文档介绍：中文译文
直流电机速度控制
Bruce Trump
1 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擦影响。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。
2 电气制动
在许多速度控制系统中,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:
(1)回馈制动。
(2)涡流制动。
(3)能耗制动。
(4)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。有晶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、接触器或晶闸管)。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。
3 等脉宽PWM法
VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)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。
4 随机PWM
 在上世纪70年代开始至上世纪8