直流电机速度控制

直流电机速度控制调节系统调节系统是一类通常能提供稳定输出功率的系统。例如，电机速度调节器要能在负载转矩变化时仍能保持电机速度为恒定值。即使负载转矩为零，电机也必须提供足够的转矩来克服轴承的粘滞摩檫影响。其它类型的调节器也提供输出功率，温度调节器必须保持炉内的温度恒定，也就是说，即使炉内的热量散失也必须保持炉温不变。一个电压调节器必须也保持负载电流值变化时输出电压恒定。对于任何一个提供一个输出，例如速度、温度、电压等的系统，在稳态下必定存在一个误差信号。电气制动在许多速度押制系统中，例如轧钢机，矿坑卷扬机等这些负载要求频繁地停顿和反向运动的系统。随着减速要求，速度减小的比率取决于存储的能量和所使用的制动系统。一个小型速度控制系统（例如所知的伺服积分器）可以采取机械制动，但这对大型速度控制器并不可行，因为散热很难并且很昂贵。可行的各种电气制动方法有：回馈制动。涡流制动。能耗制动。反向（接）制动。回馈制动虽然并不一定是最经济的方式，但却是做好的方式。负载中存储的能量通过工作电机（暂时以发电机模式运行）被转化成电能并被返回到电源系统中。这样电源就充当了一个收容不想要的能量的角色。假如电源系统具有足够的容量，在短时回馈过程中最终引起的端电压升高会很少。在直流电机速度控制沃特-勒奥那多法中，回馈制动是固有的，但可控硅传动装置必须被排布的可以反馈。如果轴转速快于旋转磁场的速度，感应电机传动装置可以反馈。有品闸管换流器而来的廉价变频电源的出现在变速装置感应电机应用中引起了巨大的变化。涡流制动可用于任何机器，只要在轴上安装一个铜条或铝盘并在磁场中旋转它即可。在大型系统中，散热问题很重要的，因为如果长时间制动，轴、轴承和电机的温度就会升高。在能耗制动中，存储的能量消耗在回路电阻器上。用在小型直流电机上时，电枢供电被断开，接入一个电阻器（通常是一个继电器、接触器或品闸管）。保持磁场电压，施加制动降到最低速。感应电机要求稍微复杂一点的排布，定子绕组被从交流电源上断开，接到直流电源上。产生的电能继而消耗在转子回路中。能耗制动应用在许多大型交流升降系统中，制动的职责是反向和延长。任何电机都可以通过突然反接电源以提供反向的旋转方向（反接制动）来停机。在可控情况下这种制动方法对所有传统装置都是适用的。它主要的缺点就是当制动等于负载存储的能量时，电能被机器消耗了。这在大型装置中就大大增加了运行成本。等脉宽PWM法VVVF装置在早期是采用PAM控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。随机PWM在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的），尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用的今天，对于载波频率必须哏制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值；另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，随机PWM技术正是提供了一个分析、解决这种问题的全新思路。空间电压矢量控制PWM空间电压矢量控制PWM也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结杲决定逆变器的开关，形成PWM波形。此法从电动机的角度出发，把逆变器和电机看作一个整体，以内切多边形逼近圆的方式进行控制，使电机获得幅值恒定的圆形磁场（正弦磁通）。具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式。磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量，若采样时间足够小，可合成任意电压矢量。此法输出电压比正弦波调制时提高15%，谐波电流有效值之和接近最小，磁通闭环式引入磁通反馈，控制磁通的大小和变化的速度。在比较估算磁通和给定磁通后，根据误差决定产生下一个电压矢量，形成PWM波形。这种方法克服了磁通开环法的不足，解决了电机低速时，定子电阻影响大的问题，减小了电机的脉动和噪音。但由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到根本性的改善。矢量控制PWM矢量控制也称磁场定向控制，其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia,Ib及Ic，通过三相|二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ibl,再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml及相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿对直流电动机的控制方法，实现对交流电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。但是，由于转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果，这是矢量控制技术在实践上的不足。此外.它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制，在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便。无刷直流电机是近年来迅速发展起来的一种新型电机，它利用电子换相代替机械换相，既具有直流电动机的调速性能，又具有交流电机结拘简单、运行可靠、维护方便等。而且体积小、效率高，在许多领域已得到了广泛的运用。单片机控制的永磁无刷直流电动机调速系统适用于电动自行车等小功率的工作情况。并能将多余的电能回溃。该系统具有调速性能好、功率因数高、节能、体积小、重量轻等优点。根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽？厕控制，并通过转速传感器测量转速通过数码管动态显示出其转速'通过软硬件的配合使用，实现了整个系统的速度控制的要求。无刷直流电动机驱动器理想的扭矩生产：如前所述，直流无刷电机一般描述了电机具有trape-zoidal反电势。对于这种情况下，相电流矩形脉冲，有时松散确定为叫spuareware电流。虽然可以用来描述杻矩生产汽车，在三个阶段已标有A,B，和C分别，图中的反电势的形状，取背部电磁场除以速度，是trape-zoids有2\3占空比。也就是说，每180度的反电势形状不变超过120度。目前与反电势各组成矩形类有2\3占空比，那些非零部分脉冲排列与该单位的各自领域的反电势的形状和极性当前匹配的反电势。生产的是恒转矩显示出底部的数字。在每一个60度部分是一个阶段，目前的流动负面影响另一个，没有电流流动的第三阶段。这些信件低于恒转矩线表明目前的分两个阶段进行，与消极overbar表明当前流动或流出的一个阶段。每隔60度在反电势的阶段提出了过渡时期，目前仍然在一个阶段不变，而目前在另一到零，目前在第三无刷直流电动机驱动器变为非零，超过360度有6个过渡或减刑前重复序列。因此，这种马达驱动通常称为六步驱动器直流电机速度控制所有直流电机速度控制的基本关系都可以由下式得出：E^^3U=E+IaRa各项就是它们通常所指的含义。