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直流调速系统研究背景意义及国内外现状


直流调速系统研究背景意义及国内外现状 1 研究的背景及意义 2 直流调速系统国内外研究现状 1 研究的背景及意义 电气传动技术以电动机控制为控制对象,以微电子装置为核心,以电力 电子 功率变换装置为执行机构,在自动控制理论指导下组成电气传动控制系统。因电 机种 类的不同分为直流电动机传动(简称直流传动)、交流电动机传动(简称交 流传动)、步进电机 传动(简称步进传动)、伺服电动机

传动(简称伺服传动)等 等。众所周知,与交流调速系统相 比,由于直流调速系统的调速精度高,调速范 围广,变流装置控制简单,长期以来在调速传动中 占统治地位。 在要求调速性能 较高的场合,一般都采用直流电气传动。 目前,通过对电动机的 控制,将电能转 换为机械能进而控制工作机械按给定的运动规律运行且使之满足特定要求 的新 型电气传动自动化技术已广泛应用于国民经济的各个领域。 三十多年来,直流电机传 动经历了重大的变革。 首先实现了整流器的更新换 代,以晶闸管整流装置取代了习用已久的 直流发电机电动机组及水银整流装置使 直流电气传动完成了一次大的跃进。 同时,控制电路 已经实现高集成化、小型化、 高可靠性及低成本。以上技术的应用,使直流调速系统的性能 指标大幅提高,应 用范围不断扩大。直流调速技术不断发展,走向成熟化、完善化、系列化、 标准 化,在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。由于直流电气传 动技 术的研究和应用已达到比较成熟的地步,应用相当普遍,尤其是全数字直流 系统的出现,更提 高了直流调速系统的精度及可靠性。所以,今后一个阶段在调 速要求较高的场合,如轧钢厂、 海上钻井平台等,直流调速仍然处于主要地位。 早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件 构成,由于模拟器件有其固有的缺 点,如存在温漂、零漂电压,构成系统的器件较多,使得模拟 直流传动系统的控 制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展,直流传动系统已经广 泛使用 微机,实现了全数字化控制。由于微机以数字信号工作,控制手段灵活方便,抗 干扰能 力强。所以,全数字直流调速控制精度和可靠性比模拟直流调速系统大大 提高。而且通过系 统总线全数字化控制系统,能与管理计算机、 过程计算机、 程电控装置进行交换,实现生产 远 过程的自动化分级控制。 所以,直流传动控制采 用微机实现全数字化,使直流调速系统进入一 个崭新的阶段。 2 直流调速系统国内外研究现状 电力电子技术是电机控制技术发展的最重 要的助推器,电力电机技术的迅猛 发展,促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。从20 世纪60年代第一代电力 电子器件-晶闸管(SCR)发明至今,已经历了第二代有自关断能力的 电力电子器 件-GTR、GTO、MOSFET,第三代复合场控器件-IGBT、MCT 等,如今正蓬 勃发 展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。每一代的电力电子元件也未停顿, 多年来其结构、工 艺不断改进,性能有了飞速提高,在不同应用领域它们在互相 竞争,新的应用不断出现。同时 电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电 子技术、传感器技术、永磁材料技术、自 动控制技术和微机应用技术的最新发展 成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近 二十多年内发生了天翻地覆的 变化。早期直流传动的控制器由模拟分??????器件构成,由于 模拟器件有其固有的缺 点,如存在温漂、零漂电压,构成系统的器件较多,使得模拟直流传动 系统的控 制精度及可靠性较低。20世纪70年代以来,利用单片机作为控制器开始在电机控 制系统中被广泛使用,如 AT89C51等。在单片机控制系统中,单片机作为系统控 制的核心,主 要用来完成一些算法,同时还要处理一些输入/输出、显示任务等, 单片机的使用使电动机控 制系统的性能得到了很大提高。 微机,出现于20 世纪70 年代,随着大规模及超大规模集成电 路制造工艺的 迅速发展,微机的性能越来越高,价格越来越便宜。此外,电力电子的发展,使 得大功率电子器件的性能迅速提高。因此就有可能比较普遍地应用微机来控制电 机,完成各 种新颖的、 高性能的控制策略,使电机的各种潜在能力得到充分的发 挥,使电机的性能更符合 使用要求,还可以制造出各种便于控制的新型电机,使 电机出现新的面貌。 比较简单的电机微

机控制,只要用微机控制继电器或电子开 关元件使电路开通或关断就可以了。 在各种机床设 备及生产流水线中,现在已普 遍采用带微机的可编程控制器,按一定的规律控制各类电机的 动作。对于复杂的 电机控制,则要用微机控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等等, 使电机按 给定的指令准确工作。通过微机控制,可使电机的性能有很大的提高。传统的直 流电机和交流电机各有优缺点,直流电机调速性能好,但带有机械换向器,有机 械磨损及换向 火花等问题。交流电机,不论是异步电机还是同步电机,结构都比 直流电机简单,工作也比直 流电机可靠,但在频率恒定的电网上运行时,它们的 速度不能方便而经济地调节。 电机调速 系统采用微机实现数字化控制,是电气传动发展的主要方法之一。 从80 年代中后期起,世界各 大电气公司都在竞相开发数字式调速传动装置,当 流调速已发展到一个很高的技术水平:功 率元件采用可控硅;控制板采用表面安 装技术;控制方式采用电源换相、相位控制。特别是 采用了微机及其他先进技术, 使数字式直流调速装置具有很高的精度、优良的控制性能和强 大的抗干扰能力, 在国内外得到广泛的应用。数字化直流调速装置作为最新控制水平的传动 方式更 显示了强大优势。 数字化直流调速系统不断推出,为工程应用提供了优越的条件。 采用微机控 制后,整个调速系统实现全数字化,结构简单,可靠性高,操作维护方便,电机 稳态 运行时转速精度可达到较高水平。直流电机具有优良的调速特性,调速平滑, 调速范围广,过 载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动, 制动和反转,能满足生产过程 自动化系统各种不同的特殊运行要求。 由于微机具 有较佳的性能价格比,所以微机在工业过 程及设备控制中得到日益广泛的应用。


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