毕业设计---直流电动机无级调速

摘 要 I 摘 要 本设计主要是运用调速系统对直流电动机进行调速，使其实现无级的效果。此调速系统由主电路和控制电路两部分组成：主电路是采用晶闸管可控整流装置进行调速 ;控制电路是采用双闭环速度电流调节方法进行反馈。系统采用调压调速的调速方法可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速方向是基速以下，只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级调速。双闭环速度电流调节这种方法虽然初次头次成本相对而言较高，但它保证了系统的性能，保证了对生产工艺要求的满足，它既兼顾了启动时的电流的动态过程，又保证稳态后速度的稳 定性，在起动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈。达到稳态后，只要转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用很好地满足了生产需要。本设计的重点也就是对 ASR 和 ACR 的设计。 关键词 ：无级调速；双闭环； ASR； ACR；晶闸管 摘 要 II Abstract This design is the use of speed control system for DC motor speed control to achieve the effect of class. This speed control system from the main circuit and control circuit composed of two parts: the main circuit is controlled rectifier thyristor speed control device; control circuit in a dual method of closed-loop speed feedback current regulator.System speed regulator with the motor speed control methods available to parallel the inherent mechanical properties of artificial mechanical properties, speed is below the base speed, as long as the output voltage is continuously adjustable, and can achieve the level of non-motor transfer speed. Two-speed closed-loop current regulation this way the first time although the initial cost is relatively high, but it ensures that the performance of the system to ensure that the production process to meet requirements, take into account not only the start of the current dynamic process, while ensuring that the stability of steady-state velocity in the main phase of starting the process, only the current negative feedback, no negative feedback speed. After reaching steady state, as long as the speed of negative feedback, negative feedback from the current good to play a major role to meet the production needs. The focus of this design is also the design of ASR and ACR. Key words: stepless speed regulation； double-loop； ASR； ACR； SCR目 录 i 目录 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 问题提出的意义 . 1 1.2 国产直流电机简介 . 1 1.3 直流电动机的发展现状及趋势 . 2 第 2 章 直流电动机的概述 . 4 2.1 直流电动机的基本知识 . 4 2.1.1 直流电动机的基本结构 . 4 2.1.2 直流电动机的工作原理 . 5 2.1.3 直流电动机的组成及分类 . 6 2.2 直流电动机运行原理 . 8 2.2.1 直流电动机的励磁方式 . 8 2.2.2 直流电动机的基本方程 . 9 2.2.3 直流电动机的机械特性 . 10 第 3 章 设计任务与要求 . 14 3.1 设计任务 . 14 3.2 设计要求与性能指标 . 14 第 4 章 方案比较论证与选择 . 16 4.1 调速指标简介 . 16 4.2 总体方案论证 . 18 4.3 单元电路方案论证 . 22 4.3.1 主电路方案论证 . 22 4.3.2 控制电路方案论证 . 25 第 5 章 电路设计 . 28 5.1 主电路设计 . 28 5.1.1 电机参数计算和晶闸管容量参数计算 . 28 5.1.2 整流电路的选择 . 30 5.1.3 整流器件的选择 . 31 5.1.4 触发电路的选择 . 31 目 录 2 5.1.5 稳压电源的选择 . 33 5.1.6 主电路保护器件选择 . 34 5.2 控制电路设计 . 34 5.2.2 双闭环调速系统的组成 . 36 5.2.3 双闭环直流调速系统的启动过程分析 . 38 5.2.4 转速和电流两个调节器的作用 . 40 5.2.5ACR 与 ASR 的设计 . 41 5.3 调速系统主、控电路图 . 45 5.4 调试过程 . 45 总结 . 47 参考文献 . 48 致 谢 . 49 附录 . 1 外文资料原文 . 2 外文资料译文 . 第 1 章 绪 论 1 第 1章 绪 论 1.1 问题提出的意义 随着科学技术的迅猛发展，电气设备发展日新月异。尤其以计算机、信息技术为代表的高新技术的发展，使制造技术的内涵和外延发生了革命性的变化，传统的电气设备设计、制造技术不断吸收信息控制、材料、能量及管理等领域的现代成果，综合应用于产品设计、制造、检测、生产管理和售后服务。在生产技术和生产模式等方面，许多新的思想和概念不断涌现，而且，不同科学之间相互渗透、交叉融合，迅速改变着传统电气设备制造业的面貌，从而使得产品频繁的更新换代， 这就使得电机成为社会生产和生活中必不可少的工具。 随着科学技术的不断发展，人类社会的不断进步，人们对生活产品的需求要不断趋向多样化，这就要求生产设备必须具有良好的动态性能，在不同的时候进行不同的操作，完成不同的任务。为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计。特别是大型的钢铁行业和材料生产行业，为达到很高的控制精度，速度的稳定性，调速范围等要求，又由于交流调速在当时尚未解决好调速控制问题，调速范围不大，控制精度低，快速性差等性能指标不满足生产工艺的要求，所以当时大量使用的是直流电动机调速系统，尤其是直流 无级调速系统，它具有调速性能好，范围宽，动态性能好等优点，特别是设计简单方便，虽然随着控制技术以及电力电子技术的的发展，制造工艺技术的提高，大量出现交流调速的传动系统，但直流传动所具有的优点特征，至今仍大量广泛地使用直流调速。因此实现直流无级调速对我们社会生产和生活有着重大的意义。 1.2 国产直流电机简介 为了满足各行业按不同运行条件对电动机提出的要求，将直流电机制造 第 1 章 绪 论 2 成不同型号的系列。所谓系列就是指结构形状基本相似，而容量按一定比例递增的一系列电机。它们的电压、转速、机座型号和铁心长度都是一定的等级。现将 我国目前生产的几个主要系列直流电机简要的介绍如下。 Z2 系列为普通用途的中、小型电机。它的容量从 400W 到 200KW，电动机的额定电压有 200V 和 110V 两种，额定转速有 3000、 1500、 1000、 750 及600r/min 五个等级。 Z2 系列普通用途的中型直流电动机，容量从 40KW 到370KW。 ZJD 系列为大型直流电动机，容量从 150KW 到 6500KW，主要用于驱动大型轧钢机及卷扬机。 1.3 直流电动机的发展现状及趋势 随着电力半导体交流技术的日益发展成熟，直流电机在许多领域已被整流装置代替，但直流电动 机具有良好的启动、调速和正反转特性，能满足生产过程中的各种特殊要求，因而在需要宽广调速的场合及特殊要求的自动化控制系统中占有一定得应用地位。 目前，我国电机有一定生产规模的企业有 500 多家，生产的电机产品有500 多个系列，近 1500 个品种。 1997 年我国电机产量约为 55288MW， 1998年约为 72505MW， 1999 年约为 62000MW。电动机出口量约为 12000MW。可以看出 1998 年较 1997 年电机产量有较大的提高，到 1999 年电机产量略有下降，企业负债持续攀升，效益不断下滑，行业整体形势有所下降。 745918 但随着改革开放的深入，国家宏观政策的调整以及市场需求的推动，我国电机产品由劳动密集型、资源密集型向高附加值和高技术含量的产品转移，出口产品结构也逐步趋向于市场化和合理化。我国 500 多个电机企业大多集中在沿海地区，西部地区的企业寥寥无几，在国家开发西部的大好机遇里，对电机行业的发展提供了一个发展的机会。另外，我国加入 WTO 后，可将国内一部分富裕的电机生产能力转移到国外去，也是发展的一条出路。 在国际市场上，电机是机电产品的重要组成部分之一，每年的 贸易 额约第 1 章 绪 论 3 35 亿美元。电机行业单机出口产品主要 为交流电动机、交流发电机及直流电动机。 由上述可以看到电机的发展还是有很大发展空间的。为了发展电机产品，满足客户需求，扩大国内、国际市场，电机产品必须向多用途、多品种方向发展，向高效、节能方向发展。要开拓市场、扩大出口，今后电机行业的发展必须向以下几方面努力： 1 电机的多用途、多品种 随着电机行业的不断发展，电机产品的外延和内涵也不断拓展，电机产品也广泛应用于能源、交通、石油、化工、建筑等各个领域，并且电机的通用性逐渐向专用性方向发展，打破了过去同一类电机分别用于不同性质、场合的局面。电机正向专用性、 特殊性、个性化方向发展，充分发挥电机的效率，这也是国外电机发展的最新观点。 2 可靠性高、寿命长、噪声低、重量轻、外形美观 改革的不断深入，市场的全面开放，市场竞争的日渐激烈，用户对产品高性能的要求，使得产品的生产者为了适应市场及用户的需求，不断地改进工艺，提高技术水平，采用新材料，设计出符合市场需求的电机产品。 3 高效、节能 为了提高电机效率，实现节能的目的，我们采用了许多办法，如采用降低起动转矩、电容补偿、阻尼槽等，但这都是在频率不变的条件下实现的。自从有了逆变器之后，电源的变频变压变得更加容 易，从而可以调节异步电机在最佳工作点上运行，保证出力不变的情况下，可用最大效率和高功率因数代替额定效率和额定功率因数，减小了电机尺寸，减轻其重量和降低成本。 4 机电一体化、智能化 随着科学技术的发展，高新技术对电机产品注入了新的活力，计算机辅助设计的运用、国家政策的鼓励、各企业对科技的重视使新产品开发的周期逐渐缩短，机电一体化、智能化电机，应运而生，并且不断推陈出新，在高新技术产品上我国电机的技术水平与发达国家相比，已水平相当。但我国的电机产品要扩大国内、国际市场份额除了要满足以上的要求外，我们还要强化市场竞争意识、市场服务意识，在未来的电机行业大发展中独占鳌。第 2 章 直流电动机的概述 4 第 2章 直流电动机的概述2.1 直流电动机的基本知识 2.1.1 直流电动机的基本结构 直流电机的结构是多种多样的，但任何直流电机都包括定子部分和转子部分，这两部分间存在着一定大小的气隙，使电机中电路和磁场发生相对运动。直流电机定子部分主要由主磁极、电刷装置和换向极等组成，转子部分主要由电枢绕组、换向器和转轴等构成。结构图如图 2-1。 图 2-1 直流电机结构图 1-电刷； 2-磁轭； 3-永久磁钢； 4-极靴； 5-电 枢绕组； 6-内磁轭 1 定子部分 （ 1）主磁极 : 其作用是产生磁场。通常用厚 1-1.5mm 的低碳钢片叠装而成。在磁极铁心上绕有励磁绕组，整个磁极利用螺杆固定在磁轭上。 （ 2）换向极 : 其作用是改善换向，使电机运行时电刷下不产生有害的火花。换向极也是由铁心及绕组组成，换向极绕组与电枢绕组串联。 （ 3）机座 : 机座分磁轭和底脚两部分。磁轭的作用是固定主磁极和换向极，是磁路的一部分。底脚起支撑和固定整台电机的作用。机座一般式用铸钢铁第 2 章 直流电动机的概述 5 制造或钢板焊接而成。 2 转子部分 （ 1）电枢铁心 :电枢铁心是磁路的一部分，表面开 槽以嵌放电枢绕组，为减少铁耗，采用 0.35-0.5mm 厚的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，固定在转子支架或转轴上。 （ 2）电枢绕组 :电枢绕组由许多按一定规则连接起来的线圈组成，是通过电流和产生电动势的关键性部件。线圈用带绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成。嵌放在电枢铁心表面的槽内直流电机采用双层绕组，每槽内的线圈边分上、下两层，上下层之间及线圈于铁心之间都是要可靠绝缘。槽口用槽契压紧，再用钢丝或玻璃丝带扎紧，大型电机中，绕组伸出槽外的端接部分应扎紧在支架上。 2.1.2 直流电动机的工作原理 电动机是一种把电能转变为 机械能的机械。它的基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。电动机结构主要包括两部分：转子和定子。转子为电动机的旋转部分，由转轴座组成，导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。 绝大多数的电动机都须作连续的转运动的电磁力形成一种方向不变的转矩，才能构成电动机。两磁极间装着一个可以转动的铁质圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈。当线圈中通入直流电流时，线圈边上受到电磁力，根据左手定则确定力的方向，这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向。若电枢转动，线圈两边的位 置互换，而线圈中通过的还是直流电流，则所产生的电磁转矩的方向却变为顺时针方向了，因此电枢受到一种方向交变的电磁转矩。这种交变的电磁转矩只能使电枢来回摇摆，而不能使电枢连续转动。显然，要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于，当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓 “换向 ”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器由互相绝缘的铜质换向片构成，装在轴上，也和电枢绝缘，且和电枢一起旋转。换向器又与两个固定不动的由石墨制成的电刷 A、 B 相接第 2 章 直流电动机的概述 6 触。装了这种换向器以后，若将直流电 压加于电刷端，直流电流经电刷流过电枢上的线圈，则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋转起来。电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由线圈边 ab 和 cd 流入，使线圈边只要处于 N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷 A 流入的方向，而在 S 极下时，总是从电刷 B 流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向。这样的结构，就可使电动机能连续地旋转。这就是直流电机的工作原理。 2.1.3 直流电动机的组成及分类 直流电动机的种类有很多，但一般将其分为电磁式直流电动机、永磁式直流电动机、无 刷式直流电动机，三种。 1 电磁式直流电动机： 电磁式 直流电动机由定子磁极、转子 (电枢 )、换向器 (俗称整流子 )、电刷、机壳、轴承等构成。 电磁式 直流电动机的定子磁极 (主磁极 )由铁心和励磁绕组构成。根据其励磁 (旧标准称为激磁 )方式的不同又可分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。因励磁方式不同，定子磁极磁通 (由定子磁极的励磁线圈通电后产生 )的变化规律也不同。 串励直流电动机的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器相串联，励磁电流与电枢电流成正比，定子的磁通量随着励磁电流的增大而增大 ，转矩近似与电枢电流的平方成正比，转速随转矩或电流的增加而迅速下降。其起动转矩可达额定转矩的 5 倍以上，短时间过载转矩可达额定转矩的 4 倍以上，转速变化率较大，空载转速甚高 (一般不允许其在空载下运行 )。可通过用外用电阻器与串励绕组串联 (或并联 )、或将串励绕组并联换接来实现调速。 并励直流电动机的励磁绕组与转子绕组相并联，其励磁电流较恒定，起动转矩与电枢电流成正比，起动电流约为额定电流的 2.5 倍左右。转速则随电流及转矩的增大而略有下降，短时过载转矩为额定转矩的 1.5 倍。转速变化率较小，为 5 -15。可通过削弱磁 场的恒功率来调速。 第 2 章 直流电动机的概述 7 他励直流电动机的励磁绕组接到独立的励磁电源供电，其励磁电流也较恒定，起动转矩与电枢电流成正比。转速变化也为 5 -15。可以通过削弱磁场恒功率来提高转速或通过降低转子绕组的电压来使转速降低。 复励直流电动机的定子磁极上除有并励绕组外，还装有与转子绕组串联的串励绕组 (其匝数较少 )。串联绕组产生磁通的方向与主绕组的磁通方向相同，起动转矩约为额定转矩的 4 倍左右，短时间过载转矩为额定转矩的 3.5 倍左右。转速变化率为 25 30 (与串联绕组有关 )。转速可通过削弱磁场强度宋调整。 换向器的换向片使 用银铜、镉铜等合金材料，用高强度塑料模压成。 电刷与换向器滑动接触，为转子绕组提供电枢电流。电磁式直流电动机的电刷一般采用金属石墨电刷或电化石墨电刷。 转子的铁心采用硅钢片叠压而成，一般为 12 槽，内嵌 12 组电枢绕组，各绕组间串联连接后，再分别与 12 片换向片连接。 2 永磁式直流电动机： 永磁式直流电动机也由定子磁极、转子、电刷、外壳等组成。 定子磁极采用永磁体 (永久磁钢 )，有铁氧体、铝镍钻、钕铁硼等材料。按其结构形式可分为圆筒型和瓦块型等几种。录放机中使用的电动机多数为圆筒型磁体，而 电动工具及汽车用电器中使用的电动机多数采用瓦块型磁体。 转子一般采用硅钢片叠压而成，较电磁式直流电动机转子的槽数少。录放机中使用的小功率电动机多数为 3 槽，较高档的为 5 槽或 7 槽。漆色线在转子铁心的两槽之间 (三槽即有三个绕组 )，其各接头分别焊在换向器的金属片上。 电刷是连接电源与转子绕组的导电部件，具备导电与耐磨两种性能。永磁电动机的电刷使用单性金属片或金属石墨电刷、电化石墨电刷。 录放机中使用的永磁式直流电动机，采用电子稳速电路或离心式稳速装置。 3 无刷直流电动机： 无刷直流电动机是采用 半导体永磁体转子 多极绕组定子 位置传感器定子开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。 第 2 章 直流电动机的概述 8 无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流 (即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换 )。定子绕组 的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。 位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件 (例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻器或专用集成电路等 )装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。采用光电式位置传感器的无刷直流电动机，在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件，转子上装有遮光板，光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇产生脉冲信号。采用电磁式位置传感器的无刷直流电动 机，是在定子组件上安装有电磁传感器部件 (例如耦合变压器、接近开关、 LC 谐振电路等 )，当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号 (其幅值随转子位置而变化 )。 2.2 直流电动机运行原理 2.2.1 直流电动机的励磁方式 直流电动机的主极磁场由励磁绕组通以直流励磁电流产生。励磁电流的获得方式称为励磁方式。主励磁场的极性由励磁电流方向决定，场强由励磁电流大小决定。一般直流电动机的励磁电流均可在一定范围内调节。励磁方式一般有，他励、并励、串励、复励，四种。下面就简单介绍一下这四种方式的电动机。 1 他励电动机 此类电动机的励磁绕组 F 和 电枢绕组 S 由两个不同的直流电源供电 ， 励磁回路与电枢回路相对独立，采用永久磁铁作为主极的永磁直流电动机亦属于此类。 2 并励电动机 第 2 章 直流电动机的概述 9 励磁绕组 F 和电枢绕组 S 并联，有同一个直流电源供电，励磁电流通常只有额定电流的 1%-5%，这是直流电动机最为常见的励磁方式。 3 串励电动机 励磁绕组 C 和电枢绕组 S 串联，其励磁电流与电枢电流相等与负载大小有关。 4 复励电动机 励磁绕组由并励绕组 F 与串励绕组 C 两部分组成，并套在同一个主极铁心上，通常复励电动机以并励为 主，并励磁动势占磁极总励磁磁动势的 70%以上。若串励磁场对并励磁场助磁，称之为积复励；串磁磁场对并励磁场去磁时，则称之为差复励。复励电动机的运行特性介并励于串励之间。 励磁绕组存在电阻，电动机在工作时励磁回路要消耗一定的功率，称之为励磁损耗，这就使得直流电动机的效率相对其他电动机要低。励磁损耗一般不超过额定功率的 1%-3%。 2.2.2 直流电动机的基本方程 1 电动势平衡方程式： 根据基尔霍夫第二定律，对任一有源的闭合回路，所有电动势之和等于所有压降和，有： （ 2-1） （ 2-2） 2 转矩平衡方程式： 直流发电机在稳态运行时，电机的转速为 n,作用在电枢上的转矩共有三个：一个是原动机输入给发电机转轴上的驱动转矩 1T ；一个是电磁转矩 T；还有一个是电机的机械摩擦、风阻以及铁损耗引起的转矩，叫空载转矩，用0T表示 ,空载转矩是一个制动性转矩 ,永远与转速 n 的方向相反。 （ 2-3） ffffaaaRIrrIURIUE )(01 TTT 第 2 章 直流电动机的概述 10 2.2.3 直流电动机的机械特性 1 机械特性的表达式： 定义：在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值条件下，电机的转速与电磁转矩之间的关系： emTfn 。 由电机的电路原理图可得机械特性的表达式： （ 2-4） 通常称 大的机械特性为软特性， 小的机械特性为硬特性。 2 固有机械特性和人为机械特性： 电动机的机械特性可分为固有机械特性和人为机械特性 (1)固有机械特性： 固有机械特性是指当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值、电枢回路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为： （ 2-5） 固有机械特性曲线如图所示，由于aR较小，则 n 也较小，所以直流电动机的固有机械特性是比较 “硬 ”的。 图 2-2 固有机械特性曲线 nnTnTCC RC Un emTee 002 emNTe aNe N TCCRCUn2第 2 章 直流电动机的概述 11 人为机械特性是指人为地改变电动机电路中的某个参数或电动机的电枢电压值，而得到的机械特性，即改变式中的机械特性方程中的某些参数所获得的机械特性： (2-6) 我们来研究只改变电枢电压、磁通或附加电阻的一个参数，求出直流电动机有下列三种人为机械特性： 1）电枢串电阻时的人为特性： 当电动机的paaNN RRRUU ,时，其人为机械特性的方程式为： (2-7) 图 2-3 电枢串电阻时特性曲线 与固有特性相比， a.理想空载转速NENCUn 0不变， b. 增大，转速降 n增大，附加电阻paR越大， n 也越大，特性越 “软 ”，如图 2-3 中曲线 1、 2 所示。这类人为机械特性是一组通 过0n,而不同斜率的直线。可见，当负载转矩enNTepaaNeN TCC RRC Un 2emTRUn2Tee CCC 第 2 章 直流电动机的概述 12 不变时，只改变电阻paR的大小，可以改变电动机的转速，因此，电枢回路串电阻的方法，可用于直流电动机调速。 2）降低电枢电压时的人为特性： 当电动机的 0, paN R时，改变电枢电压的人为机械特性的方程式为： (2-8) 图 2-4 降低电枢电压时特性曲线 与固有特性相比较， a. 机械特性曲线的斜率 不变， b.理想的空载转速0n随电压减小成正比减小，改变电压时的人为特性是一组与固有机械特性平行的直线，如图所示。由于受到绝缘强度的限制，电动机的额定电压是工作电压的上限，因此改变电压时，只能在低于额定电压的范围内变化。可见，当负载转矩不变时，改变电压的大小，可以改变电动机的转速， 因此，改变电枢电压的方法，也可用于直流电动机调速。 3）减弱励磁磁通时的人为特性： 可以在励磁回路中串接上电阻pfR，或降低励磁电压fU来减弱磁通，保持 0, paN RUU时，减弱磁通的人为特性方程式为： (2-9) emNTe aNe TCCRCUn2emTeaeN TCC RCUn 2第 2 章 直流电动机的概述 13 图 2-5 减弱励磁磁通时特性曲线 由于磁通 的减少，使得理想空载转速0n和机械特性斜率 都增大，其特性曲线如图所示。电机的磁通设计在磁化曲线的膝点，接近饱和点，因此一般采用减弱磁通方法，可见，当负载转矩不变时，减弱磁通方法也可用于直流电动机调速。第 3 章 设计任务与要求 14 第 3章 设计任务与要求 3.1 设计任务 随着科学技术的不断发展，人类社会的不断进步，人们 对生活产品的需求要不断趋向多样化，这就要求生产设备必须具有良好的动态性能，在不同的进行不同的操作，完成不同的任务。为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计。特别是大型的钢铁行业和材料生产行业，为达到很高的控制精度，速度的稳定性，调速范围等要求，又由于交流调速在当时尚未解决好调速控制问题，调速范围不大，控制精度低，快速性差等性能指标不满足生产工艺的要求，所以当时大量使用的是直流电动机调速系统，尤其是直流无级调速系统，它具有调速性能好，范围宽，动态性能好等优点，特别是设计简单方便，虽然随着控制技术以及电力 电子技术的的发展，制造工艺技术的提高，大量出现交流调速的传动系统，但直流传动所具有的优点特征，至今仍大量广泛地使用直流调速。我们本次的设计任务就是直流电动机无级调速的设计，使其能更好的为我们的生产和生活服务。 3.2 设计要求与性能指标 要求设计要使得电动机转速可以由零平滑调至额定转速，能实现高速起动，具有较高的调速精度。 1 稳态指标：无静差 2 动态指标：电流超调量 i Idm, asked bicyclol speed control system ASR and ACR how-conditioning, the result? A: When the load changes, Idl Idm, speed decreased rapidly, the current Id soon to Idm, and of limited amplitude, rapid rate of ASR saturation, ACR has been limiting conditions, to form a blocking phenomenon, long-running will damage the system. 2. System Speed regulator and current regulator in the Double Loop DC Motor Control System can be summarized as follows: (1). The role of speed regulator Speed regulator is a speed control system of the dominant regulator, which allows speed n will soon change with a given voltage Un * changes in steady-state speed error can be reduced, if the PI regulator can achieve the non-static error. 1) The effect of load changes in the role of anti-disturbance. 2) The output amplitude of the decision limit the maximum allowable motor current. (2) The role of current regulator 1) As a regulator of the inner ring, outer ring at the speed of the adjustment process, it makes the current closely followed the given voltage Ui * (that is, the outer ring modulator output) changes. 2) Fluctuations in voltage from the role of disturbance rejection in time. 3) The speed of the dynamic process of ensuring that the maximum allowable motor current, thereby speeding up the dynamic process. 4) When the motor overload or stall when the armature current limit of the maximum, automatic protection from the role of acceleration. Once the fault 外文原文 52 disappears, the system automatically return to normal. Yesterday, the role of the reliable operation is very important. double-loop speed control system common faults analysis 1.Introduction of a system (1). Double-loop speed control system components in Figure 1. Current loop: from the current regulator LT, trigger CF (input transformation for the CSR), silicon-controlled rectifier bridge, motor armature and current loop transform LB component. the speed of outer ring: the speed regulator from ST, current loop, such as link inertia, motor and load moment of inertia and the speed of transformation components SB. in the double-loop speed control system, the speed of the decision loop of the running characteristics of the whole system and stability, and play a leading role, and to change the current ring plays the role of the internal structure of the system is dependent, but since it is as a whole to participate in the closed-loop speed to the speed of a direct impact on the work of the closed-loop, it must first good debugging current loop, and then testing the speed of outer ring, so that the whole system has good dynamic performance. (2). Double-loop speed contr