通入 一电流，这一电流与给定电流（激磁）方向相反抵挡绝大部分给定电流。使 发电机电压迅速下降，电动机停止不动。（赌转）保护了机械电气设备。截止 环节是故障保护环节，不参加启制动换向过程。因此,一方面在主回路中装设过电流继电器以进行保护 ,另一方面,在电 路设计上使静特性能符合系统实际工作的需要,即在正常工作范围内,系统具 有很硬的机械特性，

13、而当电机过载时,系统则具有很软的机械特性。这样,当 电动机过载时,其转速将急剧下降直到堵转为止,并使电动机在堵转时的堵转 电流也不致超过电动机的允许电流。乙l：石菽E5*图八 挖掘机特性、下垂特性电流截止负反馈就能起到这一作用。当主回路中的电流超过一定数值时 电流截止负反馈就起作用。由于加入的电流负反馈很强，当它起作用时，足 以将给定信号的绝大部分抵消掉，迫使电动机转速为零，从而起到了保护设 备的作用。这种保护与继电器作过流不同，它不会切断电源，也无须重新启 动。只要过载现象消失，电动机的转速又会重新升高，这是对生产有利的。 当系统中有了电流截止负反馈以后，能使系统得到下垂特性，（如图八）所示

14、。通常这种特性是挖土机这类机械所特有的，因此也称为“挖掘机特性”。珂一KH2-K图九 桥型稳定环节五）桥型稳定环节由并联在扩大机输出端的电阻3R-1、3R-2、以及发电机的励磁绕组RG1, 及串联的电阻RT10组成电桥电路，在其对角线上接上控制绕组O I和调节电 阻RT8。在稳定状态下调节R3-1、R3-2、R10的数值，使电桥达到平衡，即 3R-1： 3R-2=RG1： RT10。接在电桥对角线上的扩大机控制绕组OI无电流，这 个环节不起作用。当扩大机的输出电压增大的瞬间，由于发电机励磁绕组的 电感作用，通过励磁绕组RG1和RT10的电流不能突变，所以RT10两端电压 不能突变。而流过电阻3

15、R-1、3R-2 上电流突然增加，所以3R-2两端的电压 也突然增加，而RG1、RT10上电流增大比较慢，电桥失去平衡并输出电压， 3R抽头处为“ + ” RG1下端为“-”因此OI绕组上有电流流过，由于O I 绕组的联接极性，使产生的磁通起去磁作用，因而减缓了扩大机输出电压的 上升速度。扩大机的电压上升越快，桥形稳定环节产生的电流越大，在OI控 制绕组上的去磁作用越强，对电压上升速度的抑制作用越强，从而达到了稳定系统、减小系统振荡的目的。同样理由，当扩大机的输出电压降低瞬间，稳定环节有减缓电压降低速度的作用。桥形稳定环节是利用发电机励磁绕组 的电感作用，而设置的扩大机输出电压的动态负反馈，所

16、以桥形稳定环节增 加了系统的阻尼作用，使不稳定的系统变为稳定的系统，使起动，反向、制 动过程平滑，有效地抑制系统的超调，减轻或消除系统的振荡现象，使系统 稳定运行。六) 制动时加入自消磁电路与欠补偿环节龙门刨采用二级停車制动，工作台停車时，按下停止按钮，断开OIII给定 电压，电压负反馈在OIII绕组中流过一个很大的反向电流,从而对发电机去磁, 使其端电压下降。由于直流电动机转速来不及变化，使电动机的反电动势大 于发电机端电压，电动机处于发电制动而迅速停車，KT延时闭合常闭触点未 闭合前，为第一级停車制动。为了防止主电动机在停车后的“爬行”现象， 在调速系统中还设有自动消除发电机剩磁的控制电路

17、，此为第二极制动， 2)自消磁电路这一电路是在给定信号切断的转速时，由于时间继电器KT的延时闭合常 闭触点(280- 0III2)自动延时(约0.9秒)接入之后，当主电动机的转速已 经制动到很低，其中触点(280- 0III2)是用来将发电机的剩磁电压的大部分 以负反馈方式接入扩大机制控制绕组0111,使扩大机反向励磁，从而输出与 原来极性相反的电压以抵消发电机中的剩磁，使发电机的剩磁电压迅速减小，起到自消磁的作用。ACR110WHa.B I AG图十 欠补偿环节2）欠补偿环节与此同时,T另一对延时闭合常闭触点270则将扩大机的电枢经电阻RT7短接，以构成扩大机的过度欠补偿电路。当按下停車按钮后，使流经扩大机 补偿绕组的电流被分流，补偿程度减弱，扩大机就处于过度的欠补偿状态， 端电压将迅速下降，从而有效地减小了扩大机的剩磁，加强了主电动机停车 后的稳定性。调节R7的阻值，可改变扩大机的补偿程度。如图十所示。