转速电流双闭环直流调速系统的研究和设计

摘 要：在需要高性能调速控制的工业生产中，直流调速系统有着极其重要的作用。

分析了单闭环控制和双闭环控制各自的特点，若采用转速电流双闭环控制，可以使直流调速系统能更好地满足电机的动态性能要求，实现快速的启制动。

为此进行了双闭环直流调速系统的的设计，以实现电机的双闭环控制。

下载论文网 　　关键词：直流调速系统；电机；反馈；单闭环；双闭环 　　调速系统是目前电力拖动自动控制系统中应用最广泛的系统，近年来，交流调速系统迅速发展，基本取代了直流调速系统，但是，直流电动机由于其结构简单、调速性能优良，直流拖动系统在理论和技术上都比较成熟，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用，目前的电力拖动自动控制系统中在需要高性能调速的领域大多采用直流调速系统。

1 单闭环和双闭环直流调速系统的概述 　　直流调速系统目前虽然被交流调速取代，但是直流调速在某些场合大有用处，其中最简单的直流调速控制是采用单闭环控制，也就是系统中只有一个转速负反馈，可以实现对转速的自动控制。

单闭环控制的直流调速系统结构简单、工作稳定性好、可靠性高，当采用比例积分调节器还可以实现转速的无静差控制，但是，如果实际调速系统不仅要求转速稳定，还需要较高的调速动态性能时，比如要求调速系统能快速的起制动，系统在负载变化时能减小动态速降等，则单闭环控制的直流调速系统就难以满足要求了，主要原因在于单闭环控制的直流调速系统在工作时不能随心所欲地控制转矩和电流的动态变化过程，在单闭环直流调速系统中，虽然采用电流截止负反馈能控制电流，但这种反馈只能在电机超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用来限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态变化波形。

在实际生产中需要频繁正、反转运行的直流调速系统，提高生产率的重要因素就是缩短起、制动过程的时间。

就这要求调速系统在起动和制动过程中，要始终保持电流为电机允许的最大值，以便使电磁转矩达到最大值，才能使调速系统以最大的加减速度运行，满足实际工作中对调速系统的要求。

实际系统中除了要满足快速的启制动外，还要实现当电机转速达到希望的稳态转速后，电流降到与负载电流一致，使电机的电磁转矩与实际负载转矩相平衡，最终使直流调速系统转入稳态运行。

为此在直流调速系统中普遍采用转速环和电流环的双闭环调速系统，就可以满足对调速系统的动态性能要求，若其中的转速调节器和电流调节器采用比例积分控制，还可以实现转速无静差控制。

采用转速电流调节控制的双闭环调速系统，虽然系统结构复杂，成本较高，但是能保证调速系统的可靠运行，同时能满足调速系统的启动要求，很好地满足了实际生产中对调速系统的需求。

2 转速电流双闭环直流调速系统的设计 　　转速电流双闭环直流调速系统是在单闭环转速反馈的基础上，又增加了电流反馈，并且两种反馈要相互限制，不能同时工作，具体是要使调速系统在启动时，只有电流负反馈，没有转速负反馈，以便实现最大恒值电流的启动，使启动转矩最大，减少电机启动时间，而在电机正常运行时，则需要转速负反馈起作用，暂不需要电流负反馈，以实现电机转速的平衡。

为了使转速和电流两个负反馈分别起作用，必须在系统里设置两个调节器以达到分别控制，才能实现转速电流双闭环的直流调速控制，具体系统由给定环节、转速调节器（ASR）、电流调节器（ACR）、整流触发装置、两个反馈环节的转速检测和电流检测、被控对象直流电机等。

系统中的转速环是由转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成的，电流环是由电流调节器ACR以及电流检测反馈回路构成的，转速环和电流环的连接采用嵌套结构，具体来说是电流环在里面，转速环在外面，所以，电流环也称为内环，转速环则称为外环，两者之间的连接关系是外环包围内环，也就是电流环是转速环的其中一部分。

为了使直流调速系统实现转速无静差，满足工作性能要求，转速调节器和电流调节器通常都采用比例积分调节器，以满足对调速系统的各项要求。

3 转速电流双闭环直流调速系统单元模块设计 　　3.1 转速给定模块 转速给定模块是双闭环直流调速中的给定环节，主要是通过滑动变阻器调节电阻值来改变给定信号的电压值。

转速给定可以产生极性可变、幅值可调的可平滑调节的给定电压。

3.2 转速检测模块 转速检测模块主要由测速发电机与直流电动机同轴相连来实现转速测量，并把转速检测信号反馈到给定输入端，通过给定量与反馈量的比较，开控制转速调节器。

3.3 电流检测模块 电流检测模块主要是实现电流负反馈，目的是控制电流使其满足电机启动和制动的要求，它是将电机的实际电流反馈送到控制器中，实现电流的控制。

3.4 电源模块 电源系统是直流调速系统的重要环节，主要给系统给定模块提供电源，直流稳压电源主要由整流电路和滤波电路两部分组成。

整流电路主要将交流电变换成直流电。

滤波电路主要是滤除干扰信号，使输出电源平滑。

3.5 控制模块 控制模块是双闭环直流调速系统中的重要环节，主要是通过控制转速调节器ASR和电流调节器ACR的不同工作情况，可以实现转速环和电流环分开工作，有助于直流调速系统满足实际工作动态性能的要求。

4 结束语 　　转速电流双闭环直流调速系统通过转速调节器和电流调节器的相互配合，可以实现电机启动时，转速环暂不起作用，让电流环起主要作用，实现最大恒值电流启动，保证启动转矩最大，电机启动快，时间短，能满足对电机系统快速启动的要求。

当直流电机稳定运行时，则转速环起主要作用，实现转速无静差控制，电流环则不起作用，电机额定电流与负载电流达到平衡，可以实现转速无静差控制，满足对系统转速稳定的要求。

这就充分体现了转速电流双闭环控制的优越性，可以更好的满足实际需求。

参考文献： 　　[1]高科，张大林.双闭环直流电机调速系统[J].江西化工，2014（4）：193—195. 　　[2]陈晓彬，贺强，潘学科.转速、电流双闭环调速系统的设计[J].水电与新能源，2013（S1）：33—37. 　　[3]王鑫，张丽玲.转速、电流双闭环直流调速系统设计[J].科技信息，2010（1）：76+55. 　　作者简介： 　　肖宝（1993—），男，新疆石河子人，塔里木大学机械电气化工程学院，农业电气化与自动化专业，本科，电气化16—3班学生。