滑差電機(jī)

1-原動機(jī) 2-工作氣隙 3-主軸 4-輸出軸 5-磁極 6-電樞

電磁調(diào)速異步電動機(jī)（滑差電機(jī)）

烘版機(jī)采用這種電動機(jī)調(diào)速后，能有效地控制膠膜厚度，操作十分方便。騎馬訂書機(jī)采用這種電動機(jī)調(diào)速，能夠根據(jù)書刊的要求相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而提高書刊裝訂質(zhì)量。

電磁調(diào)速異步電動機(jī)是由普通鼠籠式異步電動機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電機(jī)作為原動機(jī)使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵磁線圈勵磁電流的裝置。這里主要介紹電磁滑差離合器，圖2－19是其結(jié)構(gòu)示意圖。它包括電樞、磁極和勵磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱主動部分；磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負(fù)載軸上，俗稱從動部分。主動部分和從動部分在機(jī)械上無任何聯(lián)系。當(dāng)勵磁線圈通過電流時(shí)產(chǎn)生磁場，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對磁極。此時(shí)若電樞被鼠籠式異步電動機(jī)拖著旋轉(zhuǎn)，那么它便切割磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動部分的磁極便跟著主動部分電樞一起旋轉(zhuǎn)，前者的轉(zhuǎn)速低于后者，因?yàn)橹挥挟?dāng)電樞與磁場存在著相對運(yùn)動時(shí)，電樞才能切割磁力線。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場運(yùn)動的原理沒有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是：異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場則由勵磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場的作用。

滑差電機(jī)概述

由電磁調(diào)速異步電動機(jī)的工作原理知，電磁調(diào)速異步電動機(jī)的速度調(diào)節(jié)，可通過調(diào)節(jié)滑差離合器的勵磁電流來實(shí)現(xiàn)。下面介紹兩種調(diào)節(jié)滑差離合器勵磁電流的電路。

（1）用調(diào)壓器調(diào)速。在圖2－22中，是用調(diào)壓變壓器來改變勵磁電流的整流器電源電壓，以達(dá)到調(diào)速的目的。在此系統(tǒng)中，沒有速度負(fù)反饋，電機(jī)的機(jī)械特性較軟，一般可用于要求不高的調(diào)速差系統(tǒng)中。例如，制銅鋅版使用的無粉腐蝕機(jī)，膠印制版的烘版機(jī)等。

由于這種控制線路結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，所以在印刷機(jī)構(gòu)中仍有實(shí)用意義。在圖2－22中，TC是單機(jī)調(diào)壓變壓器，初級電壓220V，次級電壓為0－250V。整流元件是2CZ型硅二極管，型號的選擇應(yīng)根據(jù)離合勵磁線圈的功率或電流來確定。從電路圖可看出，只要改變調(diào)壓變壓器的次級電壓，就能改變整流輸出直流電壓，即改變滑差離合器勵磁電流，這樣就能調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

（2）速度負(fù)反饋電磁調(diào)速異步電動機(jī)控制電路。廣泛采用具有速度負(fù)反饋的滑差離合器的控制裝置，來實(shí)現(xiàn)寬范圍無級調(diào)速，它比起其它調(diào)速電動機(jī)來說，

滑差電機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)

具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

①交流無級調(diào)速，機(jī)械特性硬度較高；

②結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉；

③調(diào)速范圍大，用在像印刷機(jī)這樣的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，一般可達(dá)10：1，有特殊要求（如輪轉(zhuǎn)機(jī)）時(shí)亦可達(dá)50：1；

④可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。在現(xiàn)代化的聯(lián)合輪轉(zhuǎn)機(jī)中，都應(yīng)用了自動化的紙張拉緊機(jī)械，它可以達(dá)到隨著卷筒紙直徑的變化，調(diào)節(jié)離合器的轉(zhuǎn)矩經(jīng)保持拉力不變。

滑差電機(jī)組成及原理

下面以ZLK－10型調(diào)速裝置為例，說明電磁調(diào)速異步電動機(jī)的調(diào)速線路的組成及其工作原理。

它由給定電壓、速度負(fù)反饋、放大器、觸發(fā)電路、可控硅(晶閘管）整流等環(huán)節(jié)組成下面對它的基本環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。

①給定電壓環(huán)節(jié)。給定電壓環(huán)節(jié)起始于變壓器TC副邊5端、6端間的繞組。24V的交流電壓經(jīng)VD2、整流并經(jīng)C2、R2、C3濾波和VZ穩(wěn)壓，得到16V的直流電壓。最后由R5和RP4“定速”檔的轉(zhuǎn)速?！斑\(yùn)轉(zhuǎn)”、“定速”由中間繼電器KA3控制。

②轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)。ZLK－10自動調(diào)速系統(tǒng)是采用三相交流測速發(fā)電機(jī)BR對轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣。所得交流經(jīng)VD8－VD13整流和C8、R13、RP2、RP3濾液后，得到反饋電壓，經(jīng)過R8傳至放大器的輸入端。由于不同測速發(fā)電機(jī)靈敏度之間存在差異，所以采用RP2對反饋電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速表PV的刻度值依靠RP3調(diào)節(jié)。電容器C7用于減輕反饋電壓的脈動，有利于調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的提高。

③放大器。放大器是以晶體管V2為核心組成。二極管VD4、VD5、VD6用作雙向限幅保護(hù)，以避免V2的發(fā)射結(jié)承受過高的電壓。給定電壓與轉(zhuǎn)速反饋電壓通過電阻R6、R7和R8進(jìn)行組合，形成輸入信號，其值正比于上述兩個電壓之差。這個差值經(jīng)V2放大后可影響V2的集電極電位，對單結(jié)晶體管觸發(fā)脈沖形成電路進(jìn)行控制。

④觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的電源是由V1、VD3、R4與變壓器TC的6、7繞組組成。TC的6、7端輸出3V交流電壓，當(dāng)為負(fù)半周期時(shí)，V1截止，V1集射極間電壓為16V，如圖2-25b所示；當(dāng)7．6端輸出為正半周期時(shí)，經(jīng)VD3整流后加到V1的集射極上使V1飽和導(dǎo)通，Vcel=0，放大器與觸發(fā)電路不能工作，如圖2-25b所示。

由V3和R11組成的恒流源，再加上電容器C6，能產(chǎn)生鋸齒波用作移相，如圖2-25c所示。其原理是這樣的：設(shè)V3和R11恒流源的恒定電源是I0，恒定電流向C6充電，Uc6=1/C6∫t0Iodt，使C6上的電壓上升，當(dāng)上升到單結(jié)管VU的峰值時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通C6放電。放電到VU的谷值時(shí)又重新充電。而恒定電流I0的大小又受放大器V2輸出電壓的控制。如當(dāng)V2的輸入電壓增大，V3的基極電壓就降低，V3更加導(dǎo)通，V3集電極電流I0增大，這樣充放電速度加快，可控硅觸發(fā)提前，如圖2-25d所示，導(dǎo)通角增大，導(dǎo)致勵磁電壓增大，如圖2-25e所示；同理V2的輸入電壓減小時(shí)，I0減小，導(dǎo)致導(dǎo)通角減小，勵磁電壓減小?？梢娸斎腚妷旱拇笮】梢钥刂瓶煽毓璧挠|發(fā)時(shí)刻。

觸發(fā)器最終在VU的第一基極通過脈沖變壓器TV輸給晶閘管的控制極。二極管VD7用以短路負(fù)脈沖，防止可控硅因控制極出現(xiàn)負(fù)脈沖而擊穿。

⑤可控硅整流電路。該系統(tǒng)采用可控硅單相半波整流電路，波形如圖2－25e所示。整流電路的輸出控制轉(zhuǎn)差離合器的勵磁線圈來產(chǎn)生勵磁電流并最終影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖中R1、C1和熱敏電阻RV均對可控硅有過壓保護(hù)作用。VD1為續(xù)流二極管，其作用是，正半周時(shí)由于可控硅導(dǎo)通而使離合器工作；負(fù)半周時(shí)可控硅不導(dǎo)通，勵磁線圈產(chǎn)生的反向電動勢可經(jīng)過VD1形成放電回路，使線圈中的電流連續(xù)，從而使離合器工作穩(wěn)定。

綜合上述，當(dāng)ZLK－10自動調(diào)速系統(tǒng)處于“運(yùn)轉(zhuǎn)”狀態(tài)，也就是調(diào)速狀態(tài)時(shí)，通過調(diào)節(jié)電位器RP4改變電壓給定環(huán)節(jié)的電壓，來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。例如調(diào)節(jié)RP4使給定電壓Uf增大，這時(shí)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)給出的電壓U－保持不變，輸入到V2的電壓△U增加，由V3和11出增大，滑差離合器的勵磁電流增大，最終電動機(jī)轉(zhuǎn)速變快。調(diào)速過程如下：

Uf↑→△U↑→Uc充電加快→Ug觸發(fā)提前→If↑→n↑

當(dāng)ZLK－10調(diào)速系統(tǒng)置于“定速”狀態(tài)，也就是穩(wěn)速狀態(tài)時(shí)，通過調(diào)速系統(tǒng)可以穩(wěn)定由于負(fù)載RL變化而引的轉(zhuǎn)速變化。例如當(dāng)負(fù)載變小時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速將變快，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電路給出的電壓U－將增大，經(jīng)過R6、R7、R8給出的比較電壓△U將減小，這樣C6充電速度變慢，單機(jī)轉(zhuǎn)速變慢。經(jīng)過這樣的所饋過程將使電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本不變。穩(wěn)速過程如下：

RL→n↑→U－△U↓→Uc充電變慢→Ug觸發(fā)滯后→If↓→n↓2100433B

該電動機(jī)與轉(zhuǎn)運(yùn)慣量較大的工作機(jī)械之間裝有滑差離合器，起動時(shí)可以逐漸增加電流，能很平滑地起動。

在阻力較大的拖動系統(tǒng)中，例如J2203膠印機(jī)，電動機(jī)往往不能帶負(fù)載直接起動，這時(shí)可在起動前先斷開離合器的勵磁電源，使鼠籠電動機(jī)先空載起動，然后再接上勵磁電源就可起動了。

帶有速度負(fù)反饋的電磁調(diào)速異步電動機(jī)的主要缺點(diǎn)是：在空載或輕載（小于10%額定轉(zhuǎn)矩）時(shí)，由于反饋不足，會造成失控現(xiàn)象；所以此電機(jī)適用于長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)和短時(shí)間低速運(yùn)轉(zhuǎn)。為適應(yīng)印刷機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的需要，在采用電磁調(diào)速異步電動機(jī)作主驅(qū)動的印刷機(jī)中往往再配裝一臺三相異步電動機(jī)作為低速電機(jī)使用。

電磁滑差離合器的機(jī)械特性可近似地用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示：

n=n0-KT2/I4f

式中：n0－離合器主動部分（鼠籠電動機(jī)）的轉(zhuǎn)速；

n－離合器從動部分（磁極）的轉(zhuǎn)速；

If－勵磁電流；

K－與離合器結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)；

T－離合器的電磁轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與離合器的電磁轉(zhuǎn)矩相等。由上述公式可知：

（1）當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，勵磁電流If的大小決定從動部分轉(zhuǎn)速的高低，勵磁電流愈大，轉(zhuǎn)速愈高；反之，勵磁電流愈小，轉(zhuǎn)速就愈低。根據(jù)這一特性，可以利用電氣控制電路非常方便地調(diào)節(jié)從動部分的轉(zhuǎn)速。

（2）當(dāng)勵磁電流一定時(shí)，從動部分轉(zhuǎn)速將隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加而急劇降低，并且這種下降在弱勵磁電流的情況下更加嚴(yán)重，如圖2-20a所示，它具有較軟的機(jī)械特性，這種軟的機(jī)械特性在許多情況下，不能滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。為了獲得范圍較廣，平滑而穩(wěn)定的的調(diào)速特性，通常采用速度負(fù)反饋的措施，使電磁滑差離合器具有如圖2-20b所示的硬機(jī)械特性。

圖2－21為帶有速度負(fù)反饋的電磁調(diào)速異步電動機(jī)原理框圖。它是利用測速發(fā)電機(jī)把離合器的輸出速度n換成交流電壓U－，再經(jīng)整流器變成直流電壓U－。將U－送入比較元件，與給定直流勵磁電壓Uf進(jìn)行比較。得電壓差△Uf－U－。所以輸入離合器的勵磁電流If不是正比于勵磁電壓Uf，而是正比于電壓△U。由于U～（U－）的大小與轉(zhuǎn)速n有關(guān)，n增大，U～（U－）變大。n減小，U～（U－）變小。因此，在給定直流勵磁電壓Uf有變情況下，輸入的勵磁電流If的大小與轉(zhuǎn)速n有關(guān)，即隨著n的下降或上升，勵磁電流If將自動增加或減小，由于負(fù)反饋的作用，提高了電磁離合器機(jī)械特性的硬度，這時(shí)調(diào)速的參數(shù)不再是電流If將自動增加或減小，由于負(fù)反饋的作用，提高了電磁離合器機(jī)械特性的硬度，這時(shí)調(diào)速的參數(shù)不再是電流If而是電壓Uf。顯然，給定勵磁電壓Uf愈高，則轉(zhuǎn)速n愈高；反之則轉(zhuǎn)速愈低，如圖2-20b所示。

從圖中可以看出：在空載或輕載（小于10%額定轉(zhuǎn)矩）時(shí)，由于反饋量不足，會造成失控現(xiàn)象，此外，在調(diào)速時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速降低，離合器的輸出功率和效率也相應(yīng)地按比例下降。

葉輪給煤機(jī)頻發(fā)性故障及原因分析

1.1 滑差電機(jī)軸承損壞

滑差電機(jī)由拖動電機(jī)（交流三相異步電動機(jī)）、無滑環(huán)滑差離合器和測速發(fā)電機(jī)組成，測速發(fā)電機(jī)與滑差離合器輸出軸共軸。由于縫隙煤槽處（俗稱地溝）工作環(huán)境差，粉塵污染較大，加之滑差電機(jī)外殼為鼠籠狀，未密封，煤塵直接從鼠籠的縫隙進(jìn)入滑差離合器內(nèi)，經(jīng)常造成軸承卡死甚至損壞。

1.2 調(diào)速不可靠

該滑差電動機(jī)離合器的勵磁電源，采用可控硅整流電源供電，使之實(shí)現(xiàn)寬幅無級調(diào)速。為了提高滑差電機(jī)的抗干擾性能，在可控硅控制回路中采用速度負(fù)反饋及電壓微分負(fù)反饋電路的反饋系統(tǒng)。

同樣因?yàn)榉蹓m污染較大，煤塵從接線盒進(jìn)入測速發(fā)電機(jī)，造成測速反饋電路的反饋信號失真，從而直接影響了調(diào)速的準(zhǔn)確性和可靠性，給運(yùn)行人員控制給煤量帶來很大的困難，同時(shí)也對配煤質(zhì)量造成影響。

此外，還經(jīng)常發(fā)生測速發(fā)電機(jī)因被煤粉卡死而燒壞事故。

1.3 動力電源易缺相、斷相

葉輪給煤機(jī)供電方式是滑觸線，其動力電源是利用集電器從滑觸線上取得。因滑觸線導(dǎo)線裸露，受環(huán)境影響（粉塵、潮濕）大，加之行車軌道變形等因素，導(dǎo)致集電器刷與滑觸線接觸不良，而且集電器易脫落，造成給煤機(jī)動力電源缺相、斷相，多次發(fā)生拖動電機(jī)燒壞的事故。

葉輪給煤機(jī)、防范措施

2.1 加強(qiáng)對縫隙煤槽的粉塵治理

在縫隙煤槽處采用可靠的SMZ綜合除塵技術(shù)（即水噴霧 密封 LZZ型扁布袋除塵器）。為全面消除撥煤及落煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵，在加強(qiáng)對葉輪給煤機(jī)導(dǎo)料槽等處的密封的同時(shí)，將除塵器和水泵安裝在葉輪給煤機(jī)上，在縫隙煤槽下部的梁上安裝水槽，除塵器和水泵隨著葉輪給煤機(jī)的移動而移動，從而實(shí)現(xiàn)了在縫隙煤槽全段范圍內(nèi)的除塵和水噴霧，使其粉塵濃度大大降低，改善了工作環(huán)境。

2.2 將滑差調(diào)速改為變頻調(diào)速

由于滑差電機(jī)在運(yùn)行中存在啟動電流大、不能長時(shí)間低速運(yùn)轉(zhuǎn)、滑差離合器和測速發(fā)電機(jī)部分易損并影響調(diào)速的可靠性等缺點(diǎn)，而且滑差電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，檢修起來比較困難，故改用調(diào)速范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定、維修操作方便的變頻調(diào)速替代滑差調(diào)速。我廠采用日本三菱電機(jī)株式會社生產(chǎn)的FR-A500型變頻調(diào)速器，其變頻調(diào)速范圍為11～50 Hz。

2.3 供電方式從滑觸線改為拖纜

為提高供電可靠性，將滑觸線供電改為拖纜供電，動力電源直接從拖纜送到電機(jī)，減少了中間環(huán)節(jié)（集電器），從根本上消除了因集電器與滑觸線接觸不良以及集電器脫落帶來的電源缺相、斷相而造成的拖動電機(jī)燒壞事故。

以上改進(jìn)后，葉輪給煤機(jī)運(yùn)行可靠性有了很大提高，故障率大大降低，檢修工作量相應(yīng)減少，運(yùn)行操作起來也比較簡單。

總之，普通型開啟式滑差電機(jī)經(jīng)以上防腐的絕緣改造后，能安全運(yùn)行一個檢修周期(一年)，特別是勵磁線圈已基本過關(guān)，大檢修時(shí)，只要清洗干凈，烘焙一下就可使用。經(jīng)幾年的運(yùn)行，證明這種改造是可行的，對連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)起到保證作用 。