直流电机不可逆单闭环调速控制系统课程设计(编辑修改稿)

直流电机不可逆单闭环调速控制系统课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

性上都有很大提高，而且在技术性能上也显出较大的优越性。 晶闸管可控整流器的功率放大倍数在 以上，其门极电流可以直接用电子控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。 在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级， 这将会大大提高系统的动态性能。 VM系统本质上是带 R、 L、 E负载的晶闸管可控整流电路，结合分析和设计直流调速系统的需要， VM 系统的主要问题可归结为如下几点：①触发脉冲相位控制；②电流脉冲及其波形的连续与断续；③抑制电流脉动的措施；④ VM系统的机械特性；⑤晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。 12 第 2 章 总体方案的论证比较 总体方案的设计 对于直流电动机调速的方法有很多，而其各有它自己的优点和不足。 各种调速方法可大致归纳如下： （１） 弱磁调速 通过改变励磁线圈中的电压 Uf，使磁通量改变 （ Uf增大，磁通量增大； Uf增小，磁通量增小）。 特点： 保持电源电压为恒定的额定值，通过调节电动机的励磁回路的励磁电流大小，改变电动机的转速。 这种调速方法属于基速以上的恒功率调速的方法。 在电流较小的励磁回路内进行调节，因此控制起来比较方便，功率损耗小，用于调节励磁的电阻器功率小，控制方便且容易实现，而其更重要的是此方法可以实现无级平滑调速，但由于电动机的换向有限以及机械强度的限制，速度不能调节得太高，从而电动机的调速范围也就受到了限制。 （２） 串联电阻调速 即在电枢回路中串入一个电阻，其阻值的大小根据实际 需要而定，使电动机特性变软， 特点： 在保持电源电压和气隙磁通为额定值，在电枢回路中串入不同阻值的电阻时，可以得到不同的人为机械特性曲线，由于机械特性的软硬度，即曲线斜率的不同，在同一负载下改变不同的电枢电阻可以得到不同的转速，以达到调速的目的，属于基速以下的调速方法。 这种方法简单，容易实现，而其成本较低，单外串电阻只能是分段调节，不能实现无级调速，而其电阻在一定程度上要消耗能量，功率损耗大，低速运行时转速稳定性较差，只能适应对调速要求不高的中小功率型电动机。 （３） 调节电枢电压调速 电机降压起动是为了避 免高启动转矩和启动电流峰值 ,减小电动机启动过程的加速转矩和冲击电流对工作机械、供电系统的影响。 13 特点： 在保持他励直流电动机的磁通为额定值的情况下，电枢回路不串入电阻，将电视两端的电压，即电源电压降低为不同的值时，可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速 方向是基速以下，属于恒转矩调速方法。 只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级平滑调速，而且低速运行时的机械特性基本保持不变。 所以得到的调速范围可以达到很高，而且能实现可逆运行。 但对于可调的直流电源成本投资相对其他方法较高。 又由于电力电 子技术的发展，出现了各种的直流调压方法，可分为如下两种： 1）使用晶闸管可控整流装置的调速系统； 2）使用脉宽调制的晶体管功率放大器调速系统。 基于以上的特点，当前有 3种方法可供选择。 方案一： 弱磁调速 系统采用弱磁调速。 由于弱磁调速方法的特点可以看出：功率损耗小，特别是用于调节励磁的电阻器功率小，控制方便而其容易实现， 更重要的是可以实现无级平滑调速，为生产节约了生产成本。 这是它的优点，但同时要注意到弱磁调速方法难以实现低速运行，以及可逆运行。 只能在基速以上运行，且电动机的换向能力以及机械强度的限制，速度不能调得太高，这就限制了它的调速范围的要求，针对我们要设计的目标调速系统，速度要求在 1500r/min，很明显这种调速方法难以做到，必须要配合其他的控制方法才能实现，这样成本将会升高，而且控制将会变得复杂，失去了弱磁调速本身所具有的优点。 方案二： 串联电阻调速 系统采用串联电阻调速。 这种方法最大的优点就是实现原理简单，控 制电路简单可靠，操作简便。 这种调速属于基速以下的调速方法，可以达到生产工14 艺对速度的要求。 但它外串电阻只能是分段调节，不能实现无级平滑调速，而且电阻在一定程度上消耗能量，功率损耗比较大，低速运行时转速稳定性差，容易产生张力不平稳，难以控制。 方案 三： 调节电枢电压调速 系统采用调节电枢电压的调速方法。 这种可以获得与电动机的固有机械特性相平行的人为机械特性，调速方向是基速以下只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级平滑调速，而且低速运行时的机械特性基本上保持不变所以得到的调速范围可以达到很宽，而且可以实现 电动机的正反转。 鉴于以上对各种调速可行性方案的论述本，本系统将采用调压调速的调速方法以满足生产工艺的要求。 主电路方案的论证比较 主电路主要是指电源装置和执行装置（直流电动机），由于电动机是我们的控制对象，所以就对电源装置进行可行性和优越性的比较论证。 直流电动机的调速方法有两种，具体为： 1）使用脉冲宽度调制晶体管功率放大器，即采用 PWM 的调压调速控制； 2）使用晶闸管可控整流装置调速。 PWM 调压调速方案 电源装置采用 PWM 调压，其基本思想是：冲量相等而形状不同的窄脉冲加载到具有惯 性的环节上时，其效果相同。 即惯性环节的输出相应是相同的。 SPWM波形 —— 脉冲宽度按照正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形，可表示如下。 15 图 4 用 PWM 波代替正弦波 图 5 PWM 调压电路 通过晶闸管的导通角的移相，改变触发角，从而改变电压的导通时间，改变电压的平均值。 电路如下： 图 6 晶闸管可控整流装置电路 16 电路特点： 电路直接由交流转换为直流，所以效率比较高。 其次，整流装置时 SRC，容量相对 IGBT 而言，比较大，电动机的容量就可以做的相对较大，可靠性也比较高，技术成熟等优点。 设计的对象电机的容量是 3KW，可以很好地满足容量的要求，再次，触发电路也比较简单，有现成的集成触发电路，设计起来相对简单。 不过由于也存在正反两组的问题，所以也要考虑逻辑控制问题，以免发生环路导通短路事故。 综上所述，综合考虑比较两者的优点，可调电源电路采用后者，使用晶闸管可控整流装置调压调速。 控制电路方案的论证比较 ： 对电动机转速的控制调节方法有几种控制方法： （ 1）才用单闭环的速度反馈调节加上电流截止负反馈的方法； （ 2） 采用双闭环的速度、电流反馈控制调节方法。 方案论证： 1) 采用才用单闭环的速度反馈调节加上电流截止负反馈的方法，能实现比较方便，快捷，成本低，而且系统调试等简单。 但是此方法又有其缺点，在启动过程总系统是非线性的，而且。