双闭环直流电机调速系统
摘要：
关键词：
引言：速度和电流双臂环直流调速系统，是由单闭环调速系统发展而来的，调速系统采用比例积分调节器，实现了转速的无静差调速。

又采用直流截止负反馈环节，限制了启（制）动时的最大电流。

这对一般要求不太高的调速系统，基本已能满足要求。

但是由于电流截止反馈限制了最大电流，再加上电动机反电动势随着电机转速的上升而增加，使电流达最大值后便迅速将下来。

此时，电机的转矩也减小，使启动过程变慢，启动时间较长。

一、双闭环直流调速系统的组成
转速、电流双闭环直流调速系统原理如图 1 所示。

系统的组成框图如图2所示。

图1 转速-电流双闭环直流调速系统
图2 转速-电流双闭环直流电机调速系统组成框图
由图可见，该系统由两个反馈构成两个闭环回路，其中一个是由电流调节器ACR和电流检测——反馈环节构成的电流环，另一个是由速度调节器ASR和转速检测——反馈环节构成的速度环。

由于速度环包围电流环，因此称电流环为内环，称速度环为外环。

在电路中，ASR和ACR实行串级联接，即由ASR去“驱动”ACR，再由ACR去控制“触发电路”。

图中ASR和ACR均为PI调节器。

ASR、ACR的输入、输出量的极性主要视触发电路对控制电压的要求而定。

（一）直流电机各物理量间的关系
直流电动机的电路图如图3所示。

由图可知，直流电动机有两个独立回路，一个是电枢回路，另一个是励磁回路。

1．电枢绕组的电磁转矩和转矩平衡关系：
2．电枢回路电压平衡关系 结合以上公式可推出即e e T a
e a T K K R K U n ⋅Φ
-Φ=
2
其中，Φ⋅=
e a K U n 0，称为电机理想空载转速，e e T a
T K K R n ⋅Φ=
∆2
为电机转速降，故直流电机的调速方法
改变电压调速，采用此方法的特性曲线如下图6所示：
图6 改变U 时的机械曲线特性
3．直流电动机的系统框图
（二）转速调节器与速度调节器—比例积分电路（PI 调节器）
PI 调节器的电路原理图如图7所示：
图7 PI调节器的电路原理图图8 PI调节器的输出特性
（三）单相桥式整流电路
单相桥式整流电路原理图如下图9所示：
它是由四个二极管接成电桥的形式结构构成的，如图9（a）所示，（b）是其简化画法。

工作原理：
（1）u>0，导通，截止。

电流的i的通路为：
（2）u<0,导通，截止。

图9 单相桥式整流电路
（四）三相半控桥式整流电路
1. 晶闸管
（1）基本结构：晶闸管是具有三个PN 结的四层结构，如图11所示。

引出的三个电极分别为阳极A ，阴极K 和控制极（或称门极）G 。

（2）工作原理：晶闸管可以看成是由PNP 型和NPN 型两个晶体管连接而成，每一个晶体管的基极与另一个晶体管的集电极相连，如图12所示。

阳极A 相当于NPN 型晶体管T2的发射极。

图11 晶闸管的架构和表示符号 图12 晶闸管的工作原理
2. 晶闸管整流电路
半控桥式整流电路（简称半控桥），电路图如下图13所示：
图13 单向半控桥式整流电路
当u>0, 1T 导通，截止 电流通路：
当u<0，1T 、2D 截止，2T 、1D 导通 电流通路：
图 15 三相半控整流电路
图14整流电路的电压与电流波形
由于直流电机供电电源为三相交流电，故应采用图15所示的三相半控整流电路。

（五）单结晶体管触发电路
图15（a ）是由单结晶体管组成的驰张振荡电路，可从电阻1R 上取出脉冲电压G U 。

图15单结晶体管张弛振荡电路
图16 由单结晶体管触发的单相整流电路
图17 单结晶体管触发电路（六）测速发电机
测速发电机的原理见图1的速度反馈中的RP2和TG。

二、系统框图
三、双闭环直流调速系统的工作原理和自动调节过程：
（一）电流调节器ACR的调节作用：电流环为由ACR和电流负反馈组成的闭环，它的主要作用是稳定电流。

（二）速度调节器ASR的调节作用：
四、五、参考文献
（1）秦曾煌《电工学》高等教育出版社
（2）邱关源、罗先学《电路》高等教育出版社（3）孔凡才《自动控制原理与系统》机械工业出版社拖动控制系统。