直流電機(jī)不可逆單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-26 04:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電設(shè)備，造成“電力公害”。 VM系統(tǒng)價格低廉，在對調(diào)速指標(biāo)要求不高的情況下，性能能滿足試驗要求，所以本次系統(tǒng)選用VM系統(tǒng)。系統(tǒng)原理圖見圖3。圖3 晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖中VT是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯出較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以上，其門極電流可以直接用電子控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將會大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。VM系統(tǒng)本質(zhì)上是帶R、L、E負(fù)載的晶閘管可控整流電路，結(jié)合分析和設(shè)計直流調(diào)速系統(tǒng)的需要，VM系統(tǒng)的主要問題可歸結(jié)為如下幾點：①觸發(fā)脈沖相位控制；②電流脈沖及其波形的連續(xù)與斷續(xù)；③抑制電流脈動的措施；④VM系統(tǒng)的機(jī)械特性；⑤晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。第2章 總體方案的論證比較 總體方案的設(shè)計對于直流電動機(jī)調(diào)速的方法有很多，而其各有它自己的優(yōu)點和不足。各種調(diào)速方法可大致歸納如下：（１）弱磁調(diào)速 通過改變勵磁線圈中的電壓Uf，使磁通量改變（Uf增大，磁通量增大；Uf增小，磁通量增?。?。特點：保持電源電壓為恒定的額定值，通過調(diào)節(jié)電動機(jī)的勵磁回路的勵磁電流大小，改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法屬于基速以上的恒功率調(diào)速的方法。在電流較小的勵磁回路內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此控制起來比較方便，功率損耗小，用于調(diào)節(jié)勵磁的電阻器功率小，控制方便且容易實現(xiàn)，而其更重要的是此方法可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但由于電動機(jī)的換向有限以及機(jī)械強(qiáng)度的限制，速度不能調(diào)節(jié)得太高，從而電動機(jī)的調(diào)速范圍也就受到了限制。（２）串聯(lián)電阻調(diào)速 即在電樞回路中串入一個電阻，其阻值的大小根據(jù)實際需要而定，使電動機(jī)特性變軟，特點：在保持電源電壓和氣隙磁通為額定值，在電樞回路中串入不同阻值的電阻時，可以得到不同的人為機(jī)械特性曲線，由于機(jī)械特性的軟硬度，即曲線斜率的不同，在同一負(fù)載下改變不同的電樞電阻可以得到不同的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)速的目的，屬于基速以下的調(diào)速方法。這種方法簡單，容易實現(xiàn)，而其成本較低，單外串電阻只能是分段調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)無級調(diào)速，而其電阻在一定程度上要消耗能量，功率損耗大，低速運行時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差，只能適應(yīng)對調(diào)速要求不高的中小功率型電動機(jī)。（３）調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速 電機(jī)降壓起動是為了避免高啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流峰值,減小電動機(jī)啟動過程的加速轉(zhuǎn)矩和沖擊電流對工作機(jī)械、供電系統(tǒng)的影響。特點：在保持他勵直流電動機(jī)的磁通為額定值的情況下，電樞回路不串入電阻，將電視兩端的電壓，即電源電壓降低為不同的值時，可以獲得與電動機(jī)固有機(jī)械特性相互平行的人為機(jī)械特性，調(diào)速 方向是基速以下，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實現(xiàn)電動機(jī)的無級平滑調(diào)速，而且低速運行時的機(jī)械特性基本保持不變。所以得到的調(diào)速范圍可以達(dá)到很高，而且能實現(xiàn)可逆運行。但對于可調(diào)的直流電源成本投資相對其他方法較高。又由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種的直流調(diào)壓方法，可分為如下兩種：1）使用晶閘管可控整流裝置的調(diào)速系統(tǒng)；2）使用脈寬調(diào)制的晶體管功率放大器調(diào)速系統(tǒng)?；谝陨系奶攸c，當(dāng)前有3種方法可供選擇。方案一：弱磁調(diào)速系統(tǒng)采用弱磁調(diào)速。由于弱磁調(diào)速方法的特點可以看出：功率損耗小，特別是用于調(diào)節(jié)勵磁的電阻器功率小，控制方便而其容易實現(xiàn)，更重要的是可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，為生產(chǎn)節(jié)約了生產(chǎn)成本。這是它的優(yōu)點，但同時要注意到弱磁調(diào)速方法難以實現(xiàn)低速運行，以及可逆運行。只能在基速以上運行，且電動機(jī)的換向能力以及機(jī)械強(qiáng)度的限制，速度不能調(diào)得太高，這就限制了它的調(diào)速范圍的要求，針對我們要設(shè)計的目標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)，速度要求在1500r/min，很明顯這種調(diào)速方法難以做到，必須要配合其他的控制方法才能實現(xiàn)，這樣成本將會升高，而且控制將會變得復(fù)雜，失去了弱磁調(diào)速本身所具有的優(yōu)點。方案二：串聯(lián)電阻調(diào)速系統(tǒng)采用串聯(lián)電阻調(diào)速。這種方法最大的優(yōu)點就是實現(xiàn)原理簡單，控制電路簡單可靠，操作簡便。這種調(diào)速屬于基速以下的調(diào)速方法，可以達(dá)到生產(chǎn)工藝對速度的要求。但它外串電阻只能是分段調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，而且電阻在一定程度上消耗能量，功率損耗比較大，低速運行時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生張力不平穩(wěn)，難以控制。方案三：調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)電樞電壓的調(diào)速方法。這種可以獲得與電動機(jī)的固有機(jī)械特性相平行的人為機(jī)械特性，調(diào)速方向是基速以下只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實現(xiàn)電動機(jī)的無級平滑調(diào)速，而且低速運行時的機(jī)械特性基本上保持不變所以得到的調(diào)速范圍可以達(dá)到很寬，而且可以實現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。鑒于以上對各種調(diào)速可行性方案的論述本，本系統(tǒng)將采用調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速方法以滿足生產(chǎn)工藝的要求?！≈麟娐贩桨傅恼撟C比較主電路主要是指電源裝置和執(zhí)行裝置（直流電動機(jī)），由于電動機(jī)是我們的控制對象，所以就對電源裝置進(jìn)行可行性和優(yōu)越性的比較論證。直流電動機(jī)的調(diào)速方法有兩種，具體為：1）使用脈沖寬度調(diào)制晶體管功率放大器，即采用PWM的調(diào)壓調(diào)速控制；2）使用晶閘管可控整流裝置調(diào)速。 PWM調(diào)壓調(diào)速方案電源裝置采用PWM調(diào)壓，其基本思想是：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加載到具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果相同。即慣性環(huán)節(jié)的輸出相應(yīng)是相同的。SPWM波形——脈沖寬度按照正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，可表示如下。圖4 用PWM波代替正弦波圖5 PWM調(diào)壓電路通過晶閘管的導(dǎo)通角的移相，改變觸發(fā)角，從而改變電壓的導(dǎo)通時間，改變電壓的平均值。電路如下：圖6 晶閘管可控整流裝置電路電路特點：電路直接由交流轉(zhuǎn)換為直流，所以效率比較高。其次，整流裝置時SRC，容量相對IGBT而言，比較大，電動機(jī)的容量就可以
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