直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述(共11頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述題 目 直流電動(dòng)機(jī)電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 班 級(jí) 2011級(jí)1班 學(xué) 生 夏于洋 指導(dǎo)教師 杜軍 重慶交通大學(xué) 2015 年專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述摘要：隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的性能要求越來(lái)越高，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究越來(lái)越多。通過(guò)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的相關(guān)研究，對(duì)于國(guó)家地區(qū)的進(jìn)步起著至關(guān)重要的作用。本文通過(guò)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的相關(guān)研究進(jìn)行綜述，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)學(xué)者的進(jìn)一步研究提供一些啟示與幫助。關(guān)鍵詞：調(diào)速系統(tǒng)；直流電動(dòng)機(jī)；文獻(xiàn)綜述現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，幾乎無(wú)處不在使用電

2、力傳動(dòng)裝置。調(diào)速系統(tǒng)必不可免的成為了當(dāng)今電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。隨著生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高和產(chǎn)量的增長(zhǎng)，使得越來(lái)越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。對(duì)于自動(dòng)調(diào)速的系統(tǒng)有哪些？每種自動(dòng)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？國(guó)內(nèi)外對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展展望是什么？這是有這么一些問(wèn)題，本文帶著對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)研究進(jìn)行綜述。1 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究背景在自然界各種能源中，電能具有大規(guī)模集中生產(chǎn)、遠(yuǎn)距離經(jīng)濟(jì)傳輸、智能化自動(dòng)控制等突出特點(diǎn)，它不但成為人類(lèi)生產(chǎn)和活動(dòng)的主要能源，而且對(duì)近代人類(lèi)文明的產(chǎn)生和發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。與此相呼應(yīng)，作為電能生產(chǎn)、傳輸、使用和電能特性變化的核心裝備，電機(jī)在

3、現(xiàn)代社會(huì)所有行業(yè)和部門(mén)中也占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。在當(dāng)今社會(huì)，工業(yè)發(fā)展的腳步也一直沒(méi)有提留下來(lái)，然而現(xiàn)代話的工業(yè)生產(chǎn)中無(wú)不利用到直流電機(jī)。在工農(nóng)業(yè)中，直流電動(dòng)機(jī)作為它們的動(dòng)力系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而控制直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速也是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的一部分。眾所周知，在二十世紀(jì)的大部分年代中，由于直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，大部分高性能的調(diào)速控制都是由直流電動(dòng)機(jī)擔(dān)任著這個(gè)巨大的任務(wù)。到了現(xiàn)今的社會(huì)，直流電動(dòng)機(jī)的地位依然不可動(dòng)搖，研究直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展起著重要的作用。2 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)一直占據(jù)

4、著速度控制和位置控制的統(tǒng)治地位。從解放以來(lái)，我國(guó)直流電動(dòng)機(jī)制造工業(yè)有了很大的發(fā)展。在五十年代我國(guó)就有了全國(guó)統(tǒng)一的小型電動(dòng)機(jī)系列，并且不斷改進(jìn)，不斷的進(jìn)步。電動(dòng)機(jī)是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的，反過(guò)來(lái)，電動(dòng)機(jī)的發(fā)展也促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高。從19世紀(jì)末期起，電動(dòng)機(jī)就逐漸代替蒸汽機(jī)作為拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，雖然電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)變化不大，但是電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型增加了許多，在運(yùn)行性能，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面也都有了很大的改進(jìn)和提高，而且隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在一般旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ)上又發(fā)展出許多種類(lèi)的控制電動(dòng)機(jī)，控制電動(dòng)機(jī)具有高可靠性好精確度快速響應(yīng)的特點(diǎn)，已成為電動(dòng)機(jī)學(xué)科的一個(gè)獨(dú)立

5、分支。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，要求直流電動(dòng)機(jī)具有更高的動(dòng)態(tài)特性，較大的過(guò)載能力，更寬的調(diào)速范圍，較低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，不斷提高產(chǎn)品的可靠性，耐用性和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo);在某些場(chǎng)合則要求提高大型直流電機(jī)的單機(jī)功率;要求發(fā)展更多能適應(yīng)特種用途和在特殊環(huán)境條件下使用的專(zhuān)用直流電機(jī)?？v觀電機(jī)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，使用要求不斷提高，結(jié)構(gòu)類(lèi)型不斷增多，理論研究也不斷深入。特別是近30年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是超導(dǎo)技術(shù)的重大突破和新原理；新結(jié)構(gòu)；新材料；新工藝；新方法的不斷推動(dòng)，電機(jī)發(fā)展更是呈現(xiàn)出勃勃生機(jī)，其前景是不可限量的。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以

6、及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開(kāi)關(guān)功率元件進(jìn)行脈沖條款調(diào)制。隨著微機(jī)的不斷運(yùn)用，對(duì)于復(fù)雜的電機(jī)控制，則需要用微機(jī)控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角等，使電機(jī)按照給定的指令準(zhǔn)確工作。通過(guò)微機(jī)的控制可以使電機(jī)的性能得到很大的提升。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微機(jī)控制實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，是電氣傳動(dòng)發(fā)展的主要方向之一。從八十年代中后期開(kāi)始，全世界各大電氣公司都在競(jìng)相開(kāi)發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動(dòng)裝置，電流調(diào)速已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)很高的技術(shù)水平，功率元件采用可控硅，控制板采用表面安裝技術(shù)，控制方式采用電源換相、相位控制。特別是采用了微機(jī)及其他先進(jìn)的技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強(qiáng)大

7、的抗干擾能力，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。3 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法主要有三種：一是調(diào)壓調(diào)速（變電樞電壓，恒轉(zhuǎn)矩速）；二是調(diào)調(diào)磁調(diào)速（變勵(lì)磁電流，恒功率調(diào)速）；三是改變電樞回路電阻調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速，是指調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)端電壓使電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)運(yùn)行在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都平穩(wěn)。調(diào)速范圍也最大，從電機(jī)的始動(dòng)電壓可以調(diào)到額定電壓。調(diào)磁調(diào)速是用改變直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的技術(shù)，又稱(chēng)直流調(diào)磁調(diào)速。它是一種較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)控制的調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓和調(diào)磁時(shí)的調(diào)速特性：電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁愈弱，相同的負(fù)載變動(dòng)時(shí)其轉(zhuǎn)速變化也愈大。勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)磁調(diào)速特性曲線由于

8、直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于電樞回路的時(shí)間常數(shù)，因此，直流調(diào)磁調(diào)速的反應(yīng)速度也就不如調(diào)電樞電壓調(diào)速。這種調(diào)速法適用于對(duì)反應(yīng)速度要求不高，要求電動(dòng)機(jī)能在基速以上以及恒功率控制的場(chǎng)合，如紙張、帶材等加工機(jī)械的卷筒恒張力控制等。調(diào)磁調(diào)速也可與調(diào)電樞電壓調(diào)速相結(jié)合，構(gòu)成調(diào)壓調(diào)磁調(diào)速。改變電樞回路電阻調(diào)速就是通過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡(jiǎn)單易行、設(shè)備制造方便、價(jià)格低廉；但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟，不能得到較寬和平滑的調(diào)速性能。該法只適用在一些小功率且調(diào)速范圍要求不大的場(chǎng)合。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往是以調(diào)壓調(diào)速為主。直流調(diào)速系統(tǒng)憑借其優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、范圍寬、精度高、

9、過(guò)載能力大、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，能滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中各種不同的特殊運(yùn)行要求，所以在電氣傳動(dòng)中獲得了廣泛應(yīng)用。至今在金屬切削機(jī)床、軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙機(jī)等需要高調(diào)速性能的各類(lèi)可控電力拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械大多采用直流傳動(dòng)，直流調(diào)速到目前為止仍是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。4 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)分為有換向器和無(wú)換向器兩大種類(lèi)。最早的時(shí)候，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用的是恒定直流電壓給直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，通過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。這種采用恒定直流電壓的調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行、設(shè)備制造方面、價(jià)格低廉；但是效率低，機(jī)械特性軟，不能夠得到較寬和平滑的調(diào)速性能。該法只適合在一些小功率并且調(diào)速范

10、圍要求不大的場(chǎng)合下使用。三十年代末，才出現(xiàn)了能夠使電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能優(yōu)異的發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，才使得直流電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。這種調(diào)速方法可以獲得較寬的調(diào)速范圍、平滑的調(diào)速性能以及較少的轉(zhuǎn)速變化率。由于這種系統(tǒng)至少應(yīng)該包含兩臺(tái)與調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)。因而應(yīng)用這種調(diào)速方法存在的問(wèn)題也很多，比如：系統(tǒng)的重要很大，占地多，效率低，維修也很困難。為了克服這種困難，在二十世紀(jì)五十年代開(kāi)始采用水銀整流器作為可控變流裝置，用靜止的變流器取代了旋轉(zhuǎn)的變流機(jī)組，但是由于水銀對(duì)環(huán)境的污染很大，危害著人類(lèi)的健康，因而在五十年代末，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，由晶閘管整流器供電的直流電動(dòng)機(jī)

11、調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)取代了發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，他的調(diào)速性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。隨著大規(guī)模的集成電路出現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能也得到了很大的改善。更是隨著微機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，兩者的有機(jī)結(jié)合使電力拖動(dòng)控制產(chǎn)生了新的變化。微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和直流拖動(dòng)技術(shù)的組合是技術(shù)領(lǐng)域的交叉，具有廣泛的應(yīng)用前景。有不少的研究者己經(jīng)在用DSP作為控制器進(jìn)行研究。直流調(diào)速控制系統(tǒng)的控制方法經(jīng)歷了機(jī)械式的、雙機(jī)組式的、分立元件電路式的、集成電路式的、單片機(jī)式的發(fā)展過(guò)程。隨著數(shù)字信號(hào)處理器DSP的出現(xiàn)，給直流調(diào)速控制提供了新的手段和方法。將計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展成果運(yùn)用在直流調(diào)速系統(tǒng)中，是直流電動(dòng)

12、機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的精度、動(dòng)態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的主要的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下幾種：4.1 直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)今電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中運(yùn)用十分普遍的一種系統(tǒng)，對(duì)于要求較高的調(diào)速性能的各種生產(chǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)大多采用直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速就是最早的一種調(diào)速方式。直流開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)如圖1所示。直流電動(dòng)機(jī)電樞由三相晶閘管整流電路經(jīng)平波電抗器供電，并通過(guò)改變觸發(fā)器移相控制信號(hào)調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的輸出電壓實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速雖然具有較高的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向流通，這樣會(huì)給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。晶

13、閘管的另外一個(gè)問(wèn)題就是對(duì)于過(guò)電壓，過(guò)電流以及過(guò)高的電壓、電流變化都是十分的敏感，其中的任何一個(gè)指標(biāo)超出范圍以后都可能導(dǎo)致器件在很短的時(shí)間內(nèi)損壞，因此必須要設(shè)計(jì)安裝可靠地保護(hù)電流與散熱裝置，而且在選擇晶閘管時(shí)要留有合適的余量。再由于無(wú)功功率和諧波造成的“電力公害”對(duì)晶閘管可控整流也存在一定的影響，因此，晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于工業(yè)上的一些控制難以達(dá)到要求。圖1 直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)4.2 轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2是一個(gè)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)例，采用比例積分調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，采用電流截止負(fù)反饋來(lái)限制動(dòng)態(tài)過(guò)程的沖擊電流。為檢測(cè)電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流反饋信號(hào)。當(dāng)電流超過(guò)截止電流時(shí)

14、，高于穩(wěn)壓管VST的擊穿電壓，使晶體三極管VBT導(dǎo)通，則PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零，電力電子變換器UPE的輸出電壓急劇下降，達(dá)到限制電流的目的。圖2 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)眾所周知，穩(wěn)態(tài)誤差的大小是衡量一個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的重要指標(biāo)。在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中，其給定值是恒定的，因此，對(duì)于自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)態(tài)誤差主要是由于擾動(dòng)引起的。雖然在實(shí)際中引起擾動(dòng)的因素存在很多，但是對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最主要的擾動(dòng)是由于負(fù)載變化引起的。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)比開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能更好的克服擾動(dòng)，在于單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降。這主要是由于單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)它的一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。開(kāi)環(huán)機(jī)械特性上各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的晶閘管所給直流電動(dòng)機(jī)

15、的整流電壓為一恒定值，既不能隨著電樞電流的改變而自動(dòng)變化，當(dāng)電樞電流增大，電樞的壓降也增大，轉(zhuǎn)速也就只有下降，而閉環(huán)靜特性上各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的晶閘管所給直流電動(dòng)機(jī)的整流電壓不是一個(gè)恒定值，是一個(gè)隨著電樞電流增大（或減少）而相應(yīng)的提高（或降低）的，補(bǔ)償了電樞壓降的增大（或減小）。正是由于閉環(huán)系統(tǒng)具有隨著負(fù)載的變化而提供給電機(jī)的整流電壓也自動(dòng)變化的特點(diǎn)，才使得閉環(huán)系統(tǒng)相對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)具有更好地抗干擾能力。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)較之開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能自動(dòng)偵測(cè)到轉(zhuǎn)速信號(hào)，并把輸出信號(hào)的一部分拉回到輸入端，與輸入信號(hào)相比較，其差值作為實(shí)際的輸入信號(hào)；通過(guò)這樣自動(dòng)調(diào)節(jié)輸入量，來(lái)達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。但是對(duì)于那些要求動(dòng)態(tài)性能

16、較高的系統(tǒng)中，比如要求快速的起制動(dòng)，或者是突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小的這些情況中，單閉環(huán)系統(tǒng)就很難滿(mǎn)足要求。這是由于在單閉環(huán)系統(tǒng)中并不能隨心所欲地控制電流與轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。雖然在單閉環(huán)控制系統(tǒng)中，有電流截止負(fù)反饋模塊對(duì)電流進(jìn)行控制，但是它主要是當(dāng)電流超過(guò)了臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔脕?lái)限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。4.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再利用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。因從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看去，電流環(huán)在里面形成了內(nèi)環(huán)，而轉(zhuǎn)速環(huán)在外面形成了外環(huán)，所以稱(chēng)之為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

17、帶轉(zhuǎn)速反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)當(dāng)中最基本的形式，但它并沒(méi)有什么實(shí)用價(jià)值，因?yàn)檗D(zhuǎn)速的偏差只能夠控制電動(dòng)機(jī)的端電壓，沒(méi)有辦法對(duì)電樞電流進(jìn)行控制。因此，當(dāng)系統(tǒng)處于啟動(dòng)或者是輸入電壓處于大幅度變化之時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的電樞電流明顯突變，但是衰減又很緩慢。所以在實(shí)際生活中，除了對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制以外，還必須對(duì)電樞電流的狀態(tài)進(jìn)行控制。為了具有一個(gè)良好的性能，將轉(zhuǎn)速與電流兩種負(fù)反饋的作用進(jìn)行分開(kāi)，兩者之間實(shí)行串級(jí)連接，從而構(gòu)成轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)負(fù)反饋環(huán)節(jié)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)速度環(huán)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)的時(shí)候，電流環(huán)處于閉環(huán)狀態(tài)時(shí)，雙閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)電流恒定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用限幅的轉(zhuǎn)速偏差值

18、作為電流環(huán)的給定值，以實(shí)現(xiàn)最大電流限制。當(dāng)電流處于恒流狀態(tài)時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)的加速度為恒定值，轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，從而電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)也按線性增長(zhǎng)。而這個(gè)反電勢(shì)對(duì)應(yīng)于電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)擾動(dòng)，為了克服這種擾動(dòng)，保持電流恒定，電流調(diào)節(jié)器必須要具備積分功能。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相比于單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還具有更強(qiáng)的穩(wěn)速能力。主要是由于在實(shí)際中，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化之時(shí)，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，而電流環(huán)又具備維持電流不變的特性，因此，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等到它影響到轉(zhuǎn)速以后才反饋回來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而使得抗擾性得到了改善。4.4 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能夠正轉(zhuǎn)，又能夠反轉(zhuǎn)，而

19、且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說(shuō)，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)電機(jī)采用電力電子裝置供電時(shí)，由于電力電子器件的單向?qū)щ娦?，需要?zhuān)用的可逆電力電子裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且 還能正反向制動(dòng)，即待控直流電動(dòng)機(jī)具有四象限運(yùn)行特性。 那么就需要滿(mǎn)足條件：電動(dòng)機(jī)電樞電壓方向可變；電動(dòng)機(jī)電樞電流方向可變；根據(jù)電機(jī)理論，改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。因此，可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主要有兩種方式：一是電樞電壓反接可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；二是勵(lì)磁

20、電壓反接可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。運(yùn)用可逆直流電動(dòng)機(jī)，其產(chǎn)生的電流一定是連續(xù)的，電動(dòng)機(jī)在停止的時(shí)候具有微振電流，能夠消除靜摩擦死區(qū)，低速的時(shí)候平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍廣，在低速的時(shí)候，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍然較寬，有利于器件的可靠導(dǎo)通。但是利用可以直流調(diào)速系統(tǒng)，其中的開(kāi)關(guān)損耗大，而且容易發(fā)生橋臂上下直通，降低可靠性能。因此不允許兩組VT同時(shí)處于整理狀態(tài)，要求的控制電路非常的嚴(yán)格。這樣的系統(tǒng)適用于在那些要求頻繁、快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)上。4.5 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)為了獲得可調(diào)的直流電壓，利用電力電子器件的完全可控性，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成可變大小和極性的直流電壓作為電動(dòng)機(jī)的電樞

21、端電壓。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平滑調(diào)速，這種調(diào)速系統(tǒng)就稱(chēng)為直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。PWM的占空比決定輸出到直流電機(jī)的平均電壓. PWM不是調(diào)節(jié)電流的。PWM的意思是脈寬調(diào)節(jié),也就是調(diào)節(jié)方波高電平和低電平的時(shí)間比，一個(gè)30%占空比波形，會(huì)有30%的高電平時(shí)間和70%的低電平時(shí)間，而一個(gè)40%占空比的波形則具有40%的高電平時(shí)間和60%的低電平時(shí)間，占空比越大，高電平時(shí)間越長(zhǎng),則輸出的脈沖幅度越高，即電壓越高。如果占空比為0%,那么高電平時(shí)間為0,則沒(méi)有電壓輸出.如果占空比為100%,那么輸出全部電壓。 所以通過(guò)調(diào)節(jié)占空比,可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的,而且輸出電壓可以無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)。 PWM信號(hào)是一個(gè)矩形的方波，他的

22、脈沖寬度可以任意改變，改變其脈沖寬度控制控制回路輸出電壓高低或者做功時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。對(duì)于PWM調(diào)制的直流調(diào)速系統(tǒng)適用于在小功率場(chǎng)合，具有著晶閘管驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，PWM系統(tǒng)主電路線路簡(jiǎn)單，需要用的功率器件少；開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗級(jí)發(fā)熱都較?。坏退傩阅芎?，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。但是對(duì)于PWM控制的調(diào)速系統(tǒng)也會(huì)存在一些缺點(diǎn)，例如：電流的平均值為零,不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩,徒然增大電機(jī)的損耗。5 總結(jié)在眾多的調(diào)速系統(tǒng)之中，發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)其需要至少兩臺(tái)與調(diào)速系統(tǒng)容量相同的電機(jī)來(lái)進(jìn)行調(diào)速，并且其調(diào)速性

23、能并不能達(dá)到理想的狀態(tài)，對(duì)于它的使用現(xiàn)在的工業(yè)上已經(jīng)看不到它的身影了。然而對(duì)于開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不允許電流反向流通，會(huì)給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難，還存在著過(guò)電壓，過(guò)電流以及過(guò)高的電壓、電流變化對(duì)其造成的影響，所以在工業(yè)上的使用并不是很多。對(duì)于轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能很好的控制電流與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，所以現(xiàn)在大多數(shù)工業(yè)中采用的多是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在某些控制比較復(fù)雜，要求更高的情況下會(huì)采用PWM調(diào)速系統(tǒng)。在未來(lái)當(dāng)中，由于微機(jī)的發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速將會(huì)越來(lái)越多的結(jié)合微機(jī)技術(shù)，電力電子技術(shù)發(fā)展出動(dòng)態(tài)性能更好的調(diào)速系統(tǒng)，并且能夠承受更惡劣的工作環(huán)境條件，能夠通過(guò)對(duì)微機(jī)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)自動(dòng)的調(diào)節(jié)裝置，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控

24、制，使其轉(zhuǎn)速能夠時(shí)時(shí)滿(mǎn)足負(fù)載的需要，最大可能的節(jié)約資源?？s短電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，使電動(dòng)機(jī)能夠迅速的進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)。參考文獻(xiàn)1 陳伯時(shí). 電力拖動(dòng)制動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.72 洪乃剛. 電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1：156-1693 徐邦荃，李浚源，詹瓊?cè)A著.直流調(diào)速系統(tǒng)與交流調(diào)速系統(tǒng).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.8:16-434 王兆安,劉進(jìn)軍主編電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.55 胡壽松主編自動(dòng)控制原理北京：科學(xué)出版社，2013.36 張晶，曾憲云.基于MATLAB/SIMULINK

25、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模糊控制的建模與仿真.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，2002.27 閆哲峰.基于MATLAB的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能仿真研究.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.98 Zhi Liu,Bai Fen Liu. Robust Control Strategy for the Speed Control of Brushless DC Motor. School of Traffic and Transportation Engineering，Central South University，Changsha 400083，China；School of Electrical and Electronic Engineering，East China Jiaotong U