2 设计方案的论述

2.1 系统框图

图2-1 可逆调速控制系统整体框图

 如图2-1所示为可逆调速控制系统整体框图。由反馈原理可知，要想保证系统中的一个物理量不变，那么我们就要引入一个反馈，使系统成为一个闭环系统。图中有两个PI调节器，对应的分别是电流和转速，电流调节环在里面，叫做内环。转速调节环在外面，叫做外环，内环的采样周期小于外环的采样周期，二者之间实行首尾相连在一起。转速调节器的输出作为电流调节器的输入，用电流调节器的输出作为H型PWM功率放大电路的控制电压。因此，通过电流负反馈和转速负反馈，构成了转速电流的双闭环调节系统。文献综述

2.2 系统的组成

2.2.1 直流可逆调速系统的主电路

对电动机进行转矩控制可以实现电动机的正反转，要想改变电动机的转速和方向，以通过改变电动机电磁转矩的大小和方向，有以下两种情况：

1）电动机在转的时候，其负载的转矩方向不变。例如升降机，无论上升或下降运动，重物产生的转矩方向都不变，如果电动机产生的电磁转矩大于负载转矩，升降机作上升运动，如果电动机产生的电磁转矩小于负载转矩，升降机作下降运动。

2）负载转矩方向随转向而改变，大多数生产机械都有这个特点，如龙门刨床刨台的运动和可逆轧机等。

改变电动机励磁方向或电枢电流方向都可以改变电动机转矩的方向，现代电动机调速系统都是通过电力电子变流器向电动机供电的，而电力电子器件的单向导电性使变流器只能输出单方向电流，这为电动机电枢电流或励磁电流改变方向带来了复杂性，因此，如何改变电流方向是可逆系统要解决的重要问题，也是学习时要注意的问题。

（1）负载转矩方向不变时的可逆调速系统

负载转矩方向不变（位能负载）时的可逆调速，调节电枢电流的大小可以改

变电动机的转矩而控制转向，这时电流的方向不变，因此用一台变流器就可以进行电动机的转向控制。例如图2-2所示的升降机可逆调速系统，电动机由一台电力电子变流器供电，采用转速和电流双闭环控制。

 图2-2 升降机可逆调速

1）升降机上升阶段  当转速给定Un*为“ + ”时，发出提升指令，转速调节器（ASR）输出为“+”，电流调节器（ACR）输出为“+”，变流器工作于整流状态，电动机工作在电动状态，电动机电枢电流 ，当电动机转矩大于重物的负载转矩时(Te≥TL)，提升重物，转速闭环使重物以给定速度上升。如果重物在空中转速给定调节为“0”，由于电流调节器的积分作用，输出Ui*保持着一定值，使变流器输出电流与负载平衡，重物可悬停在空中（n=0)。若重物有下降趋势使电动机转向改变，将引起转速反馈信号Un极性从“-”变“+”，但ASR输出Ui*和ACR输出Uc的极性仍为“+”，变流器工作状态保持不变，这时输出电压、电流增加，转矩增加，保持重物在空中悬停。为了保证重物在空中的可悬停，升降机一般还用电磁抱闸确保重物不会下坠。

2）升降机下降阶段  若转速给定Un*变“-”，发出下降指令，ASR输出和ACR输出变“-”，变流器输出电压Ud由“+”变“-”，电压的下降使电流减小，当电动机电磁转矩小于负载转矩(Te<TL)时，电动机在重物的作用下开始反转，重物下降。电动机反转使电动势的方向改变，在E>Ud时电枢电流Id=(-Ud+E)/R，但电流的方向仍不变，电流从Ud的“+”极端流入变流器，变流器工作于逆变状态，电动机工作于回馈发电状态，将重物的位能转变为电能回输给电源US。控制变流器输出电压Ud可以控制电枢电流和电磁转矩，从而控制重物的下降速度。