直流電動機調速電路的發展現狀與展望
在現代工業生產過程中，幾乎沒有地方不使用電力驅動。 隨著生產技術、產品質量和產量的不斷提高，越來越多的生產機械需要實現自動調速。 調速電力傳動系統可分為直流調速和交流調速。 直流電機具有優良的調速特性，調速平穩方便，易於在大範圍內平滑調速，過載能力大，能承受頻繁的衝擊負載，可實現頻繁的無級快速啟動、制動和反轉，並可滿足生產過程自動化系統中的各種特殊操作要求。 迄今為止，仍廣泛應用於金屬切削機床、造紙機等需要高性能可控電力驅動的領域，因此，直流調速系統仍廣泛應用於各種對自動控制要求較高的生產部門。 它是迄今為止調速系統的主要形式。直流電動機分為換向器和非換向器兩大類。 無刷直流電機是在無刷直流電機的基礎上發展起來的。 1831年，法拉第發現了電磁感應現象，奠定了現代電機的理論基礎。
第一台直流電機於 1840 年代研製成功。 直流電機的成熟大約用了70年的時間。 隨著用途的擴大，對直流電機的要求越來越高。 顯然，接觸換向裝置限制了有刷直流電機在很多場合的應用。 為了取代有刷直流電機的電刷換向器結構的機械接觸裝置，人們進行了長期的探索。 早在1915年，美國朗米爾就發明了控制電網的水銀整流器，製成了直流轉交流的逆變裝置； 1930世紀XNUMX年代，有人提出使用離子裝置來實現所謂的換向器電機，其中根據轉子位置更換電機的定子繞組。 這種電機由於可靠性差、效率低、整機笨重複雜，沒有實際意義。科學技術的飛速發展帶來了半導體技術的飛躍。 開關晶體管的研製成功，為新型電機——無刷直流電機的誕生帶來了活力。
直流電動機調速電路的發展現狀與展望
1955年，美國的D. Harrison等人首先申請了專利，用晶體管換向線代替了電機的電刷觸點，這就是無刷直流電機的雛形。 它由功率放大部分、信號檢測部分、磁極體和晶體管開關電路組成。 其工作原理是當轉子轉動時，在信號繞組W1或W2中感應出一個週期性的信號電位。 該信號分別導通晶體管BG1和BG2，使功率繞組W1和W2依次饋電，即實現換相。 問題是，首先，轉子不轉動時，信號繞組沒有感應電勢，三極管沒有偏置，功率繞組不能饋電，所以這種無刷電機沒有啟動力矩； 其次，由於信號電位的前沿陡度小，晶體管的功耗大。 為了克服這些缺點，人們使用離心裝置的換向器或在定子上放置輔助磁鋼來保證電機的可靠啟動，但前者結構複雜，而後者仍需要額外的啟動脈衝； 然後，經過反複試驗和不斷實踐，人們終於找到了採用位置傳感器和電子換向電路的機械換向裝置來代替直流無刷電機，為直流無刷電機的發展開闢了一條新路。 1960年代初，作用於物體接近的接近開關式位置傳感器、電磁共振式位置傳感器和高頻耦合式位置傳感器相繼問世，隨後又出現了磁電耦合式和光電式位置傳感器。半導體技術飛速發展，人們對1879年美國霍爾發現的霍爾效應產生了濃厚的興趣。經過多方努力，利用霍爾效應的無刷直流電機於1962年試製成功。比霍爾元件靈敏數千倍，在 1970 年代初期，利用磁敏二極管研製成功的無刷直流電機。
在開發各種位置傳感器的同時，人們試圖尋找一種無需額外位置傳感器結構的無刷直流電機。 1968 年，W。 前德意志聯邦共和國的米斯林格提出了一種通過電容移相實現換向的新方法：在此基礎上，前德意志聯邦共和國的 R. hanitsh 成功開發了一種無需附加位置傳感器的無刷直流電機，通過數字環分配器和過零鑑別器的組合。 人們一直致力於無位置傳感器的研究。 根據同步電機轉子磁極位置識別方法，利用定子繞組的感應電動勢（電壓）間接獲得無刷直流電機轉子磁極位置，即間接檢測法。 與直接檢測方式相比，省去了位置傳感器，可以簡化原電機本體結構的複雜性。 特別適用於小型、小容量直流無刷電機。 1980年代以來，隨著微機技術的飛速發展，無轉子位置傳感器的無刷直流電機進入實用階段； 此外，隨著多功能傳感器的出現，在無刷直流電機伺服驅動系統中使用了傳感器，可以同時檢測轉子磁極位置、速度和伺服位置。
直流電動機調速電路的發展現狀與展望
自1950年代後期半導體技術誕生以來，發展速度非常快，功率半導體器件的性能也逐漸得到提升。 同時，其相應的驅動電路也得到了迅速的發展。 現在一個驅動電路可以驅動三相六個開關，大大簡化了外圍電路。
電路，尤其是驅動電路的設計。 同時，釤鈷、釹鐵硼等高性能永磁材料的問世，為直流無刷電機的廣泛應用奠定了堅實的基礎。
在一些要求高效率和高功率密度的特殊應用領域，預示著無刷直流電機驅動的廣闊前景。 無刷直流電機及其驅動系統各方面的國際發展熱度將持續。 因此，無刷直流電機將繼續成為未來高性能無位置伺服裝置的對象。
直流電驅動系統需要特殊的可控直流電源：首先，原直流調速系統採用恆定直流電壓給直流電動機的電樞供電，通過改變電樞電路中的電阻實現調速。 該方法簡單、易於製造且價格低廉。 但缺點是效率低，機械特性軟，不能在大範圍內平滑調速，所以目前很少使用。 其次，1930年代後期，出現了發電電動機（又稱旋轉變流器組）。 配合磁放大器、電機膨脹器、晶閘管等控制裝置，可獲得優良的調速性能，如調速範圍寬（10：1至幾十：1）、變速率小、調速平穩，特別是在電機減速時，電機軸上的飛輪慣性很容易通過發電機反饋給電網。 這樣，一方面可以獲得平穩的製動特性，另一方面可以減少能量損失，提高效率。 但是，發電機和電動機調速系統的主要缺點是需要增加兩台相當於調速電動機的旋轉電動機和一些輔助勵磁設備，因此難以保持體積。
直流電動機調速電路的發展現狀與展望
直流電動機分為換向器和非換向器兩大類。 直流電機調速系統首先採用恆定直流電壓給直流電機供電，通過改變電樞電路中的電阻實現調速。 這種方法簡單、容易製造、價格便宜； 但缺點是效率低，機械特性較軟，無法獲得寬廣平滑的調速性能。 這種方法只適用於一些小功率、沒有調速範圍關閉的領域。 1930年代後期，發電機和電動機系統的出現，使調速性能優良的直流電動機得到廣泛應用。 這種控制方式可以獲得較寬的調速範圍、較小的變速率和平滑的調速性能。 但這種方法的主要缺點是系統重量大、佔地大、效率低、維護困難。 近年來，隨著電力電子技術的飛速發展，以晶閘管變流器為動力的直流電動機調速系統已經替代了發電機和電動機調速系統，其調速性能、動態性能和可靠性都遠超發電機。 . 電力電子技術中IGBT等大功率器件的發展正在取代晶閘管，出現了性能更好的直流調速系統。 長期以來，仿真領域的研究主要集中在仿真模型的建立上，即在系統模型建立後，設計一種算法，使系統模型能夠被計算機接受，然後編譯成計算機程序並在計算機上運行。 因此，各種仿真算法和仿真軟件相繼誕生。
由於對模型建立和仿真實驗的研究較少，建模通常需要較長的時間。 同時，仿真結果的分析還必須依賴相關專家，缺乏對決策者的直接指導，極大地阻礙了決策制定，阻礙了仿真技術的推廣應用。
Simulink是MATLAB提供的動態系統仿真工具，是眾多仿真軟件中功能最強大、最優秀、最易用的。 有效解決了上述仿真技術中存在的問題。 在 Simulink 中，系統的建模會變得非常簡單，而且仿真過程是交互式的，所以可以隨意改變仿真參數，修改後的結果可以立即得到。 此外，還可以使用MATLAB中的各種分析工具對仿真結果進行分析和可視化。
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傳統的研究方法主要包括分析法、實驗法和模擬實驗。 前兩種方法不僅各有優勢，也有不同的局限性。 隨著生產技術的發展，對電驅動在啟動和製動、正反轉、調速精度、調速範圍、靜態特性、動態響應等方面提出了更高的要求，這就要求廣泛使用速度監管體系。 由於直流電機良好的調速性能和轉矩控制性能，直流調速系統從1930年代就開始使用。 它的發展歷程是：從最早的旋轉變流器單元控製到放大器和磁放大器控制。 此外，直流調速是通過靜態晶閘管轉換器和模擬控制器實現的。 後來，採用可控整流器和大功率晶體管組成的PWM控制電路，實現數字直流調速，不斷提高系統的快速性、可控性和經濟性。 調速性能的不斷提高使得直流調速系統的應用越來越廣泛。
直流電動機調速電路的發展現狀與展望
隨著生產技術的發展，對直流電驅動在啟動和製動、正反轉、調節精度、調速範圍、靜態特性和動態響應等方面提出了更高的要求，這就需要大量的直流調速系統。 因此，對直流調速系統的研究將會更加深入。
直流電機是最早的電機，也是最早實現調速的電機。 長期以來，直流電機一直佔據調速的主導地位。 由於其線性調速特性好、控制性能簡單、效率高、動態性能優良，仍然是大多數調速控制電機的最佳選擇。 因此，研究直流電動機的調速控制具有重要意義。 直流電動機的電樞電壓由三相晶閘管整流電路通過平滑電抗器L提供，通過改變觸發移相控制信號UC來調整晶閘管的控制角，從而改變輸出電壓整流器，實現直流電機的調速。 圖1-1是晶閘管直流電機調速系統示意圖。 圖中VT為晶閘管可控整流器。 通過調節觸發裝置的控制電壓Uc來移動觸發脈衝的相位，可以改變平均整流電壓UD，實現平滑調速。
