数字化直流调速系统的实现与应用

【摘要】随着科学技术的发展，数字化直流调速系统已经取得了良好的发展效果，整个系统的运作也逐步的改进，尤其是PWM数字化控制在现实生产操作中已经得到了大力的推广与普及，它的应用使得一些控制设备得到了很好的工作成效。

【关键词】系统；直流调速；PWM；数字化控制

一、直流调速系统简述

对于直流调速的定义，我们可以认为是结合实际工作操作的需要，通过人工改变或者是系统自动的调节来将电动机调节到符合标准的转速人。站在机械特性的角度上来说，其实是采取各种手段来转变其机械特性，已达到电动机的运转速度发生改变。

关于电动机的调速，一般分为几个部分来共同作用完成，包括给定、放大、调整以及反馈等。出现电动机无法通过系统自身的调节功能来完成与之前设定转速相统一的系统，我们将它称之为开环控制系统。这种情况下，电动机的转速会受到外界因素的共同作用。相对的，假如电动机可以通过自身系统的调节完成与设定转速相统一，并且不会受外界因素的作用，这种我们称之为闭环控制系统。造成这种结果是因为它具备相应的信息信息反馈功能。

电气传动控制系统一般是通过电动机，控制装置以及信息装置来共同作用完成运作的。它可以遵循相关的指示，第一时间对电动机运作中的各项环节做好把关工作，以达到生产所需标准。

现如今，科学技术的不断进步为电机各器件以及技术理论带来了更高的发展水准，同时也推动了电气传动控制系统的快速完善。现在，电机的容量已经从之前的数百瓦扩大到现在的几万千瓦，实现了大幅度的提升，变流设备也由之前的旋转式电机发展成为现在更为先进的装置；对于整个系统的控制也突破了之前只局限于手动操作的模式限制。

总的来说，科学技术带动了电气传动控制系统的发展，现在它已经拥有更为先进科学性的自动化系统。

二、直流调速系统的数字化

现如今，科学技术各领域的逐步完善与发展，使得调速控制系统的所有工作环节差不多都能够经由软件来操作得以完成。也就是说控制已经从之前的模拟模式逐步转换成为现在的模拟-数字混合模式，从而完成现代化的系统运行。

现代化的系统中几乎实现了全部的数字化运行，不仅起到之前所发挥的调速作用，也能够起到系统的检测，及时发现故障问题，并将故障信息传输显示的作用，此外，这种现代化的系统一般还拥有十分强大的通信功能，在科学的选择接口模板情况下，能够很好的完成信息在主站以及从站两者之间的流通传输，建立起职能分明的多级别系统。为了方便调试工作的开展，这种先进的数字化系统内部所配备的软件，通常情况下还拥有参数自动优化的功能。这一功能的存在对于减少调试所花费的时间以及系统调试能力的发挥有着很好的促进作用。在一些较为发达的地区，电气公司都有向市场生产全数字化的高级产品，且之后新产品的研发与发行也都是建立在数字化系统的基础上的。和模拟系统存在一定的相同之处，这种先进的数字化调速系统已经划分为紧凑形式以及模块形式这两个重要部分。然而相对于之前的摩米系统来说，数字化系统在技术上还是有着一定的改进和完善，具备一定的优势，更便于工作的开展实施。

相对于之前的模拟调速系统，数字调速系统主要具备下面这些方面的优势：

1.当系统处于静态时，精准度较高，并且能将状态更为长时间的维持；

2.当系统处于动态时，整体的性能更强大，并通过高科技的软件共同作用，方便各种类型的自适应以及复合控制的完成；

3.通过这种数字化系统的运作，能够实现更大范围的调速；

4.在系统运作过程中，采取数字化系统来进行调速会产生更小波动的电压；

5.采取数字化调速能够将参数完成软件化处理，并且不受漂移的影响；

6.这种数字化调速系统中所涉及到的元件较少，并且功效能够更长时间的保持；

7.这种数字化调速系统的运行能更精准的设置设定值，同时保持更高的状态重复效率；

8.这种数字化调速系统中的放大器以及级间耦合能产生更少的噪音；

9.这种数字化系统的应用更便于调试，方便方案的设计以及设计的整改；

10.这种系统，因为数字化的应用会带来更高的标准和通用化程度，不仅可以通过主CPU模块能够得以实现，单独的几种附加模块就能够完成多元闭环控制工作；

11.数字化调速系统应用范围更广，对于各种变速控制均能适用，能够完成各种调速以及通信工作。

所以，数字化调速系统具有明显的优势，更适宜于未来调速等工作的开展，在之后调速设备里应该更加普及推广。

三、直流闭环PWM数字化控制的实现

全控型器件的出现，为高频开关的控制带来了全新的模式，这种模式的控制是通过脉宽调制来实现的。这种模式的控制相对于之前有更为明显的优势，主要表现在以下几个方面：

1.这种脉宽调制系统中主线路构建省去了较为复杂的环节，降低了系统运作中的功率消耗；

2.这种脉宽调制系统中开关较为频繁，电流持续性较好，对于电机的损伤也得到了有效的降低；

3.这种脉宽调制系统在运作中能够保持较低的速度，且保持较为平稳的运行，能适应更大范围的速度调节；

4.如果和速响应发电机相合作共同完成工作，就能使系统更为敏感的改制变动，并作出及时的反应，受外界影响控制在最低的程度；

5.当直流电源通过不控整流的方式时，电网功率会保持在一个更高的状态。

总的来说，结合上面所谈到的优势来说，直流PWM调速系统被更加广泛的运用在日常控制设备当中，尤其是较低容量的系统当中，得到了大力的推广普及。脉宽调制变换器的工作原理是：采取脉宽调制这一渠道，将固定的直流电压控制在一定的脉冲电压范围内，以完成调节转速的作用。

如我们都较为熟悉的直流电动机稳态转速n（r/min）的物理公式是：

（2-1）

在这一公式中Ua是指电枢端的电压值；

Ia是指电枢的电流值；

是指电枢电路的电阻总值（Ω）；

Φ是指每极磁的流通数量（Wb）；

Ce是指和电动机结构相关的一个常态数值。

通过上面的公式我们可以看出，对于直流电动机转速的控制来说，可以通过两种方式来实现，分别是励磁的控制以及电枢电压的控制。在实际操作中最为常见的方式是电枢电压控制法。通过物理公式我们能够很明显的看清各个数值之间的关系，因此对电阻进行相对的调节能起到端电压改变的效果，从而实现整个设备转速的调整。不过通过这种方式的调速，取得的效果并不是十分客观。所以，在科学技术不断前进的带动下，对于电压的控制发式也有了更多的创新。比如说PWM变换器的应用，它的内部电路形式多样，包括不可逆和可逆这两个部分。可逆PWM变换器主电路图如2-1所示。由图能够看出UAB在一个开关周期内具有正负相间的脉冲波形，这也就是我们所说的双极式。

H桥式脉宽调制驱动电路在进行直流电机的调速工作中，十分便捷同时适用于更大范围内的调速工作它的工作原理所遵循的就是直流斩波。在不考虑开关管损耗的情况下，在一个周期T内的导通时间为ton，那么双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压可用公式表示为：

（2-2）

α=ton/T称为占空比，电机的转速和两端的电压值成比例，同时电机两端的电压与控制波形的占空比成正比，所以电机转速和占空比也相对的成比例，当占空比α=1时，电机转速达到最大值。

四、总结

总的来说，随着科学技术的发展，数字化直流调速系统已经取得了良好的发展效果，整个系统的运作也逐步的改进，尤其是PWM数字化控制在现实生产操作中已经得到了大力的推广与普及，它的应用使得一些控制设备得到了很好的工作成效。不过，我们必须要看清依然有很多不足存在其中，需要在未来的研究发展中进一步的研究与完善，已达到更好的应用效果。