直流电动机调速性能优秀。直流电动机转矩容易控制。很多工业场合需要直流电动机。这些场合要求电动机正转。这些场合要求电动机反转。这些场合要求电动机快速制动。可逆调速系统满足这些要求。可逆调速系统应用广泛。可逆调速系统用于龙门刨床。可逆调速系统用于矿井卷扬机。可逆调速系统用于电梯。可逆调速系统用于电力机车。研究直流可逆调速系统有意义。研究直流可逆调速系统有价值。

直流可逆调速系统核心是改变电压。电动机转速和电枢电压成正比。改变电枢电压就能改变转速。需要正转时提供正电压。需要反转时提供负电压。需要制动时快速降低电压。电力电子器件发展推动系统进步。早期系统使用发电机组。这种系统体积大。这种系统效率低。这种系统噪声大。现在系统使用晶闸管。晶闸管整流装置效率高。晶闸管整流装置响应快。晶闸管整流装置控制方便。全控型器件出现更促进发展。全控型器件比如门极可关断晶闸管。全控型器件比如电力晶体管。全控型器件比如绝缘栅双极型晶体管。这些器件组成脉宽调制系统。脉宽调制系统性能更好。

可逆调速系统有几种接线方式。第一种是电枢反接可逆线路。改变电枢电流方向实现反转。使用四组开关器件组成反并联电路。两组器件负责正转整流。两组器件负责反转整流。逻辑控制保证两组不同时工作。同时工作会造成电源短路。这种方案适用于中小容量电动机。第二种是磁场反接可逆线路。改变励磁电流方向实现反转。励磁功率比电枢功率小很多。励磁回路电感量很大。磁场反向过程比较慢。这种方案适用于大容量电动机。电动机容量很大时电枢反接不经济。电枢反接需要大容量开关设备。磁场反接开关设备容量小很多。但是磁场反向慢是缺点。快速正反转场合不用磁场反接方案。

晶闸管整流电路有工作状态。整流状态提供正向电能。电动状态电动机吸收电能。逆变状态回馈电能。电动机减速时进入发电状态。发电状态把机械能变成电能。电能需要回馈电网。晶闸管电路可以工作在有源逆变状态。有源逆变把电能送回电网。这样实现快速制动。回馈制动节约能源。回馈制动减少电阻发热。反并联线路两组晶闸管一组整流。另一组待命逆变。系统需要平滑切换。切换过程不能中断电流。切换过程不能产生冲击。逻辑控制必须可靠。逻辑控制必须及时。

控制系统保证系统稳定运行。控制系统以转速作为核心被调量。转速环是外环。转速环维持转速稳定。转速环抵抗负载扰动。电流环是内环。电流环限制最大电流。电流环保证电流跟随给定。电流环提高系统动态响应。速度调节器输出是电流给定。电流调节器输出控制晶闸管。晶闸管触发角改变输出电压。双闭环结构是典型结构。双闭环结构动态性能好。双闭环结构启制动电流小。系统需要逻辑控制装置。逻辑控制装置控制正反组切换。逻辑控制装置检测电流是否为零。零电流检测很重要。电流为零才能关闭一组晶闸管。电流为零才能开放另一组晶闸管。延时一小段时间确保可靠关断。这个延时叫触发等待时间。这个时间太短可能造成短路。这个时间太长造成控制死区。

系统需要设置保护环节。过电压保护必不可少。雷击可能引起过电压。开关操作可能引起过电压。并联电阻电容吸收过电压。压敏电阻限制过电压。过电流保护非常重要。短路可能引起过电流。堵转可能引起过电流。快速熔断器保护主电路。电流调节器本身也限制电流。过热保护需要安装。散热片温度不能太高。风机故障可能引起过热。热继电器检测温度。零速封锁功能有时需要。转速太低时调节器积分饱和。积分饱和造成启动冲击。转速低于一定值封锁调节器输出。给定积分器可以平滑启动。给定积分器缓慢升高给定转速。这样启动电流更小。

系统调试需要步骤。先检查接线。主电路接线必须正确。控制电路接线必须正确。电源相序必须正确。相序错误晶闸管不能正常工作。然后调试触发电路。触发电路产生脉冲。脉冲必须与电源同步。同步变压器保证同步关系。用示波器观察脉冲波形。脉冲宽度要合适。脉冲幅度要足够。接着调试电流环。电流环先单独调试。给定一个电流指令。观察电流是否跟随。调节电流调节器参数。参数保证电流稳定。参数保证响应快速。最后调试转速环。转速环外环包含电流环。给定一个转速指令。观察转速是否平稳。调节速度调节器参数。参数保证转速无静差。参数保证抗负载扰动。带负载测试系统性能。测试正转启动。测试反转启动。测试快速制动。测试突加负载。测试突卸负载。记录各项数据。波形记录很重要。转速波形应该平滑。电流波形应该受控。

直流可逆调速系统有优点。调速范围宽广。调速范围可以达到一比十。调速范围可以达到一比二十。调速精度高。静态速差小。动态响应快。启动制动平稳。能量可以回馈电网。节约能源效果好。系统也存在缺点。直流电动机有换向器。换向器带来维护问题。换向器产生火花。换向器限制转速。换向器增加制造成本。大容量直流电动机价格高。晶闸管装置产生谐波。谐波污染电网。谐波影响其他设备。功率因数偏低。深调速时功率因数更低。需要安装补偿装置。

交流调速技术发展迅速。交流电动机结构简单。交流电动机坚固耐用。交流电动机价格便宜。交流电动机没有换向器。交流电动机维护方便。交流调速性能已经接近直流调速。矢量控制技术实现解耦。矢量控制像控制直流电动机一样。直接转矩控制动态响应更快。交流变频调速应用越来越多。很多场合取代直流调速。直流调速仍有应用领域。直流调速技术成熟。直流调速控制简单。直流调速成本有时更低。旧设备改造沿用直流系统。对动态性能要求极高的场合。直流系统仍有优势。直流可逆调速系统知识是基础。理解它有助于学习其他技术。电力拖动基础理论是相通的。

实际设计系统考虑成本。考虑可靠性。考虑维护便利性。晶闸管选择电流等级。晶闸管选择电压等级。散热器计算散热面积。变压器计算容量。电抗器限制电流脉动。保护电路设计要周全。控制电源需要稳定。信号隔离防止干扰。安装布线注意强弱电分开。控制柜需要通风散热。操作面板设计要简洁。故障指示需要明确。系统文档需要齐全。原理图要绘制清楚。参数表要记录完整。维护手册要详细。

直流可逆调速系统代表经典技术。它包含电力电子技术。它包含电机技术。它包含控制理论。它包含自动控制原理。学习它能够巩固知识。学习它能够联系实际。论文研究这个题目有实践意义。通过研究掌握系统组成。通过研究掌握工作原理。通过研究掌握设计方法。通过研究掌握调试技能。这些对工程师很重要。理论结合实践才能学好。动手做实验加深理解。用软件仿真帮助分析。最终完成一个完整设计。这个过程很有收获。