直流電機(jī)速度控制

直流電機(jī)速度控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一類(lèi)通常能提供穩(wěn)定輸出功率的系統(tǒng)。例如，電機(jī)速度調(diào)節(jié)器要能在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)仍能保持電機(jī)速度為恒定值。即使負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)也必須提供足夠的轉(zhuǎn)矩來(lái)克服軸承的粘滯摩檫影響。其它類(lèi)型的調(diào)節(jié)器也提供輸出功率，溫度調(diào)節(jié)器必須保持爐內(nèi)的溫度恒定，也就是說(shuō)，即使?fàn)t內(nèi)的熱量散失也必須保持爐溫不變。一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器必須也保持負(fù)載電流值變化時(shí)輸出電壓恒定。對(duì)于任何一個(gè)提供一個(gè)輸出，例如速度、溫度、電壓等的系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)下必定存在一個(gè)誤差信號(hào)。電氣制動(dòng)在許多速度押制系統(tǒng)中，例如軋鋼機(jī)，礦坑卷?yè)P(yáng)機(jī)等這些負(fù)載要求頻繁地停頓和反向運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。隨著減速要求，速度減小的比率取決于存儲(chǔ)的能量和所使用的制動(dòng)系統(tǒng)。一個(gè)小型速度控制系統(tǒng)（例如所知的伺服積分器）可以采取機(jī)械制動(dòng)，但這對(duì)大型速度控制器并不可行，因?yàn)樯岷茈y并且很昂貴?？尚械母鞣N電氣制動(dòng)方法有：回饋制動(dòng)。渦流制動(dòng)。能耗制動(dòng)。反向（接）制動(dòng)?；仞佒苿?dòng)雖然并不一定是最經(jīng)濟(jì)的方式，但卻是做好的方式。負(fù)載中存儲(chǔ)的能量通過(guò)工作電機(jī)（暫時(shí)以發(fā)電機(jī)模式運(yùn)行）被轉(zhuǎn)化成電能并被返回到電源系統(tǒng)中。這樣電源就充當(dāng)了一個(gè)收容不想要的能量的角色。假如電源系統(tǒng)具有足夠的容量，在短時(shí)回饋過(guò)程中最終引起的端電壓升高會(huì)很少。在直流電機(jī)速度控制沃特-勒奧那多法中，回饋制動(dòng)是固有的，但可控硅傳動(dòng)裝置必須被排布的可以反饋。如果軸轉(zhuǎn)速快于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，感應(yīng)電機(jī)傳動(dòng)裝置可以反饋。有品閘管換流器而來(lái)的廉價(jià)變頻電源的出現(xiàn)在變速裝置感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用中引起了巨大的變化。渦流制動(dòng)可用于任何機(jī)器，只要在軸上安裝一個(gè)銅條或鋁盤(pán)并在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)它即可。在大型系統(tǒng)中，散熱問(wèn)題很重要的，因?yàn)槿绻L(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)，軸、軸承和電機(jī)的溫度就會(huì)升高。在能耗制動(dòng)中，存儲(chǔ)的能量消耗在回路電阻器上。用在小型直流電機(jī)上時(shí)，電樞供電被斷開(kāi)，接入一個(gè)電阻器（通常是一個(gè)繼電器、接觸器或品閘管）。保持磁場(chǎng)電壓，施加制動(dòng)降到最低速。感應(yīng)電機(jī)要求稍微復(fù)雜一點(diǎn)的排布，定子繞組被從交流電源上斷開(kāi)，接到直流電源上。產(chǎn)生的電能繼而消耗在轉(zhuǎn)子回路中。能耗制動(dòng)應(yīng)用在許多大型交流升降系統(tǒng)中，制動(dòng)的職責(zé)是反向和延長(zhǎng)。任何電機(jī)都可以通過(guò)突然反接電源以提供反向的旋轉(zhuǎn)方向（反接制動(dòng)）來(lái)停機(jī)。在可控情況下這種制動(dòng)方法對(duì)所有傳統(tǒng)裝置都是適用的。它主要的缺點(diǎn)就是當(dāng)制動(dòng)等于負(fù)載存儲(chǔ)的能量時(shí)，電能被機(jī)器消耗了。這在大型裝置中就大大增加了運(yùn)行成本。等脈寬PWM法VVVF裝置在早期是采用PAM控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其逆變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓。等脈寬PWM法正是為了克服PAM法的這個(gè)缺點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的，是PWM法中最為簡(jiǎn)單的一種。它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。相對(duì)于PAM法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了輸入端的功率因數(shù)，但同時(shí)也存在輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。隨機(jī)PWM在上世紀(jì)70年代開(kāi)始至上世紀(jì)80年代初，由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一般不超過(guò)5kHz，電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波造成的振動(dòng)引起了人們的關(guān)注。為求得改善，隨機(jī)PWM方法應(yīng)運(yùn)而生。其原理是隨機(jī)改變開(kāi)關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲（在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的），盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開(kāi)關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱。正因?yàn)槿绱耍词乖贗GBT已被廣泛應(yīng)用的今天，對(duì)于載波頻率必須哏制在較低頻率的場(chǎng)合，隨機(jī)PWM仍然有其特殊的價(jià)值；另一方面則說(shuō)明了消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率，隨機(jī)PWM技術(shù)正是提供了一個(gè)分析、解決這種問(wèn)題的全新思路。空間電壓矢量控制PWM空間電壓矢量控制PWM也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，用逆變器不同的開(kāi)關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，由它們的比較結(jié)杲?jīng)Q定逆變器的開(kāi)關(guān)，形成PWM波形。此法從電動(dòng)機(jī)的角度出發(fā)，把逆變器和電機(jī)看作一個(gè)整體，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制，使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)（正弦磁通）。具體方法又分為磁通開(kāi)環(huán)式和磁通閉環(huán)式。磁通開(kāi)環(huán)法用兩個(gè)非零矢量和一個(gè)零矢量合成一個(gè)等效的電壓矢量，若采樣時(shí)間足夠小，可合成任意電壓矢量。此法輸出電壓比正弦波調(diào)制時(shí)提高15%，諧波電流有效值之和接近最小，磁通閉環(huán)式引入磁通反饋，控制磁通的大小和變化的速度。在比較估算磁通和給定磁通后，根據(jù)誤差決定產(chǎn)生下一個(gè)電壓矢量，形成PWM波形。這種方法克服了磁通開(kāi)環(huán)法的不足，解決了電機(jī)低速時(shí)，定子電阻影響大的問(wèn)題，減小了電機(jī)的脈動(dòng)和噪音。但由于未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本性的改善。矢量控制PWM矢量控制也稱(chēng)磁場(chǎng)定向控制，其原理是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia,Ib及Ic，通過(guò)三相|二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1及Ibl,再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iml及相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度、磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實(shí)踐上的不足。此外.它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實(shí)現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，這顯然給許多應(yīng)用場(chǎng)合帶來(lái)不便。無(wú)刷直流電機(jī)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型電機(jī)，它利用電子換相代替機(jī)械換相，既具有直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，又具有交流電機(jī)結(jié)拘簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等。而且體積小、效率高，在許多領(lǐng)域已得到了廣泛的運(yùn)用。單片機(jī)控制的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用于電動(dòng)自行車(chē)等小功率的工作情況。并能將多余的電能回潰。該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)施脈寬？廁控制，并通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速通過(guò)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示出其轉(zhuǎn)速'通過(guò)軟硬件的配合使用，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的速度控制的要求。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器理想的扭矩生產(chǎn)：如前所述，直流無(wú)刷電機(jī)一般描述了電機(jī)具有trape-zoidal反電勢(shì)。對(duì)于這種情況下，相電流矩形脈沖，有時(shí)松散確定為叫spuareware電流。雖然可以用來(lái)描述杻矩生產(chǎn)汽車(chē)，在三個(gè)階段已標(biāo)有A,B，和C分別，圖中的反電勢(shì)的形狀，取背部電磁場(chǎng)除以速度，是trape-zoids有2\3占空比。也就是說(shuō)，每180度的反電勢(shì)形狀不變超過(guò)120度。目前與反電勢(shì)各組成矩形類(lèi)有2\3占空比，那些非零部分脈沖排列與該單位的各自領(lǐng)域的反電勢(shì)的形狀和極性當(dāng)前匹配的反電勢(shì)。生產(chǎn)的是恒轉(zhuǎn)矩顯示出底部的數(shù)字。在每一個(gè)60度部分是一個(gè)階段，目前的流動(dòng)負(fù)面影響另一個(gè)，沒(méi)有電流流動(dòng)的第三階段。這些信件低于恒轉(zhuǎn)矩線表明目前的分兩個(gè)階段進(jìn)行，與消極overbar表明當(dāng)前流動(dòng)或流出的一個(gè)階段。每隔60度在反電勢(shì)的階段提出了過(guò)渡時(shí)期，目前仍然在一個(gè)階段不變，而目前在另一到零，目前在第三無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器變?yōu)榉橇?，超過(guò)360度有6個(gè)過(guò)渡或減刑前重復(fù)序列。因此，這種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)通常稱(chēng)為六步驅(qū)動(dòng)器直流電機(jī)速度控制所有直流電機(jī)速度控制的基本關(guān)系都可以由下式得出：E^^3U=E+IaRa各項(xiàng)就是它們通常所指的含義。