直流电机不可逆控制系统(5)

图4 用PWM波代替正弦波

图5 PWM调压电路

2.2.2使用晶闸管可控整流装置调速

通过晶闸管的导通角的移相，改变触发角，从而改变电压的导通时间，改变电压的平均值。电路如下：

图6 晶闸管可控整流装置电路

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电路特点：电路直接由交流转换为直流，所以效率比较高。其次，整流装置时SRC，容量相对IGBT而言，比较大，电动机的容量就可以做的相对较大，可靠性也比较高，技术成熟等优点。设计的对象电机的容量是3KW，可以很好地满足容量的要求，再次，触发电路也比较简单，有现成的集成触发电路，设计起来相对简单。不过由于也存在正反两组的问题，所以也要考虑逻辑控制问题，以免发生环路导通短路事故。

综上所述，综合考虑比较两者的优点，可调电源电路采用后者，使用晶闸管可控整流装置调压调速。

控制电路方案的论证比较：

对电动机转速的控制调节方法有几种控制方法：

（1）才用单闭环的速度反馈调节加上电流截止负反馈的方法； （2）采用双闭环的速度、电流反馈控制调节方法。

方案论证：

1) 采用才用单闭环的速度反馈调节加上电流截止负反馈的方法，能实现比较方便，快捷，成本低，而且系统调试等简单。但是此方法又有其缺点，在启动过程总系统是非线性的，而且是一个复杂的动态过程，不能简单地将最大负荷时的电流值定为电流截止负反馈的限制值，这将影响电动机的启动时间，而且难以把握电流的动态过程。由于直流电动机在起动、堵转或过载时会产生很大的电流，这样大的电流会烧坏晶闸管元件和电机，因而要加以限制。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入哪个物理量的负反馈。系统中若引入电流负反馈，虽然电流不会过大，但是单闭环调速系统中如果存在电流负反馈，将会使静特性变软，影响调速精度，而这又是我们希望避免的。如果能做到电流负反馈在正常运行时不起作用，而在过电流情况下起电流负反馈作用。为此，可以通过一个电压比较环节，使电流负反馈环节只有在电流超

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过某个允许值时才起作用，这就是电流截止负反馈环节。

带电流截止负反馈的单闭环调速系统

2）采用双闭环速度电流调节方法，这种方法虽然成本相对较高，但它保证了系统的性能，保证了对生产工艺要求的满足，它既兼顾了启动时电流的动态过程，又保证了稳态后的稳定性，在起动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈。当到达稳态后，只要转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用，能很好的满足生产需要。

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第3章单闭环直流调速系统启动过程

突加给定电压U*经过调解器的跟随作用，Uc、Ud0和Id都跟随着上升，n后，但是在Id没有达到负载电流IdL以前，电动机还不能转动。当Id≥IdL以后，电动机开始启动。由于机电惯性的作用，转速不会很快增长，因而电势反馈环节

*的偏差电压?Un?U*n?Un的数值仍较大，其输出电压保持限幅Uim，强迫电枢

电流Id迅速上升。直到Id?Idm，Ui?U*im。此时，电势反馈不起作用，电流Id恒定，系统加速度恒定，转速成线性增长。当转速上升到给定值n*?nN时，电压反馈的偏差可能减小到零，但放大环节的滞后使得电动机仍在加速，使时转速超调。此时，电压反馈偏差变负，但直到Id?Idm，转矩Te?TL，转速n才达到峰值。此后，电动机开始在负载的阻力下减速，直到稳定。当然，如果调节器参数整定的不够好，将会有一段震荡过程。

需要注意的是，电动势反馈调速只能保证较好的启动性能。在制动时，当电流下降到零以后，只好自由停车。这即是调速系统的不可逆性。

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第4章 主电路设计

4.1 主电路工作设备选择

电动机参数：

PN=10KW, nN=1000rpm,UN=220V,IN=55A,Ra=0.5 。主回路总电阻R=2.5 ，电磁时间常数Tl=0.017s,机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数 =0.07。调速指标：D=10，S=5%。 变压器的副边电压的确定：

因为UN=220V，整定的范围在30°～150°之间，所以由三相全控整流公式：UD=2.34U2cosα,当α在30°时又最大值，算出U2=108.5V，所以可以选择U2=120V。 晶闸管参数的计算：

由于电动机电流的大小为55A，即最大电流为：Imax=55A.

I2?2IVT?23Imax?0.816Imax?0.816?55?44.88A

IVT(AV)?IVTI55?max??20.22A 1.571.5732.72又由整流输出的电压Ud=UN=220V，进线的线电压是120V。由电路分析可知，晶闸管承受的最大反向电压是变压器的二次线电压的电压峰值。即有

URM?2?3U2?2?3?120?300V

晶闸管承受的最大正向电压是线电压的一半，即

1UFM??2?3U2?2?3?120?150V

2考虑安全性裕量，选择电压裕量为2倍的关系，电流裕量选为1.5倍的关系，所以工作的晶闸管的额定电压容量的参数可选择为：

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