非独立控制励磁的调速系统的研究毕业论文(编辑修改稿)

非独立控制励磁的调速系统的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

占有整个电 力拖动容量的 80%的不变速拖动系统都是采用的交流电动机，而只占20%的高控制性能可调速的电力拖动系统采用的是直流电动机。 这几乎已经成为一种举世公认的格局。 交流调速系统的调速方案虽然早已有多种发明并得到了实际应用，但由于其调速性能始终无法与直流调速系统相匹配，所以一直没有在高控制性能的调速中得以使用。 但近年来，随着电子工 业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。 但作为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作原理，并加深对自动控制原理的理解这是十分有意义的。 第二章 弱磁控制的直流电机的特性 弱磁控制的直流调速系统 弱磁调 速的概念 在直流电机理论中，改变直流电机转速的方法，有改变电枢电压调速，还有就是减小励磁电流、减弱主极磁通 Φ 调速； 在直流电机机械特性里，经常提到弱磁飞车事故，就是当励磁电流为零时，即主极磁通 Φ 弱磁时，电机的转速会非常高，出现不可 控的局面； 在变频器对异步电机的调速中，当变频器的输出频率高于电 机额定频率时，电机铁芯磁通 Φ 开始减弱，电机转速高于额定转速，此时我们称电机进入弱磁调速。 “电机空载运行，弱磁区的电流比低速的还小 ” 电机空载时，电流主要是励磁电流，也有要克服转子空转时的摩擦阻力做功的转矩电流； 当电源频率 f 升高时，同步转速升高，转子转差率 S 增大，转子电流增大，转矩增大加速； 当电源频率 f 升高时，同步转速升高，定子绕组端电压不变，根据电势平衡方程式，磁通 Φ 减弱； 2 和 3 都说明电流增大，才有转矩增 大加速； 由 于电机低速空转与高速空转相比，高速运转所需的转矩要大，电流要大。 直流电机弱磁调速系统原理图（如图图 1 所示） 图 他励直流电动机的机械特性 他励 直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系： )f(Tn em。 由电机的电路原理图可得机械特性的表达式： 实际空载转速 02Tee0 TΦCC RΦC Un  ， 直流电机的机械特性如图图 2 所示。 当 aNN RR,ΦΦ,UU  时的机械特性称为固有机械特性： 图 由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。 减弱励磁磁通时的人为特性 ： 039。 n0nNnnemT0T2 eme e T0 e mURnTC Φ CC Φn β T2aN eme e TRUnTC Φ CC ΦNT2aN eme N e T NRUnTC Φ CC Φ 保持 Na UU,RR  不变，只改变励磁回路 磁通时 的人为特性： 如图图3 所示。 图 3 .直流电机在变磁通后的人为特性 弱磁升速： 减弱磁通后，理想空载转速上升 , 曲线的斜率值增大。 如图 图 4 所示， 磁场越弱，转速越高。 因此电机运行时励磁回路不能开路。 图 电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。 起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为 ： st T stNstaTCΦIUI R 起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。 一般直流电动机不允许直接起动。 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。 评价调速的指标 A． 调速范围 ： m inm a x nnD  B． 静差率（相对稳定性） 静差率 指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。 %100nΔn%100n nn%δ0N0N0  δ %越小，相对稳定性越好；δ %与机械特性硬度和 n0有关。 δ)(1ΔnδnΔnδΔnnΔnnnnnDNm a xNNm a xNm i n0m a xm i nm a x D与δ %相互制约 :δ越小 ,D越小 ,相对稳定性越好。 在保证一定的δ指标的前提下 ,要扩大 D,须减少Δ n,即提高机械特性的硬度。 C． 调速的平滑性 在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。 相邻两级转速之比，为平滑系数  越接近 1，平滑性越好，当 1 时，称为无级调速，即转速可以连续调节。 调速不连续时，级数有限，称为有级调速。 第三章 非独立控制励磁的调速系统 弱磁与电枢电压控制的结合 在实际的调速系统中，调节他励电动机的转速， 除了调节励磁磁通外，还可以调节电枢电压，调节电枢电压只能从额定转速往下调，实现恒转矩调速。 在保持电枢电压为额定电压的情况下，减弱磁通 只能从额定转速向上调，实现恒功率调速。 由于弱磁调速的允许范围有限，当负载要求调速范围较宽时，通常采用调压和弱磁联合调速方案。 非独立控制励磁的调速系统的设计 针对于他励直流电机的调速结构，考虑到将调压和弱磁结合，实现非独立控制励磁的调速系统。 设计思路 非独立控制励磁的调速系统的调压和弱磁是用一个电位计来控制的，其电枢回路和励磁回路 是通过反电势调节器 ET 连接在一起的。 励磁控制回路采用两个调节器，按照串级连接方式分别构成反电势调节环和激磁磁通调节环。 激磁磁通调节环是内环，反电势调节环是外环。 为了实现反电势和激磁磁通的无静差调节，所以两个调节器均采用 PI 调节器。 本次设计的系统框图 如图图 5 所示。 9 0速度给定电位器U g n电势给定电位器U f n。