數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)取得了良好的發(fā)展效果，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作也逐步的改進(jìn)，尤其是PWM數(shù)字化控制在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)操作中已經(jīng)得到了大力的推廣與普及，它的應(yīng)用使得一些控制設(shè)備得到了很好的工作成效。

【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)；直流調(diào)速；PWM；數(shù)字化控制

一、直流調(diào)速系統(tǒng)簡述

對(duì)于直流調(diào)速的定義，我們可以認(rèn)為是結(jié)合實(shí)際工作操作的需要，通過人工改變或者是系統(tǒng)自動(dòng)的調(diào)節(jié)來將電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)到符合標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速人。站在機(jī)械特性的角度上來說，其實(shí)是采取各種手段來轉(zhuǎn)變其機(jī)械特性，已達(dá)到電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生改變。

關(guān)于電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，一般分為幾個(gè)部分來共同作用完成，包括給定、放大、調(diào)整以及反饋等。出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無法通過系統(tǒng)自身的調(diào)節(jié)功能來完成與之前設(shè)定轉(zhuǎn)速相統(tǒng)一的系統(tǒng)，我們將它稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。這種情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)受到外界因素的共同作用。相對(duì)的，假如電動(dòng)機(jī)可以通過自身系統(tǒng)的調(diào)節(jié)完成與設(shè)定轉(zhuǎn)速相統(tǒng)一，并且不會(huì)受外界因素的作用，這種我們稱之為閉環(huán)控制系統(tǒng)。造成這種結(jié)果是因?yàn)樗邆湎鄳?yīng)的信息信息反饋功能。

電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)一般是通過電動(dòng)機(jī)，控制裝置以及信息裝置來共同作用完成運(yùn)作的。它可以遵循相關(guān)的指示，第一時(shí)間對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)作中的各項(xiàng)環(huán)節(jié)做好把關(guān)工作，以達(dá)到生產(chǎn)所需標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步為電機(jī)各器件以及技術(shù)理論帶來了更高的發(fā)展水準(zhǔn)，同時(shí)也推動(dòng)了電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的快速完善?，F(xiàn)在，電機(jī)的容量已經(jīng)從之前的數(shù)百瓦擴(kuò)大到現(xiàn)在的幾萬千瓦，實(shí)現(xiàn)了大幅度的提升，變流設(shè)備也由之前的旋轉(zhuǎn)式電機(jī)發(fā)展成為現(xiàn)在更為先進(jìn)的裝置；對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的控制也突破了之前只局限于手動(dòng)操作的模式限制。

總的來說，科學(xué)技術(shù)帶動(dòng)了電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)在它已經(jīng)擁有更為先進(jìn)科學(xué)性的自動(dòng)化系統(tǒng)。

二、直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化

現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域的逐步完善與發(fā)展，使得調(diào)速控制系統(tǒng)的所有工作環(huán)節(jié)差不多都能夠經(jīng)由軟件來操作得以完成。也就是說控制已經(jīng)從之前的模擬模式逐步轉(zhuǎn)換成為現(xiàn)在的模擬-數(shù)字混合模式，從而完成現(xiàn)代化的系統(tǒng)運(yùn)行。

現(xiàn)代化的系統(tǒng)中幾乎實(shí)現(xiàn)了全部的數(shù)字化運(yùn)行，不僅起到之前所發(fā)揮的調(diào)速作用，也能夠起到系統(tǒng)的檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問題，并將故障信息傳輸顯示的作用，此外，這種現(xiàn)代化的系統(tǒng)一般還擁有十分強(qiáng)大的通信功能，在科學(xué)的選擇接口模板情況下，能夠很好的完成信息在主站以及從站兩者之間的流通傳輸，建立起職能分明的多級(jí)別系統(tǒng)。為了方便調(diào)試工作的開展，這種先進(jìn)的數(shù)字化系統(tǒng)內(nèi)部所配備的軟件，通常情況下還擁有參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化的功能。這一功能的存在對(duì)于減少調(diào)試所花費(fèi)的時(shí)間以及系統(tǒng)調(diào)試能力的發(fā)揮有著很好的促進(jìn)作用。在一些較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，電氣公司都有向市場生產(chǎn)全數(shù)字化的高級(jí)產(chǎn)品，且之后新產(chǎn)品的研發(fā)與發(fā)行也都是建立在數(shù)字化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的。和模擬系統(tǒng)存在一定的相同之處，這種先進(jìn)的數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)劃分為緊湊形式以及模塊形式這兩個(gè)重要部分。然而相對(duì)于之前的摩米系統(tǒng)來說，數(shù)字化系統(tǒng)在技術(shù)上還是有著一定的改進(jìn)和完善，具備一定的優(yōu)勢，更便于工作的開展實(shí)施。

相對(duì)于之前的模擬調(diào)速系統(tǒng)，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要具備下面這些方面的優(yōu)勢：

1.當(dāng)系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)，精準(zhǔn)度較高，并且能將狀態(tài)更為長時(shí)間的維持；

2.當(dāng)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)時(shí)，整體的性能更強(qiáng)大，并通過高科技的軟件共同作用，方便各種類型的自適應(yīng)以及復(fù)合控制的完成；

3.通過這種數(shù)字化系統(tǒng)的運(yùn)作，能夠?qū)崿F(xiàn)更大范圍的調(diào)速；

4.在系統(tǒng)運(yùn)作過程中，采取數(shù)字化系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)速會(huì)產(chǎn)生更小波動(dòng)的電壓；

5.采取數(shù)字化調(diào)速能夠?qū)?shù)完成軟件化處理，并且不受漂移的影響；

6.這種數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)中所涉及到的元件較少，并且功效能夠更長時(shí)間的保持；

7.這種數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行能更精準(zhǔn)的設(shè)置設(shè)定值，同時(shí)保持更高的狀態(tài)重復(fù)效率；

8.這種數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)中的放大器以及級(jí)間耦合能產(chǎn)生更少的噪音；

9.這種數(shù)字化系統(tǒng)的應(yīng)用更便于調(diào)試，方便方案的設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)的整改；

10.這種系統(tǒng)，因?yàn)閿?shù)字化的應(yīng)用會(huì)帶來更高的標(biāo)準(zhǔn)和通用化程度，不僅可以通過主CPU模塊能夠得以實(shí)現(xiàn)，單獨(dú)的幾種附加模塊就能夠完成多元閉環(huán)控制工作；

11.數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用范圍更廣，對(duì)于各種變速控制均能適用，能夠完成各種調(diào)速以及通信工作。

所以，數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，更適宜于未來調(diào)速等工作的開展，在之后調(diào)速設(shè)備里應(yīng)該更加普及推廣。

三、直流閉環(huán)PWM數(shù)字化控制的實(shí)現(xiàn)

全控型器件的出現(xiàn)，為高頻開關(guān)的控制帶來了全新的模式，這種模式的控制是通過脈寬調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的。這種模式的控制相對(duì)于之前有更為明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.這種脈寬調(diào)制系統(tǒng)中主線路構(gòu)建省去了較為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)運(yùn)作中的功率消耗；

2.這種脈寬調(diào)制系統(tǒng)中開關(guān)較為頻繁，電流持續(xù)性較好，對(duì)于電機(jī)的損傷也得到了有效的降低；

3.這種脈寬調(diào)制系統(tǒng)在運(yùn)作中能夠保持較低的速度，且保持較為平穩(wěn)的運(yùn)行，能適應(yīng)更大范圍的速度調(diào)節(jié)；

4.如果和速響應(yīng)發(fā)電機(jī)相合作共同完成工作，就能使系統(tǒng)更為敏感的改制變動(dòng)，并作出及時(shí)的反應(yīng)，受外界影響控制在最低的程度；

5.當(dāng)直流電源通過不控整流的方式時(shí)，電網(wǎng)功率會(huì)保持在一個(gè)更高的狀態(tài)。

總的來說，結(jié)合上面所談到的優(yōu)勢來說，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)被更加廣泛的運(yùn)用在日常控制設(shè)備當(dāng)中，尤其是較低容量的系統(tǒng)當(dāng)中，得到了大力的推廣普及。脈寬調(diào)制變換器的工作原理是：采取脈寬調(diào)制這一渠道，將固定的直流電壓控制在一定的脈沖電壓范圍內(nèi)，以完成調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的作用。

如我們都較為熟悉的直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n（r/min）的物理公式是：

（2-1）

在這一公式中Ua是指電樞端的電壓值；

Ia是指電樞的電流值；

是指電樞電路的電阻總值（Ω）；

Φ是指每極磁的流通數(shù)量（Wb）；

Ce是指和電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)的一個(gè)常態(tài)數(shù)值。

通過上面的公式我們可以看出，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制來說，可以通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)，分別是勵(lì)磁的控制以及電樞電壓的控制。在實(shí)際操作中最為常見的方式是電樞電壓控制法。通過物理公式我們能夠很明顯的看清各個(gè)數(shù)值之間的關(guān)系，因此對(duì)電阻進(jìn)行相對(duì)的調(diào)節(jié)能起到端電壓改變的效果，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備轉(zhuǎn)速的調(diào)整。不過通過這種方式的調(diào)速，取得的效果并不是十分客觀。所以，在科學(xué)技術(shù)不斷前進(jìn)的帶動(dòng)下，對(duì)于電壓的控制發(fā)式也有了更多的創(chuàng)新。比如說PWM變換器的應(yīng)用，它的內(nèi)部電路形式多樣，包括不可逆和可逆這兩個(gè)部分?？赡鍼WM變換器主電路圖如2-1所示。由圖能夠看出UAB在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形，這也就是我們所說的雙極式。

H橋式脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路在進(jìn)行直流電機(jī)的調(diào)速工作中，十分便捷同時(shí)適用于更大范圍內(nèi)的調(diào)速工作它的工作原理所遵循的就是直流斬波。在不考慮開關(guān)管損耗的情況下，在一個(gè)周期T內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間為ton，那么雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓可用公式表示為：

（2-2）

α=ton/T稱為占空比，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和兩端的電壓值成比例，同時(shí)電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，所以電機(jī)轉(zhuǎn)速和占空比也相對(duì)的成比例，當(dāng)占空比α=1時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最大值。

四、總結(jié)

總的來說，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)取得了良好的發(fā)展效果，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作也逐步的改進(jìn)，尤其是PWM數(shù)字化控制在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)操作中已經(jīng)得到了大力的推廣與普及，它的應(yīng)用使得一些控制設(shè)備得到了很好的工作成效。不過，我們必須要看清依然有很多不足存在其中，需要在未來的研究發(fā)展中進(jìn)一步的研究與完善，已達(dá)到更好的應(yīng)用效果。