多闭环直流拖动电控系统

摘要：直流拖动电控系统为了实现平稳的调速过程，主要采用直流电动机，因为直流电动机调速方便，只要改变电机的输入电压或励磁电流，就可以在宽广的范围内实现无级调速，而且在磁场一定的条件下它的转矩和电流成正比，从而使得它的转矩易于控制、转矩的调节性能和控制性能比较理想。

Abstract: In order to achieve smooth speed process, DC drive electric control system mainly adopts DC motors, because of convenient DC motor speed control, as long as the input voltage or the motor excitation current is changed, variable speed control can be achieved within a wide range scope and under certain conditions in the magnetic field, it is proportional to the torque and current, making it easy to control torque, torque regulation performance and control performance are ideal.

关键词：直流调速；电流变化率调节器；电流调节器

Key words: DC speed regulate；current rate of change regulator；current regulator

中图分类号：TM92 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）03-0294-01

0引言

电气传动是现代最主要的机电能量变化形式之一。在直流电气传动系统中，由于直流电机本身在结构上存在问题，它的机械接触换向器不但结构复杂，制造费时，价格昂贵，而且在运行中容易产生火花，特别是由于换向器强度不高等问题的存在，直流电动机无法做成高速大容量的机组；此外，由于电刷易于摩擦等问题存在，在运行中需要有经常性的维护检修，以上这些缺陷造成了直流电气传动不尽理想。

1调速方案的选择

1.1 多闭环直流驱动器的原理直流电动机的转速和其它参量的关系可用下式表达：

n= （1）

式中，

n-转速，单位为 r/min；U-电枢电压，单位为V；I-电枢电流，单位为A；R-电枢回路总电阻，单位为Ω；Φ-励磁磁通，单位为Wb；Ke-由电机结构决定的电动势常数。

由式（1）可以看出，有三种方法可调节电动机的转速。

1.2 主电路的选择主电路采取三相桥式晶闸管整流装置，在二十世纪五十年代广泛采用旋转变流机组，其变流装置为两台与拖动电机容量相当的直流发电机与交流原动机组成，它占地大，效率低，噪音大，目前已被晶闸管变流装置取代。

2控制电路的设计

2.1 三闭环系统的总体设计三闭环系统的设计顺序是先设计电流变化率环，然后是电流环，最后是转速环。三闭环系统结构图如图2。

2.2 电流变化率调节器的工作原理采用机组供电的调速系统时，由于发电机的励磁惯性的作用，无论怎么控制，电枢电流的变化率都是能够容许的，只恨它不够快。采用晶闸管整流装置的调速系统，整流装置本身的惯性降低了几个数量级，电枢电流的快速变化能力便能充分发挥出来，电流变化率的瞬时值甚至高达100～200Inom/s以上。这样以来，快速性是满足了，但同时又出现了另外的问题。这样高的电流变化率会使直流电动机产生很高的换向电动势，使换向器上出现不能容许的火花等级。电机容量越大，问题越严重，有时不得不为此而设计专用的电机。但是，即使电机的问题解决了，过高的电流变化率还伴随着很大的转矩变化率，会在机械传动机构中产生很强的冲击，从而加快其磨损，缩短了设备的检修周期甚至使用寿命。如果单纯延缓电流环的跟随变化率，以充分发挥其效益，这恰好是前面总结的内环的一种作用。因此，设计出来一个电流变化率环。

2.3 调速系统输入放大器的设计

3总结

本文以三闭环直流调速系统入手，主要采用TC787进行系统的触发。设计正负15V稳压电源提供系统的输入电压，稳压电源采用7815和7915集成电路。其中，7815输出正15V电压，7915输出负15V电压。电流变化率环采用积分环节，电流环和转速环采用比例积分环节。在反馈方面，转速调节器的反馈信号由测速电机的输出信号通过反相器来提供；电流调节器的反馈信号由电流检测电路来提供；电流变化率调节器的反馈信号由电流检测通过微分环节来提供。