论文直流调速系统讲解文档格式.docx

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直流调速系统具有调速性能优良、可靠性高的优点，被广泛的应用。

直流调速系统是弱电控制与强电控制相结合的系统。

系统弱电部分检测系统工作时的转速、电枢电流、电机温度、晶闸管温度等信号，根据检测到的信号发出控制信号；

强电部分根据控制信号调节电动机转速，拖动绞刀、钻机等机械负载进行作业，以满足不同作业现场的需要。

可编程控制器PLC是通用的自动化控制装置，是船舶实现自动化、智能化控制的核心控制元件。

它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，采用模块式组合设计，具有控制功能强，可靠性高、使用灵活方便，易于扩展等优点，在船舶主机遥控系统、锅炉控制系统中央冷却控制系统等重要设备上得到了广泛应用。

本文首先详细的介绍了大功率直流调速系统的基本原理，分析了调速系统的基本组成以及基本调速方法，本文以经济性好、可靠性高的大功率晶闸管为调速系统可控整流电源，根据现代控制理论，采用转速一电流双闭环调速方法对大功率直流调速系统的主电路、转速控制电路以及信号检测电路进行设计。

关键词：

直流调速电机继电器

ABSTRACT

TheDcspeedcontrolsystemhasgoodperformance,reliability,highspeedadvantage,bywidespreadapplication.Dcspeedcontrolsystemiselvcontrolandspecializedcombinationofsystemcontrol.Systemelvpartdetectionsystemwork,motorarmaturecurrentspeed,temperature,thyristortemperaturesignal,accordingtodetectthesignalcontrolsignal;

Accordingtothecontrolsignalregulating&

highpartoftherotation,dragreamer,drillsuchmechanicalloadintheoperations,tomeettheneedsofdifferentassignmentssite.

ProgrammablecontrollerPLCisauniversalautomationcontroldevice,istherealizationofautomaticandintelligentcontrolcorecontrolcomponents.Itwilltraditionalrelaycontroltechnology,computertechnologyandcommunicationtechnologyintegration,amodularassemblydesign,hascontrolfunctionisstrong,highreliability,useagileandconvenient,easytoexpandadvantagesinshipping,remotecontrolsystemofmainengine,boilercontrolsystemcentralcoolingcontrolsystem,andotherimportantequipmentcanbewidelyused.

Thispaperfirstintroducedthedcspeedcontrolsystem,analyzesthebasicprincipleofthebasiccompositionofspeedregulationsystemandbasiccontrolmethod,basedontheeconomical,highreliabilityofhigh-powerSCRcontrolledrectifyingpowersupplyforspeedregulationsystem,accordingtothemoderncontroltheory,thespeedacurrentdoubleclosedloopspeedregulationmethodofhighpowerdcspeedcontrolsystemofmaincircuit,speedcontrolcircuit,signaldetectioncircuitdesign.

Keyword：

TheDcspeedcontrol,electricalmachinery,relaycontrol

绪论

1.1背景

直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。

在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。

晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。

尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。

但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。

现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。

1.2课题研究的目的和意义

直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。

直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以首先应该掌握好直流系统。

从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统，位置随动系统，张力控制系统，多电动机同步控制系统等多种类型，而各种系统往往都通过控制转速来实现的，因而调速系统是最基本的拖动控制系统。

直流调速的电枢和励磁不是耦合的，是分开的，对电枢电流和励磁电流能够做到精确控制；

而交流调速，电枢电流和励磁电流是耦合的，是无法做到精确控制的。

因此在轧机、造纸等对力矩要求很高行业，直流调速还是具有广泛性直流调速器具有动态响应快、抗干扰能力强优点。

我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。

由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。

通过本设计论文，我们将对直流调速有一个更深的了解。

1.3论文的主要内容

本设计论文以直流电机为对象，用转速负反馈晶闸管直流调速、小功率有静差直流调速、速度和电流双闭环直流调速的调速方法对直流电机的调速进行研究。

第二章直流电动机调速系统

2.1直流电动机简介

2.1.1直流电动机的工作原理

电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。

比如：

在加工毛坯工件时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工时要求电机低速运行；

而在对工件进行精加工时，为了要缩短工加时间，提高产品的成本效益，因此加工时要求电机高速运行。

所以，我们就将调节电动机转速，以适应生产要求的过程就称之为调速；

而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。

目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。

因此在相当长的时期内，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。

但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。

但作为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。

图2—1表示是一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对用直流励磁的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。

定子与转子之间有一气隙。

电枢铁心上装置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别接到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片,换向片之间互相绝缘。

由换向片构成的整体称为换向器，固定在转轴上。

在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。

图2—1最简单的两极直流电机模型

如果将直流电压直接加到线圈AX上，导体中就有直流电流通过。

设导体中的电流为，载流导体在磁场中将受到电磁力的作用，线圈上的电磁转矩则为

式中，Da为电枢的外径。

由于电流为恒定，一周中磁通密度的方向为一正一负，因此电磁转矩TXA将是交变的，无法使电枢持续旋转。

然而在直流电动机中，外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷B1、B2和换向器再加到线圈上，这样情况就不同了。

因为电刷B1和B2静止不动，电流总是从正极性电刷B1流入，经过处于N极下的导体，再经处于S极下的导体，由负极性电刷B2流出；

故当导体轮流交替地处于N极和S极下时，导体中的电流将随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终保持不变，并使电动机持续旋转。

此时换向器起到将外电路的直流，改变为线圈内的交流的“逆变”作用。

这就是直流电动机的工作原理。

2.1.2直流电动机的运行特性

直流电动机的运行特性主要有两条:

一条是工作特性，另一条是机械特性，即转速-转矩特性。

分析表明，运行性能因励磁方式不同而有很大差异，下面主要对并励电动机的运行特性加以研究。

工作特性是指电动机的端电压U=UN，励磁电流If=IfN时，电动机的转速n、电磁转矩Te和效率与输出功率的关系，即n，，。

由于实际运行中较易测得，且随的增大而增大，故也可把工作特性表示为n，，。

上述条件中，为额定励磁电流，即输出功率达到额定功率、转速达到额定转速时的励磁电流。

先看转速特性。

从电动势公式和电压方程可知

上式通常称为电动机的转速公式。

此式表示，在端电压U、励磁电流均为常值的条件下，影响并励电动机转速的因素有两个：

一是电枢电阻压降；

二是电枢反应。

当电动机的负载增加时，电枢电流增大，使电动机的转速趋于下降；

电枢反应有去磁作用时，则使转速趋于上升；

这两个因素的影响部分地互相抵消，使并励电动机的转速变化很小。

实用上，为保证并励电动机的稳定运行，常使它具有稍微下降的转速特性。

并励电动机在运行中，励磁绕组绝对不能断开。

若励磁绕组断开，=0，主磁通将迅速下降到剩磁磁通，使电枢电流迅速增大。

此时若负载为轻载，则电动机的转速迅速上升，造成“飞车”；

若负载为重载，所产生的电磁转矩克服不了负载转矩，则电动机可能停转，使电枢电流增大到起动电流，引起绕组过热而将电机烧毁。

这两种情况都是危险的。

机械特性是指，励磁回路电阻=常值时，电动机的转速与电磁转矩的关系

2.1.3直流电动机的启动与调速

（1）直流电动机的启动

直流电动机接到电源以后，转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。

对电动机起动的基本要求是：

起动转矩要大；

起动电流要小；

起动设备要简单、经济、可靠。

直流电动机开始起动时，转速，电枢的感应电动势，电枢电阻又很小，因而起动电流将达到很大的数值，常须加以限制。

另一方面，起