毕业设计（论文）无环流直流可逆调速系统的分析设计与仿真.doc

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1、无环流直流可逆调速系统的分析设计与仿真摘要许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是需要可逆的调速系统。采用两组晶闸管反并联的可逆调速系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称做环流。有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，当工艺过程对系统过度特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统。本文介绍了逻辑无环流可

2、逆直流调速系统的基本原理及其构成，并对其控制电路进行了计算和设计。运用了一种基于Matlab的Simulink和Power System工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真新方法，实现了转速电流双闭环逻辑无环流直流可逆调速系统的建模与仿真。重点介绍了无环流逻辑切换装置及其建模，给出了直流可逆调速系统的仿真模型和仿真结果，实验结果表明仿真结果非常接近理论波形，可信度较高。关键词: 直流电机；环流；逻辑无环流可逆调速；Matlab仿真The Analysis Design and Simulation of No Circulation DC Reversible Speed Regulation

3、 System AbstractMotor manufacturing machinery requires a lot of both forward, and can reverse, and often also need a fast start and brake, which requires electric drive system features a four-quadrant operation, which is reversible speed control system needs. Using two anti-parallel thyristor revers

4、ible motor speed control system is solved, the issue reversal operation and regenerative braking, but if two devices simultaneously rectified voltage, there will be no flow through the load directly flow between the two groups of thyristor short-circuit current, called circulation.With Loop system,

5、while having the reverse fast, smooth transition, etc., but set several circulation reactor after all, is cumbersome. Therefore, when the process characteristics of the system over the smoothness is not critical, especially for large capacity systems, often with neither instantaneous current pulse o

6、f the average circulation and no reversible circulation without circulation system.This article describes the reversible without circulating current basic principle of DC drive system and its components, and the control circuit of the calculation and design. Based on the use of Matlab Simulink and P

7、ower System Toolbox, System electrical schematic diagram for the simulation of new methods to achieve the speed of current double closed-loop DC SR without circulating current system Modeling and Simulation. Highlights the logic of switching devices without circulation and modeling, given DC SR syst

8、em simulation model and simulation results, experimental results show that simulation results are very close to the theoretical waveform, reliable.Keywords: DC motor circulation ;logic ;without circulation reversible speed ;Matlab simulation目录第一章 绪论11.1 课题研究的目的与意义11.2 我国电力拖动自动控制系统的发展概况1第二章 MATLAB的基本

9、知识32.1 MATLAB的介绍32.2 MATLAB（Sumilink）的介绍42.3 Simulink 使用52.3.1 Simulink定义52.3.2 Simulink的模块库介绍52.3.3 Simulink功能模块的处理52.4 观察Simulink 的仿真结果72.4.1 Simulink的运行7第三章 直流电动机基本理论103.1 直流电动机工作原理与调速方法103.2 他励直流电动机的反接制动113.2.1 电压反向反接制动迅速停机113.2.2 电动势反向反接制动下放重物13第四章 无环流可逆调速系统工作过程分析154.1 无环流可逆调速系统简介154.2 逻辑无环流调速系

10、统主电路和系统控制电路的系统组成154.3 逻辑无环流调速系统的原理图164.4 逻辑无环流系统工作原理16第五章 系统各环节模块的设计195.1 主电路的设计195.1.1 主电路的模型195.1.2 主电路的组成及其工作原理195.1.3 主电路参数的设定及仿真模型205.2 电流调节器设计215.2.1 电流环结构图的简化215.2.2 电流调节器结构的选择225.2.3 电流调节器的参数计算225.2.4 电流调节器的作用235.3 转速调节器设计235.3.1 转速环结构图的简化235.3.2 转速调节器结构的选择245.3.3 转速调节器的参数计算245.3.4 转速调节器的作用2

11、45.4 检测环节和反馈环节设计255.4.1 检测回路255.4.2 反馈环节的设定265.5 逻辑控制器设计275.5.1 逻辑控制器模型275.5.2 逻辑控制器的工作原理275.5.3 逻辑控制器的组成285.5.4 DLC输入输出逻辑控制表29第六章 调速系统的调试及动态仿真316.1 逻辑无环流调速系统的动态仿真316.2 图形分析33第七章 总结34参考文献35致谢36第一章 绪论1.1 课题研究的目的与意义直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高等优点，因而直流电机调速系统在工业传动系统中的到广泛应用。在实际的生产中，许多生产机械不

12、仅要求调速系统能够完成调速的任务，而且还要求系统能够可逆运转，例如可逆式初轧机的可逆轧制、龙门刨床工作台的往返运动、矿井卷扬机和电梯的提升和下降、电气机车的前进和后退等；有些生产机械虽然不要求可逆运行，但要求能进行快速电气制动，如连轧机煮传动及其开卷机、卷取机等。从直流电动机的工作原理可知，要使其制动或者改变旋转方向，就必须改变电动机的电磁转矩的方向。改变电动机电磁转矩的方向有两种方法：一种是改变电动机电枢电压的极性，另一种是改变励磁磁通的方向。与此对应，晶闸管-直流调速系统的可逆线路有两种：电枢反接线路和励磁反接可逆线路。对于大容量的系统，从生产角度出发，往往采用既没有直流平均环流，有没有脉

13、动环流的无环流可逆系统。无环流可逆系统省去了环流电抗器，没有了附加的环流损耗，节省变压器和晶闸管装置的附加设备容量。和有环流系统相比，因环流失败造成的事故率大为降低。因此，无环流可逆调速系统在生产中被广泛运用。所以我选择了用MATLAB仿真软件来研究电动机中无环流直流可逆调速系统的分析设计与仿真。以考察自己的所学的知识和分析能力,达到理论与实际相结合的目的。1.2 我国电力拖动自动控制系统的发展概况电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。直流电

14、动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到应用。由于半导体技术在电力电子学和模拟及数字电子学方面的迅速发展，促使了电力拖动自动控制系统的日新月异。在世界各国的工业部门中，至今还广泛地应用着直流电力拖动系统。直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而准确的调速，以及快速响应等。在一定时期以内，直流拖动系统仍将具有强大的生命力。晶闸管使直流电力拖动的调速技术发生巨大变化。相对于原有的直流发电机组对直流电动机供电的直流拖动系统，采用晶闸管静止变流器供电的系统具有体积小无噪声效率高等一系列优点。在60年代和70年代，直流拖动达到全盛

15、时期。目前，晶闸管控制的直流拖动普遍地应用于轧机拖动纺织机械造纸机械和电力机车等场合。用晶闸管变流器控制的他励直流拖动机调速系统，至今仍是工业中应用最广泛的拖动系统。这种系统若采用电枢电压控制，可以得到低于基速的转速调节。若采用削弱磁场控制，可以得到高于基速的转速调节，可以通过晶闸管的串联和并联，来达到高电压和大电流。采用电力拖动自动控制系统，一方面可以把人们从繁重的体力劳动中解放出来，自动地把电能变换成所需要地机械能，另一方面也可以把人们从信息处理地繁杂的事务工作中解脱出来。因此，应用电力拖动自动控制系统可以具有以下一些优点：首先是改善生产过程中的工作条件、节约劳动力和减少原材料和能源的消耗

16、；其次是提高生产设备的利用率、可靠性安全性及其寿命，减少故障率和重大故障的可能性；最后对于某些因生产工艺和环境条件等原因造成的不能或不宜由人进行控制的场合，可以实现过程控制等方式。直流调速系统的设计要完成开环调速、单闭环调速和双闭环调速等过程，需要观察比较多的测点，而且需要计算的参数较多，所以在设计过程中使用了MATLAB中的Simulink工具箱来进行辅助设计，由于它可以构建被控制系统的动态模型，直接观察各观测点的波形，因此调速系统性能的完善可以通过反复修改动态模型来完成，而不必对实物进行拆装和调试。MATLAB中的建立模型、仿真工具Simulink具有模块组合方便、直观性能分析等优点，可以

17、缩短产品的设计开发过程，也给教学环节提供了试验的平台。第二章 MATLAB的基本知识2.1 MATLAB的介绍MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称。MATLAB 是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。使用 MATLAB，您可以较使用传统的编程语言（如 C、C+ 和 Fortran）更快地解决技术计算问题。MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这

18、些应用领域内特定类型的问题。MATLAB 提供了很多用于记录和分享工作成果的功能。可以将您的 MATLAB 代码与其他语言和应用程序集成，来分发您的 MATLAB 算法和应用。MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。当前流行的MATLAB 7.1/Simulink 6.3包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具

19、包(Toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包.功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类。开放性使MATLAB广受用户欢迎.除内部函数外,所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。此高级语言可用于技术计算此开发环境可对代码、文件和数据进行管理交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等二维和三维图形函数可用于可

20、视化数据。各种工具可用于构建自定义的图形用户界面各种函数可将基于 MATLAB 的算法与外部应用程序和语言（如 C、C+、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成利用 MATLAB 开发环境，可以开发算法、交互地分析数据、查看数据文件以及管理项目。2.2 MATLAB（Sumilink）的介绍MathWork开发的Sumilink是MATLAB里的重要软件工具之一，其主要的功能是实现动态系统建模、仿真与分析，从而在实际系统制作出来之前，可以预先对系统进行仿真与分析，并可以对系统做适当的实际修正或者按照仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数，以提高系统的性能

21、，减少系统设计过程中反复修改时间，实现高效率地开发系统的目标。支持连续与离散系统以及连续离散混合系统，也支持线性与非线性系统，还支持具有多种采样的系统。Sumilink 仿真特色：传统的系统微分方程或差方程等数学模型，非常抽象而且不易理解。Sumilink建模直接绘制控制系统的动态模型结构图，就像用笔与纸来画图一样容易，且更简单、准确而快捷。这种直觉的图形化形式，非常直观，容易理解；不仅大大简化设计的流程，减轻设计负担、降低设计成本、提高工作效率，而且使抽象深奥的数学模型变成工程技术语言控制系统框图。实际的鼠标操作是用其点击与拖曳功能。根据实际工程中控制系统的具体构成。将上述模块库中提供的各种

22、标准模块复制到Simulink的模型窗口“untitled”中，再用Simulink的连线方法连接成一个完整的Simulink动态结构图。各个环节可按Simulink特定的方法设定或改变参数，以与实际控制系统相对应。必须强调，Simulink的模糊窗口“untitled”里建立的是系统动态结构图，保存后的文件后缀为“.mdl”，而MATLAB的的M文件编辑/调试器即“untitled”窗口里建立的是M文件，文件后缀为“.m”即MATLAB程序，两者不要混为一谈。为了管理与使用程序的方便，这两种文件最好都存在MATLAB子目里。在构建完一个模型以后，可以通过Simulink的菜单或者在MATLA

23、B命令里窗口键入命令来对系统进行仿真机分析其动态特性。对于使用者而已，菜单方式交互性强，非常方便；而命令方式对于运行某方面的仿真程序时非常有用的。其次，Simulink内置有各种分析工具：多种仿真算法、系统线性化、寻找平衡点等，都是非常先进而使用的。还有，采用Scop示波器模块与其他的画图模块，可以在仿真进行的同时，就观看到仿真结果。2.3 Simulink 使用2.3.1 Simulink定义Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力

24、投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形驶入是指Simulink提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入、输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以 .mdl 文件进行存取），进而进行仿真与分析。2.3.2 Simulink的模块库介绍Simulink模块库按功能进行分类，包括以下8类子库：Linear（线性模块）；Discrete（离散模块）；Connections（连接模块）；Demos（演示模块）；Nonlinear（非线性模块）；Blocksets&Toolboxes

25、（块设置于工具箱模块）；Sinks（接收器模块）；Sources（输入源模块）。每个模块内又有多个子模块，可以实现不同的功能。2.3.3 Simulink功能模块的处理功能模块的基本操作，包括模块的移动、复制、删除、转向、改变大小、模块命名、颜色设定、参数设定、属性设定、模块输入输出信号等。模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左键不放）而放到模型窗口中进行处理。在模型春光看中，选中模块，则其4个角会出现黑色标记，此时可以对模块进行以下的基本操作（1）转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要转向。在菜单Format中选择Flip Block旋转，选择Ro

26、tate Block顺时针旋转，或者直接按Ctrl+F键执行Flip Block，按Ctrl+R键执行Rotate Block。（2）模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。名称在功能模块上的位置也可以改变，可以用Format菜单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。（4）颜色设定：Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景颜色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜色可以通过Screen Color来改变。（5）参数设定：用鼠标双击模块，就可以进入模块的

27、参数设定窗口，从而对模块进行参数设定。参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以点击其上的help按钮。通过对模块的参数设定，就可以获得需要的功能模块。（6）属性设定：选中模块，打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进行属性设定。包括Description属性、Priority优先级属性、Tag属性、Open function属性、Attributes format string属性。其中Open function属性是一个很有用的属性，通过它指定一个函数名，则当该模块被双击之后，Simulink就会调用该函数执行，这种函数在MATLAB中称为回调函

28、数。（7）模块的输入输出信号：模块处理的信号包括标量信号和向量信号；标量信号是一种单一信号，而向量信号是一种复合信号，是多个信号的集合，它对应着系统中几条连线的合成。缺省情况下，大多数模块的输出都为标量信号，对于输入信号，模块都具有一种“智能”的识别功能，能自动进行匹配。某些模块通过对参数的设定，可以使模块输出向量信号。Simulink 完全采用标准模块方框图的复制方法来构造动态系统的结构图模型。结构图模块的创建过程就是从Simulink 模块库中选择所需要的基本功能模块，不断复制到模型窗口“untitled”里，再用Simulink 的特殊连线方法把多个基本模块连接成描述或代表控制系统实际结

29、构的方框图模型的过程。在Simulink 环境中绘制模型结构图并不很复杂，都只是依赖于鼠标操作，但是，必须要小心，仔细。鼠标的不同操作体现在光标的形状上，在默认状态下鼠标是一个箭头，但在图形的操作过程中鼠标呈现不同的形状。2.4 观察Simulink 的仿真结果2.4.1 Simulink的运行构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。设置仿真参数和选择解法器，选择Simulation菜单下的Paramenters命令，就会弹出一个仿真参数对话框，它主要用三个页面来管理仿真的参数。（1） Solv

30、er页此页可以进行的设置有：选择仿真开始和结束的时间；选择解法器，并设定它的参数；选择输出项。仿真时间：主注意这里的时间概念与真实的时间并不一样，只是计算机仿真中对时间的一种表示，比如10秒的仿真时间，如果采样步长设定为0.1，则需要执行100步，若把步长减少，则采样点数增加。一般仿真开始时间设为0.而结束时间视不同的因素而选择。总的来说，执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因素，包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速度等等。仿真步长模式：用户在Type后面的第一个下拉选项框仲指定仿真的步长选取方式，可供选择的有Variable-step（变步长）和Fixed-step（固定步

31、长）方式。变步长模式可以在仿真的过程中改变步长，提供误差控制和过零检测。固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长，不提供误差控制和过零检测。用户还可以在第二个下拉选项框中选择对应模式下仿真所采用的算法。变步长模式解法器有：ode45，ode23，ode113，ode15s，ode23s，ode23t，ode23tb和discrete。固定步长模式解法器有：ode5，ode4，ode3，ode2，ode1和discrete。步长参数：对于变步长模式，用户可以设置最大的和推荐的初始步长参数，缺省情况下，步长自动确定，它由值auto表示。仿真精度的定义（对于变步长模式）：Relative tolera

32、nce（相对误差）：它是指误差相对于状态的值，是一个百分比，缺省值为1e-3，表示状态的计算值要精确到0.1%。Absolute tolerance（绝对误差）：表示误差值的门限，或者是说在状态值为零的情况下，可以接受的误差。如果它被设成了auto，那么Simulink为每一个状态的设置的初始绝对误差为1e-6 。 Mode（固定步长模式选择）。输出选项：Refine output：这个选项可以理解成精细输出，其意义是在仿真输出太稀松时，Simulink会产生额外的精细输出，这一点就像插值处理一样。用户可以在refine factor 设置仿真时间步间插入输出点数。产生更光滑的输出曲线，改变精

33、细银子比减少仿真步长更有效。精细输出智能在变步长模式中才能使用，并且在ode45效果更好。Produce additional output：它允许用户直接指定产生输出的时间点。一旦选择了该功能，则在它的右边出现一个output times 编辑框，在这里用户指定额外的仿真输出点，它既可以是一个时间向量，也可以是表达式。与精细银子相比，这个选项会改变仿真的步长。Produce specified output only：它的意思是让Simulink只在指定的时间点上产生输出。为此解法器要调整仿真步长以使之和指定的时间点重合。这个选项在比较不同的仿真时可以确保它们在相同的时间输出。（2）Work

34、space I/O页此页主要用来设置Simulink与MATLAB工作空间变换数值的有关选项。Load form workspace：选中前面的复选框即可从MATLAB工作空间获取时间和输入变量，一般时间变量定义为t，输入变量输入为u。Initial state 用来定义从MATLAB工作空间获得的状态初始值的变量名。Save to workspace：用来设置存往MATLAB工作空间的变量类型和变量名，选中变量类型前的复选框使相应的变量有效。一般存往工作空间的变量包括输出时间向量（Time）、状态向量（State）和输出变量（Output）。Final state 用来定义将系统稳态值存往工

35、作空间所使用的变量名。Save option：用来设置存往工作空间的有关选项。Limit rows to last 用来设定仿真结果最终可存往MATLAB工作空间的变量的规模（对于向量而言就是其维数，对于矩阵而言就是其秩）；Decimation设定了一个亚采样因子，它的缺省值为1，也就是对每一个仿真时点产生值都保存，而若为2，则是每隔一个仿真时刻才保存一个值。Format 用来说明返回数据的格式，包括矩阵（Matrix）、结构（Struct）及带时间的结构（Sruct with time）。（3）Diagnostics页此页分成两个部分：仿真选项和配置选项。配置选项下的列表框主要列举了一些常见

36、的事件类型，以及当检查到这些事件时给予的处理。仿真选项options主要包括是否进行一致性检验、是否禁止复用缓存、是否进行不同版本的Simulink的检验等几项。除了上述3个主要的页外，仿真参数设置窗口还包括real-time worksop页，主要用于与C语言编辑器的交换，通过它可以直接从Simulink模型生成代码并且自动建立可以在不同环境下运行的程序，这些环境包括实时系统和单机仿真。在上一节已经介绍了示波器Scope模块的参数设置对话框，模块工具栏按钮的简要功能及其示波器属性对话框，对示波器模块的使用有了一定的了解。除了用示波器观察控制系统Simulink 仿真结果外，还可以将仿真结果信

37、号利用绘图命令绘制出图形。关于示波器，又分“Scope”示波器与“XY Graph”二维X-Y图形显示器以及直接查看数据的“Display”数字显示器。关于利用绘图命令绘图，一种是将仿真信息输入到“To Workspace”模块中，即保存到MATLAB工作空间里，再用绘制命令在MATLAB命令窗口里绘制出图形；另一种使将仿真结果信息返回到MATLAB命令里，在利用绘图命令绘制出图形。第三章 直流电动机基本理论3.1 直流电动机工作原理与调速方法1、工作原理实际的直流电动机就是利用磁场的作用了，而且要尽量减小气隙，以达到最强的磁场，由通电导体形成绕组，有转子铁心和定子磁极的极靴形成磁场，通过换向

38、器使转子的磁极的极性始终保持和定子极靴的极性相反，从而形成旋转的力矩，产生了旋转。直流电动机的由定子和转子两部分构成，定子包括：主磁极、机座、换向极、电刷装置等。转子包括：电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等。直流电动机的四种励磁方式，直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关，通常直流电动机的励磁方式有4种：直流他励电动机、直流并励电动机、直流串励电动机和直流复励电动机。2、调速方法(1)改变电枢电压变电枢电压调速是直流电机调速系统中应用最广的一种调速方法。在此方法中，由于电动机在任何转速下磁通都不变，只是改变电动机的供电电压，因而在额定电流下，如果不考虑低速下通风恶化的影响（也就是假定电动机

39、是强迫通风或为封闭自冷式），则不论在高速还是低速下，电动机都能输出额定转矩，故称这种调速方法为恒转矩调速。(2)改变电枢回路电阻各种直流电动机都可以通过改变电枢回路电阻来调速，此时 （3-1） 式中Rw为电枢回路中的外接电阻（）。当负载一定时，随着串入的外接电阻Rw的增大，电枢回路总电阻增大，电动机转速就降低。Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。这种调速方法为有级调速，调速比一般约为2：1左右，转速变化率大，轻载下很难得到低速、效率低，故现在已极少采用。(3)改变励磁电流调速当电枢电压恒定时，改变电动机的励磁电流也能实现调速。由公式3-1知，电动机的转速与磁通（也就是励磁电流）成反比，即

40、当磁通减小时，转速n升高；反之，则降低。与此同时，由于电动机的转矩是磁通和电枢电流的乘积（即），电枢电流不变时，随着磁通的减小，其转速升高，转矩也会相应地减小。所以，在这种调速方法中，随着电动机磁通的减小，其转矩升高，转矩也会相应地降低。在额定电压和额定电流下，不同转速时，电动机始终可以输出额定功率，因此这种调速方法称为恒功率。 （3-2）3.2 他励直流电动机的反接制动3.2.1 电压反向反接制动迅速停机当电动机在电动运转状态下以稳定的转速n运行时候，如图3-1所示，为了使工作机构迅速停车，可在维持励磁电流不变的情况下，突然改变电枢两端外施电压的极性，并同时串入电阻，如图3-2所示。由于电枢

41、反接这样操作，制动作用会更加强烈，制动更快。电机反接制动时候，电网供给的能量和生产机械的动能都消耗在电阻Ra+Rb上面。图3-1 制动前的电路图图3-2 制动后的电路图 同时也可以用机械特性来说明制动过程。电动状态的机械特性如下图三的特性1，n与T的关系为电压反向反接制动时，n与T的关系为 其机械特性如图3-3中的特性2。设电动机拖动反抗性恒转矩负载，负载特性如图3-3中的特性3。图3-3 反接制动迅速停机过程制动前，系统工作在机械特性1与负载特性3的交点a上，制动瞬间，工作点平移到特性2上的b点，T反向，成为制动转矩，制动过程开始。在T和的共同作用下，转速n迅速下降，工作点沿特性2由b移至c

42、点，这是，应立即断开电源，使制动过程结束。否则电动机将反向起动，到d点去反向稳定运行。电压反向反接制动的效果与制动电阻的大小有关，小，制动过程短，停机快，但制动过程中的但制动过程中的最大电枢电流，即工作于b点时的电枢电流不得超过。由图3-3可知，只考虑绝对值时式中，Eb=Ea。由此求得电压反接制动的制动电阻为3.2.2 电动势反向反接制动下放重物制动前的电路如图3-4所示，制动后的电路如图3-5所示。制动时，电枢电压不反向，只在电枢电路中串联一个适当的制动电阻。机械特性方程边变为图3-4 制动前的电路图 图3-5 制动后的电路图若电动机拖动若电动机拖动位能性恒转矩负载，则如图3-6所示。制动前

43、，系统工作在固有特性1与负载特性3的交点a上。制动瞬间，工作点由a平移到人为特性上的b点。由于，n下降，工作点沿特性2由b点向c点移动。当工作点到达c点时，但，在重物的重力作用下，系统反向起动，工作点由c点下移到d点，系统重新稳定运行。这是n反向，电动机处在制动运行状态稳定下放重物。在这种情况下制动运行时，由于n反向，E也随之反向，由图可以看出，这时E与Ua的作用方向也变为一致，但Ia和T的方向不变，T与n方向相反，成为制动转矩，与负载转矩保持平衡，稳定下放重物。所以这种反接制动称为电动势反向的反接制动运行。电动势反接制动的效果与制动电阻的大小有关。小，特性2的斜率小，转速低，下放重物满。由图

44、五知，在d点运行时，为简化分析，只取各量的绝对值，而不考虑其正负，则可见，若要以转速n下放负载转矩为的重物，制动电阻应为忽略，则 图3-6 反接制动下放重物过程第四章 无环流可逆调速系统工作过程分析4.1 无环流可逆调速系统简介许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是需要可逆的调速系统。采用两组晶闸管反并联的可逆调速系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称做环流。这样的环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担

45、，消耗功率。换流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，当工艺过程对系统过度特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统。无环流可逆调速系统可按实现无环流原理的不同而分为两大类：逻辑无环流系统和错位控制无环流系统。而错位无环流系统在目前的生产中应用很少，逻辑无环流系统目前生产中应用最为广泛的可逆系统，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑

46、控制的无环流可逆系统。4.2 逻辑无环流调速系统主电路和系统控制电路的系统组成主电路采用两组晶闸管装置反并联线路；由于没有环流，不用设置环流电抗器；仍保留平波电抗器 Ld ，以保证稳定运行时电流波形连续；控制系统采用典型的转速、电流双闭环方案；电流环为内环，转速环为外环。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。电流环分设两个电流调节器，1ACR用来控制正组触发装置GTF，2ACR控制反组触发装置GTR；1ACR的给定信号经倒相器AR作为2ACR的给定信号，因此电流反馈信号的极性不需要变化，可以采用不反映极性的电流检测方法。速度环把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。为了保证不出现环流，设置了无环逻辑控制环节DLC，这是系统中的关键环节。它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号 Ublf 用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，Ublr 用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。4.3 逻辑无环流调速系统的原理图 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACRU snU fn-U siUcfU c1Uc2UcrUsiUfiUsiUiLdA-+图4.1 逻辑控制器调速系统的原理图（ TG：永磁式直流测速