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单闭环直流调速系统综述
摘要
基于转速单闭环直流调速系统的工作原理，根据对主电路参数计算和对各环
节 分析的结果，进行元器件的选择以及直流调速系统电路部分的整体设计；采用 OMRON-PLC 为控制器，在熟悉CP1L-M40DR-A 型号OMRON-PLC 的结构、功能指令用法、 掌握控制程序设计调试方法的基础上，通过调速系统硬件配置和梯形图的设计，经 模拟调试输出信号，验证各种指标均满足系统的要求，设计实现调速过程速度快、 精度高、控制系统的参数便于调试和高工作可靠性的直流调速系统。 一.系统设计原理
1.1 直流调速系统的调速方法 根据直流电机的工作基本原理，直流电机的机械特性方程
n =(U-IRa)/KeQ （式1-1）
其中，U、Q ——电枢电压、磁通量； Ke——电机常数； Ra ——电枢电阻；I ——电流 由式 1-1 可知直流调速方法有三种：调节电枢电压 U、改变电机主磁通以及改 变电枢电路电阻R. 1.2 闭环直流调速系统
1.2.1闭环调速系统与开环调速系统的比较 优点 缺点 开环系统 结构简单，控制电压直接控制电机触抗干扰能力差，负载或电发电路 网电压发生波动时，电机的转速不改变，不够稳定，因此只能应用于负载相对稳定对调速系统性能要求不高的场合。 闭环系统 调速性能好，系统特性曲线较硬，转系统比较复杂，需要对调矩变化几乎不会扰动系统速度，有助节器进行工程设计。 于提高系统的精度和稳定性，从而提高生产效率和品质。
开环系统引入反馈单元形成闭环系统，当电压波动时，闭环系统可以产生相应的控制作用消除扰动，稳定性及抗干扰性较强，应用更为广泛，因此选择闭环直流调速系统进行设计。
1.2.2 单闭环调速系统原理 单闭环调速系统的结构框图与原理图如下：
Idl(s)R(Tl*S+1)UaKPUc(s)Ud0(s)N(s)(1/Ce)/(Tm*Tl*s*s+Tm*S+1)Ks/(Tg*S+1) 转速单闭环直流调速系统
原理：以电枢电压作为控制量，直流电动机的转速作为被控量，给定一个电压， 经过晶闸管整流触发电路，启动直流电动机；测速发电机检测转速，与转速的输入 电压进行比较，根据比较的结果，将偏差值（两电压相减）输送到触发装置，同时 改变晶闸管的导通角，从而使整流装置的输出电压有所改变，并通过反馈来实现对 直流电动机转速的控制。设计中，采用PLC 对系统进行调速控制。
二．. 直流调速系统硬件部分的设计 硬件部分基于转速单闭环直流调速系统实验进行设计
2.1 布线及参数计算 2.1.1 布线 设备与仪器
BT—1 型晶闸管直流调速系统实验装置1 台、三相整流变压器1 台、直流电动 机-发电机-测速发电机组1 套、平波电抗器1 台、直流电流表2 只、电压表1 只， 转速表1 只，长余辉双踪示波器1 台。
接线：
a 1、所用单元板为：给定与速度反馈单元板FGS；双触发器单元板GTD； 主电路单元板VF1、VF2；仪表单元板PVD，PAD1，PAD2；
2、晶闸管整流电路采用VF 1 和VF 2 单元板组成的三相全控桥式整流电路；
3、触发电路采用 GTD 单元板，其中 M1～M6 端与 VF1、VF2 中的对应端相 连接；
4、各单元板的+15V、-15V 端及共地端“⊥”都必须对应连接并与电源箱上稳 压电源的对应端子相连接； 2.1.2 参数计算
1、电动机的选择和相关计算
选择JB1104-68(Z2-2L)系列直流电动机，其中：
额定电压Um=220V，额定功率Pm=0.8kw，额定转速 m n =1500r/min。 额定电流 m I = 4.92 A，电枢回路电阻R a =1.25Ω，电枢回路电感La=200mH
Um=Im*Ra+Ce*Nm (式2-1） 得到直流电动机的电动势系数 e C =0.1426。 系统要求：稳态误差S=1%，调速范围D=15； n=n*s(D(1-s))=1.01 (式2-2）
2.2 系统运行及调整 布线检查完毕，没有问题后上电，测速发电机运行，接入示波器，根据波形， 根据上述参数计算，调整 GTD 的旋钮，以改变参数是系统达到稳定，调节给定与速度反馈单元板FGS 上的旋钮，可以改变给定电压。 在保证系统稳定的前提下，外接电位器代替给定与速度反馈单元板FGS，提供可变的给定电压；PLC 程序执行代替FGS 的比例放大环节，在PLC 中利用乘法指令， 将比例系数#0101B 乘以得到的偏差量，经过数模转换，最终输出到触发板。
三.结论
这次设计选用直流电动机作为研究对象，在了解并掌握直流调速系统的原理基础上，建立以转速单闭环直流调速系统为模型的直流电机调速系统；选用比例放大器、测速发电机、晶闸管整流装置构成直流调速系统的放大、测速、整流、反馈装置以及其它各参数检测板进行静态调试。
直流调速系统不断更新换代，其他相关学科的理论发展与技术进步也影响着直流调速的发展趋势，使直流调速系统更加完善，更好地应用于各种机械工业生产中。
四．参考文献
[1] 宋书中.《交流调速系统》.机械工业出版社,1999年 [2] 钱平.《交直流传动控制系统》.高等教育出版社,2001年 [3] 周渊深.《交直流调速系统与仿真》.中国电力出版社,2003 [4] 邱阿瑞.《电机与电力拖动[M]》.电子工业出版社,2002
[5] 陈伯时.《电力拖动自动控制系统》(第2版).机械工业出版社,2000 [6] 娄国焕.《电气传动技术原理与应用》.中国电力出版社,2007 [7] 李海发.《电机与拖动基础》.清华大学出版社,1994