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摘要：文章对双闭环直流电机调速系统进行设计，文章根据设计要求，采用三相直流电为电机供电，首先介绍了直流电机的调速原理，然后分析了设计双闭环直流电机调速系统的整体架构，最后对双闭环直流电机调速系统的相关保护机制进行设计，希望能够为相关人员提供一定的参考与借鉴。
关键词：双闭环；直流电机；调速系统；设计
引言
电机调速系统是电机控制系统的重要组成部分，也是影响电机系统运行质量的关键因素。因此，转速、直流双闭环电机调速系统是相关技术人员最为熟悉和了解的。探究双闭环直流电机调速系统，能够有效保障电机转速，为后续工作的顺利进行提供保障。
1直流电机调速原理
直流电动机是一种将电能转化为机械能、驱动生产机械运转进行生产的装置，对于不同的负载，一般要求电机转速在一定范围内可调，且尽可能降低成本、化简调节方法、扩大调节范围。直流电机在调速方面具有很好的性能。直流电机的转速（n）与其他能量的关系如下：
其中CE为电动势常数，由电机结构决定，Ua为电枢电压（V），R为电枢回路总电阻（Ω），Ia为电枢电流（A）；φ为励磁磁通（Wb）。
由上式可知，CE为常量，电枢电流由负载决定。因此，直流电机有三种调速方法：一，改变电枢电阻，这种方式适用于一定范围的无级调速系统；二，改变励磁电流，进而改变励磁磁通；三，改变电枢电压。
2双闭环直流电机调速系统的设计
2.1设计要求
一，双闭环直流电机调速系统的主电路采用三项全控桥；二，调速系统能够进行平滑地速度调节，且具有较宽的转速调节范围，在工作范围内，能够保证系统稳定工作；三，系统在5％负载以上变化的运行范围内，电流连续；四，系统特性良好，无静差；五，调速系统设置有过电流保护、过电压保护，同时要求制动措施；六，转速超调量8％，动态最大转速降8％，调速系统的过渡过程时间（调节时间）。
2.2系统设计
一，直流电机的选择。直流电机是调速系统的关键，直流电机需要使用三相直流电供电，文章采用三相桥式整流电路变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机，如图1所示。
图1三相桥式整流电路变三相直流电源的方法
二，系统具体设计。文章设计的双闭环直流调速系统，三相交流电路的交、直流侧及三相桥式整流电路晶闸管中有电压、电流保护。一般保护有快速熔断器、压敏电阻、阻容式。根据不同的器件和保护的不同要求采用不同的方法。根据选用的方法，分别计算保护电路的各个器件的参数。驱动电路是电力电子装置的重要环节，是控制电路与电力电子主电路之间的接口，对整个设备性能的影响很大。因此，性能良好的驱动电路，能够缩短开关时间，使电力电子器件处于较为理想的工作状态，同时减少开关损耗，提升装置的安全性、可靠性和运行效率。驱动电路的基本任务就是按照信息电子电力控制目标的要求，将其传来的信号转换为能够开通、关闭公共端与电力电子控制端之间的信号。驱动电路中一般会使用晶闸管，也就是半控型器件，驱动电路只需要提供开通信号就能够实现对系统的控制。
直流调速系统中应用最普通的方案是转速、电流双闭环系统，采用串级控制的方式。其中电流负反馈为内环，其作用是改善系统的动态性能，实现限流，同时实现电机的转距控制；转速负反馈为内环，其作用是为系统的稳定性及精确度提供保障。相较于单闭环调速系统，双闭环直流电机调速系统在动态限流性能、突加给定下的跟随性能、抗扰动性能等方面，都具有突出优势。
一般通过以下三种方式确定直流调速系统以及选择双闭环调速系统的组成主电路及电路结构：直流斩波器或脉宽调制变换器、静止式可控整流器、旋转变流机组。机组供电的直流系统需要转换变流机组，而且至少需要包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要仪态励磁发电机，因此所需费用较高，且体积大，效率低。因此，文章设计的系统选择第二个可控直流电源。
文章设计完成的双闭环直流电机调速系统在一定范围内能够实现无级平滑调速，因此选用调节电枢供电电压的方式，以调压、调速为主，实现对调速系统的控制，根据晶闸管特性，一般通过调节控制角α的大小来实现对电压的调节。
当直流电压脉动较小或者整流负载容量较大时，可以采用三相整流电路，由三相电源对交流侧供电。本设计采用了三相全控桥整流电路来供电，该电路是目前应用最广泛的整流电路，输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。主电路原理图如图2所示。
图2主电路原理图
2.3保护功能设计
一，主电路保护电路设计：虽然电力半导体元件优点突出，但是相较于一般的电器设备，其过电压和过电流的性能要脆弱很多，短时间的过电压和过电流都会损伤元件，进而导致变流设备出现故障。因此，对于主电路保护电力的设计，除了要合理选择元件容量外，还需要做好必要的保护措施；
二，过电压保护设计：过电压保护可分为交流侧和直流侧过电压保护，前常采用的保护措施有阻容吸收装置、硒堆吸收装置、金属氧化物压敏电阻，这里采用金属氧化物压敏电阻的过电压保护。
结语
总而言之，文章设计完成的双闭环直流电机调速系统具有良好性能，能够在一定范围内实现无级平滑调速，且过电压保护设置为合理，能够实现过电压保护。但是设计研究是一个漫长的过程，要想调速系统真正投入使用，还需要一个漫长的完善时间。
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论文作者:武浩波
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/4
标签：直流电机论文; 闭环论文; 系统论文; 过电压论文; 电路论文; 电枢论文; 转速论文; 《基层建设》2018年第9期论文;