第4章
可逆控制和弱磁控制
的直流调速系统 电力拖动自动控制系统
—运动控制系统
1
内 容 提 要
调速系统的四象限运行
直流PWM可逆调速系统
V-M可逆直流调速系统
2
电动机除电动转矩外还须产生制动转矩，实现生产机械快速的减速、停车与正反向运行等功能。
在转速和电磁转矩的坐标系上，就是四象限运行的功能，
这样的调速系统需要正反转，故称可逆调速系统。
图4-1 调速系统的四象限运行 3
4.1
直流PWM可逆调速系统
4 图2-10 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统
5 图2-11 有制动电流通路的不可逆PWM变换器-直流电动机系统
4.1.1
桥式可逆PWM变换器
图4-2 桥式可逆PWM变换器电路 6
图
4-3 双极式控制可逆PWM变换器的驱动电压、输出电压和电流波形 3241ggggUUUU
在一个开关周期内，
当0≤t
当ton≤t
, UAB的平均值为正，电动机正转；反之则反转。
,平均输出电压为零，电动机停止。 2Tton
2Tton
7
双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：
（1）电流连续，电动机在四象限运行；
（2）电动机停止时有微振电流，能消除静磨擦死区；
（3）低速平稳性好，系统的调速范围大；
（4）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利
于保证器件的可靠导通。
8 双极式控制方式的不足之处是：
在工作过程中，4个开关器件可能都处于开
关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、
下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥
臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。
4.1.2
直流PWM可逆直流调速系统转速
反向的过渡过程
a点过渡到b点，Id从正向IdL降低为零。
b点过渡到c点 ， Id从零反向上升到允许的制动电流-Idm 。
c点过渡到d点 ，回馈制动状态，转速将减速到0 。
d点过渡到e点 ，反向起动状态 ,转速要超调，转速环退饱和 。
15 前言
随着社会的不断发展，科学技术也在不断的进步。自动控制技术已经广泛应用于工业、农业、国防、交通运输、空间技术、管理工程的各个领域中。自动控制技术是科学技术现代化的重要标志之一。虽然电子科技在不断的壮大，自动控制技术也在不断提高，但人们的生活水平也在不断的提高，有些时候还是不能满足人类的需求。例如，由于晶闸管的单向导电性，只用一组晶闸管交流器对电动机供电的调速系统，只能获得单方向的运行，是不可逆的调速系统。但在生产实际中，人们需要一类既能正转又能反转的生产机械，且在减速和停车时，还要求有制动转矩，以缩短制动时间，常见的这类机械有可逆扎机、吊车、电气机车等。
因此，人们就采用了逻辑无环流可逆调速系统。它无环流、且对于大容量系统，可靠性特别高，体积小、成本和损耗也特别小，反向快，过度平滑等。为此，我在这里特别介绍以下逻辑无环流可逆调速系统。
由于时间仓促，而且我的水平有限，所以错误之处再所难免，希望指导老师能够给予指正批评。
15 目录
设计任务书…………………………………………………………2
方案的选择…………………………………………………………3
第一章直流调速系统的概述……………………………………4第一节直流调速系统的基本概念…………………………4
第二节直流调速方式………………………………………5第三节直流调速系统的主要性能指标………………………8第四节双闭环直流调速系统的静特性分析……………10
第二章可逆直流调速系统……………………………………11
第一节晶闸管直流调速系统的可逆线路…………………11
第二节可逆直流调速系统中的环流分析…………………15
第三章逻辑无环流可逆调速系统……………………………16
第一节系统的工作原理及组成……………………………16
第二节可逆系统对无环流逻辑控制器的要求。。。。。。。。。18
第三节无环流逻辑控制器的组成原理……………………21
.
1 / 47 摘 要
直流电机调速控制系统因其调速控制方法简单、调速性能良好而广泛地应用于生产实际，实现了共精度的速度控制要求，通过建立直流电机调速控制系统仿真系统，是研究直流电机调速控制系统的稳态和动态特性的一个重要途径。本毕业设计是在理解直流可逆调速系统的系统结构和调速原理，针对双闭环无静差、双组反并联晶闸管直流可逆系统，建立三种系统控制结构，设计PWM可逆调速系统、α=β配合控制可逆调速系统以与逻辑无环流可逆调速系统控制器，应用Matlab/Simulink, 建立他们的仿真模型并且分析他们的运行性能。本设计的优点很多，例如系统参数修改方便，信息显示全面，可以做性能参数对照显示等。
关键词：直流电机；MATLAB仿真；可逆调速
.
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ABSTRACT
In this paper ,DC motor speed control system because of its speed control
method is simple, good speed performance and widely applied to actual
production, to achieve a total accuracy requirements of speed control, through
the establishment of the DC motor speed control system simulation system, is
an important way for the steady state and dynamic characteristics of the DC
motor speed control system. This graduation design is in the structure of the
system and the principle of speed regulation understanding of DC reversible
第三章 直流调速系统参数测定
双闭环调速系统动态结构如图3-1所示，要想得到系统的结构模型就必须对直流调
速系统的各个参数进行测试。本章主要测试电枢回路电阻、机电时间常数、电磁时间常
数、电势常数、转矩常数以及触发-晶闸管放大倍数、电流系数和转速反馈系数。本章
内容是综合设计的基础。
图3-1 转速、电流双闭环系统动态结构图
一、电枢回路电阻的测定
1. 测试原理
电枢回路总电阻R包括电动机的电
枢电阻Ra、电抗器的直流电阻R
L 、整
流装置的内阻R
n以及电枢回路的附加电
阻、线路电阻（合计为Rc，无附加电阻
取Rc
=
0），则电枢回路总电阻为式（3-1）
所示。
R
=
Ra
+
R
L +
Rn
+
Rc （3-1）
测试电动机电枢回路各电阻方法有
多种，本次设计采用伏安比较法实验测
定。
2. 测试步骤
（1）按图3-2接线，变阻器R采用负载变阻箱，将负载变阻箱上的开关拨到“断”
位置。电动机M不接励磁。 ***此时电机处于堵转状态，测试时间尽量短。***
（2）先合电源开关，确保给定电压值为“0”，方可闭合主控开关。
开环电路实验，为了防止直流电动机直接启动，必须确保给定电压为“0”。
（3）缓慢调节给定电压U
CT ，使整流装置的输出电压U
d =（30～70）%·U
NOM
，调 图3-2 电阻参数的测定
()sU
n*
11
+sT
on- +
- + ()sU
d()sU
i*
11
+sT
oiASR ()sE
+()sU
ct
1+sTK
ssACR-
11
1+sTR()sI
dL
-
+ sTR
m
1+sT
onnα1+sT
oiiβ ()sn
Φ
eC1节变阻器R（负载变阻箱），使I
d =
（80～90）%·I
NOM，读取电流、电压值为I
d1、U
d1 ，
得到整流装置的理想空载电压U
d0。
U
d0 =
I
dR＋U
d1 （3-1）
（4）在U
d 不变的条件下（即保持U
CT 恒定），调节变阻器R（负载变阻箱），使I
d
=（80～90）%·I
