引言

在機械工程中，由于生產需要，電機頻繁處于啟動、制動、反轉過程，因此電機的啟動和制動時間在很大程度上決定了其生產效率。為了縮短時間，采用轉速負反饋的單閉環調速系統很難達到要求，而雙閉環直流調速系統在單閉環控制的基礎上增加了電流負反饋，獲得了良好的性能。

1 他勵直流電機的調速方法

他勵直流電機的機械特性是指在勵磁電流、電樞電壓和電樞回路總電阻一定的條件下，轉速與電磁轉矩的關系，即n=f（7）。他勵直流電動機的機械特性表達式為：

式中，n0為理想空載轉速：UN為電機額定電壓：CE為直流電機的電動勢常數：CT是電磁轉矩常數：o是勵磁磁通：Ra是電樞電阻：7em為電磁轉矩：8為機械特性斜率，8越小，機械特性越硬。

他勵直流電動機固有機械特性如圖1所示。圖中nN為電機額定轉速，7N為額定電磁轉矩。

他勵直流電動機的調速方法有降低電樞電壓的調速、降低電樞回路串電阻的調速和減弱磁通的調速3種。

2 雙閉環直流調速系統的設計

電動機調速系統（V-M系統）是通過調節晶閘管的控制角改變電動機電樞電壓進而實現調速的，轉速受負載影響比較大，因難以保持轉速的穩定而無法滿足生產工藝要求。所以，本文設計引入轉速負反饋，根據轉速的偏差自動調節整流電路的輸出電壓，從而保持轉速穩定。為縮短啟動時間，又加入了電流負反饋電路，形成雙閉環控制電路，如圖2所示。

圖2中的電流環ACR以跟隨性能為主，采用P1型的電流調節器，其傳遞函數如下：

式中，Ki為電流調節器的比例系數：Ti為電流調節器的超前時間常數，s是拉普拉斯變換參數。

轉速環AsR也采用P1型的轉速調節器，其傳遞函數如下：

式中，Kn為轉速調節器的比例系數：Tn為轉速調節器的超前時間常數［2］，s是拉普拉斯變換參數。

根據上述原理及分析，結合晶閘管構成的三相全橋整流電路，可獲得雙閉環直流電機調速系統的電路圖，如圖3所示。

其中，調節器1為速度調節器，調節器Ⅱ為電流調節器，系統工作時，改變給定電壓Ug的大小就可以改變電動機的轉速［3］，速度調節器的輸出作為電流調節器的給定，利用速度調節器的輸出限幅達到限制啟動電流的目的。電流調節器的輸出作為觸發電路的控制電壓Uct［4］。實驗中利用示波器觀察波形，如圖4所示，從波形上可以看出，全橋整流波形穩定，采用本文設計的雙閉環調速系統，電機啟動的超調量小。

3 結語

本文在轉速控制單閉環調速系統的基礎上，加入了電流負反饋，形成雙閉環調速系統，設計P1調節器采用具有輸入、輸出限幅的電路，在電機啟動和過載時能夠限制電流，并且確保轉速靜差率≤1%，轉速超調量≤10%，同時具有弱磁調速功能，提高了直流電機調速系統的調速性能、調速精度和系統穩定性等。