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【正文】 ng about 5 Percent drop in speed from no load to full load． Starting torque and maximum torque are limtted by the armature current that can be mutated successfully. An outstanding advantage of the shunt motor is ease of speed contol． With a rheostat in the shunt— field circuit ,the field current and flux per pole can be varied at will， and varlation of flux causes the inverse variation of speed to maintain counter e． m． f． approximately equal to the impressed terminal voltage． A maximum speed range of about 4 to 5 can be obtained by this method， the limitation being mutating condtions． By variation of the impressed armature voltage， very wide speed ranges can be obtained． 15 In the series motor， increase in load is acpanied by incrlase in the armature current and m． m． f． and the stator field flux(provided the iron is not pletely saturated)． Because flux increases with load， speed must drop in order to maintain the balance belween impressed voltage and counter e. m． f． 。 more over， the increase in armature currt caused by increas torque is smaller than in the shunt motor bccause of the increased flux． The series motor is therefore a varying peed motor with a markedly drooPing speed— load characteristic ． For applications requiring heavy torque overloads ， this characteritic is particu1arly advantageous because the corresponding power overloads are held to more reasonable values by the associated speed drops． Very favoralle starting characteristics also resuIt from the increase in fIux with increased armature current． In the pound motor the series field may be connected either cumulatively， so that its m． m． f． adds to that of the shunt field， or differentially so that it oppose6d． The differencial connection is very rarely used． A cumulatively pounded motor has speed 一 load characteristic intermediate between those of a shunt and a series motor， the drop of speed with load depending on the relative number of ampere— turns in the shunt and sefies fields． it does not have the disadvantage of very high light— load speed associated with a series motor,but it retains to a considerable degree the advantages of series excitation． The application advantages of DC machines lie in the vafiety of performance characteristics offered by the possibilities 0f shunt,series， and pound excitaion . Some of these characteristics have been touched upon briefly in this article． Still greater possibilities exist if additional sets of brushes are added so that other voltages can be obtained from the mutotor． Thus the versatility of DC machine systems and their adaptability 16 to control， both manual and automatic， are their outsanding features． 直流調(diào)速系統(tǒng)概述 直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看，就是通過改變電 動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。調(diào)速通常通過給定環(huán)節(jié)，中間放大環(huán)節(jié)，校正環(huán)節(jié)，反饋環(huán)節(jié)和保護(hù)環(huán)節(jié)等來實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能自動(dòng)校正與給定轉(zhuǎn)速的偏差的調(diào)速系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要受到負(fù)載波動(dòng)及電源電壓波動(dòng)等外界擾動(dòng)的影響。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能自動(dòng)的校正與給定轉(zhuǎn)速的偏差，不受負(fù)載及電網(wǎng)電壓波動(dòng)等外界擾動(dòng)的影響，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終與給定轉(zhuǎn)速保持一致的調(diào)速系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。這是由于閉環(huán)控制系統(tǒng) 具有反饋環(huán)節(jié)。電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和信息裝置三部分組成。它能按照規(guī)定的指令，及時(shí)的控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向、位置、速度和加速度等，以滿足工作機(jī)械及生產(chǎn)過程的要求。隨著電機(jī)、傳感器、控制器件、變流技術(shù)和控制理論的發(fā)展，電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展。目前，所用電機(jī)的單機(jī)容量從幾百瓦發(fā)展到數(shù)萬千瓦，變流設(shè)備從旋轉(zhuǎn)式電機(jī)變流機(jī)組發(fā)展到大功率晶閘管靜止變流裝置，中小功率自關(guān)斷器件靜止變頻裝置；控制單元從模擬量觸發(fā)器、調(diào)節(jié)器、給定積分器發(fā)展到以微處理器芯片為核心的交、直流通用的數(shù)字量控制 模塊；系統(tǒng)的控制方式從手動(dòng)操作的開關(guān)控制發(fā)展到閉環(huán)多參量控制；電氣傳動(dòng)以從單純的調(diào)速系統(tǒng)擴(kuò)展為實(shí)現(xiàn)位置、速度、加速度控制的運(yùn)動(dòng)控制中的重要分支?？傊?，現(xiàn)代電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)業(yè)已發(fā)展成為全新的電氣傳動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)。 直流調(diào)速的優(yōu)點(diǎn) 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高 17 層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看 ，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動(dòng)裝置之一。廣泛地應(yīng)用于軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切削機(jī)床等許多領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，如晶體管、各種線性運(yùn)算電路等，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因?yàn)樵菀桌匣驮谑褂弥幸资芡饨绺蓴_影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，從而致使 系統(tǒng)的運(yùn)行特性也隨之變化，故系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理如圖 21。由圖可見，該系統(tǒng)有兩個(gè)反饋回路，構(gòu)成兩個(gè)閉環(huán)回路，（故稱雙閉環(huán)）。其中一個(gè)是由電流調(diào)節(jié)器 LT 和電流檢測 — 反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成的電流環(huán)，另一個(gè)是由速度調(diào)節(jié)器 ST 轉(zhuǎn)速檢測 — 反饋 環(huán)節(jié)構(gòu)成的速度環(huán)。由于速度環(huán)包圍電流環(huán)，因此稱電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，（又稱 副環(huán)），稱速度環(huán)為外環(huán)（ 又 有稱主環(huán)）。在電路中，ST 和 LT 實(shí)行串級聯(lián)接，即由 ST 去“驅(qū)動(dòng)” LT，再由“ LT”去“控制”觸發(fā)電路 。圖中速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均為比例加積分（ＰＩ）調(diào)節(jié)器，其輸入和輸出均設(shè)有限副電流。轉(zhuǎn)速環(huán)要求電流迅速響應(yīng)轉(zhuǎn)速的變化而變化，而電流環(huán)則要求維持電流不變。這種性能會(huì)不利于電流對轉(zhuǎn)速變化的響應(yīng)，有使靜特性變軟的趨勢。但由于轉(zhuǎn)速環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)的作用只相當(dāng)轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)部一種擾動(dòng)而已，不起主導(dǎo)作用。只要轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大倍數(shù)足夠大，最后仍能靠 ST 的積分作用。消除轉(zhuǎn)速偏差。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性 18 由于 ST 為 PI 調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)為無靜差，穩(wěn)態(tài)誤差小，一般講來，大多 能滿足生產(chǎn)上的要求。其機(jī)械特性近似為一水平線，如圖 2— 2a 所示。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生嚴(yán)重過載，并當(dāng) I＞ I 時(shí)，電流調(diào)節(jié)器將使整流裝置輸出 電壓明顯降低，這一方面限制了電流繼續(xù)增長，另一方面將使轉(zhuǎn)速迅速下降，出現(xiàn)了很陡的下垂特性，見圖 2— 2b 段。 19 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化 隨著微電子技術(shù)、微處理機(jī)以及計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，使調(diào)速控制的各種功能幾乎均可通過微處理機(jī)，借助軟件來實(shí)現(xiàn)。即從過去的模擬控制向模擬 數(shù)字混合控制發(fā)展，最后實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。在數(shù)字化系統(tǒng)中，除具有常規(guī)的調(diào)速功能外，還具有故障報(bào)警、診斷及顯示等功能，同時(shí)，數(shù)字系統(tǒng)通常具有較強(qiáng)的通信能力，通過 選配適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌谀０澹煞奖愕貙?shí)現(xiàn)主站（如上一級 PLC 或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）和從站（單機(jī)交、直流傳動(dòng)控制裝置）間的數(shù)字通信，組成分級多機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)。為易于調(diào)試，數(shù)字系統(tǒng)的軟件，一般設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)器參數(shù)的自動(dòng)化優(yōu)化，通過啟動(dòng)優(yōu)化程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋優(yōu)和確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)，以及實(shí)現(xiàn)如直流電動(dòng)機(jī)磁化特性曲線的自動(dòng)測試等，有利于縮短調(diào)試時(shí)間和提高控制性能。國外一些電氣公司都有成系列的與模擬調(diào)整系統(tǒng)相對應(yīng)的全數(shù)字交、直流調(diào)速裝置產(chǎn)品可供選用，新開發(fā)的調(diào)速系統(tǒng)幾乎全是數(shù)字式的。與模擬系統(tǒng)類似，全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展成為緊湊式和模塊 式兩大類。但全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)還是有模擬調(diào)速系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)更先進(jìn)，操作方便。數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)與模擬調(diào)速系統(tǒng)相對比，技術(shù)性能有如下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 態(tài)精度高且能長期保持。 （ 2） 動(dòng)態(tài)性能好 ，動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)整方便 ，借助于豐富的軟件，易于實(shí)現(xiàn)各類自適應(yīng)和復(fù)合控制。 （ 3） 調(diào)速范圍寬 （ 4） 電壓波動(dòng)小 （ 5） 參數(shù)實(shí)現(xiàn)軟件化，無漂移影響 （ 6） 所用元件數(shù)量少，不易失效 （ 7） 設(shè)定值量化程度高，且狀態(tài)重復(fù)率好 （ 8）放大器和級間耦合噪聲很小，電磁干擾小 20 （ 9）調(diào)試即投產(chǎn)靈活方便，易于設(shè)計(jì)和修改設(shè)計(jì) （ 10）標(biāo)準(zhǔn)及通用化程度高 ，除主 CPU 模塊外，僅數(shù)種附加模塊 可實(shí)現(xiàn)，包括工藝參數(shù)在內(nèi)的多元閉環(huán)控制 （ 11）適用范圍廣，可實(shí)現(xiàn)各類變速控制及易于實(shí)現(xiàn)與 PLC 系統(tǒng)通信 （ 12） 常規(guī)的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)中大量硬件可用軟件代替，從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了電子元件虛焊、接觸不良和漂移等引起的一些故障，而且維修方便 。 國內(nèi)外直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展 現(xiàn)狀 近 30多年來，由于以下原因 ， 推動(dòng)了電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，第一是控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了最優(yōu)控制，智能控制，自適應(yīng)控制，智能控制等。相應(yīng)的拖動(dòng)控制系統(tǒng)也在實(shí)踐中逐步形成。其二是電子器件的發(fā)展， 帶來了拖動(dòng)控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的重大變化。過去采用旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)）來實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，而直流發(fā)動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁又采用交磁功率放大機(jī)，磁放大器進(jìn)行控制；到了六十年代，出現(xiàn)了晶閘管整流裝置，不僅在經(jīng)濟(jì)上和可靠性上有所提高，而且在技術(shù)上也顯示了很大的優(yōu)越性。別外集成運(yùn)算放大器和眾多的電子模塊的出現(xiàn)，不斷促進(jìn)了控制結(jié)構(gòu)的變化。其三是八十年代計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，開創(chuàng)了拖動(dòng)控制系統(tǒng)蓬勃發(fā)展的新年代， 8位 32位單片機(jī)的相繼出現(xiàn)并應(yīng)用于控制系統(tǒng)，使其結(jié)構(gòu)更加簡單，功能更強(qiáng)，