机械 外文翻译 外文文献 英文文献 直流电动机调速控制.docx

机械 外文翻译 外文文献 英文文献 直流电动机调速控制.docx

《机械 外文翻译 外文文献 英文文献 直流电动机调速控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械 外文翻译 外文文献 英文文献 直流电动机调速控制.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

机械外文翻译外文文献英文文献直流电动机调速控制

Speed Control of DC Motor

AbstractConditioning system is characterized in that output power to maintain

stability. Different speed control system can use a different brake system, high starting

and braking torque, quick response and quick adjustment range of degree requirements

of DC drive system, the use of the electric braking mode. Depends on the speed control of

DC motor armature voltage and flux. To zero speed, or U = 0 or Φ = ∞. The latter is

impossible, it only changes through the armature voltage to reduce speed. To speed to a

higher value can increase or decrease the U Φ.

KeywordDC SpeedFeedbackBrake

Regulator Systems

A regulator system is one which normally provides output power in its steady-state

operation.

For example, a motor speed regulator maintains the motor speed at a constant value

despite variations in load torque. Even if the load torque is removed, the motor must

provide sufficient torque to overcome the viscous friction effect of the bearings. Other

forms of regulator also provide output power; A temperature regulator must maintain the

temperature of, say, an oven constant despite the heat loss in the oven. A voltage

regulator must also maintain the output voltage constant despite variation in the load

current. For any system to provide an output, e.g., speed, temperature, voltage, etc., an

error signal must exist under steady-state conditions.

Electrical Braking

In many speed control systems, e.g., rolling mills, mine winders, etc., the load has to

be frequently brought to a standstill and reversed. The rate at which the speed reduces

following a reduced speed demand is dependent on the stored energy and the braking

system used. A small speed control system （sometimes known as a velodyne） can employ

mechanical braking, but this is not feasible with large speed controllers since it is difficult

and costly to remove the heat generated.

The various methods of electrical braking available are:

（1） Regenerative braking.

（2） Eddy current braking.

（3） Dynamic braking.

（4） Reverse current braking（plugging）

Regenerative braking is the best method, though not necessarily the most economic.

The stored energy in the load is converted into electrical energy by the work motor

（acting temporarily as a generator） and is returned to the power supply system. The

supply system thus acts as a”sink”into which the unwanted energy is delivered. Providing

the supply system has adequate capacity, the consequent rise in terminal voltage will be

small during the short periods of regeneration. In the Ward-Leonard method of speed

control of DC motors, regenerative braking is inherent, but thyristor drives have to be

arranged to invert to regenerate. Induction motor drives can regenerate if the rotor shaft

is driven faster than speed of the rotating field. The advent of low-cost variable-frequency

supplies from thyristor inverters have brought about considerable changes in the use of

induction motors in variable speed drives.

Eddy current braking can be applied to any machine, simply by mounting a copper

or aluminum disc on the shaft and rotating it in a magnetic field. The problem of

removing the heat generated is severe in large system as the temperature of the shaft,

bearings, and motor will be raised if prolonged braking is applied.

In dynamic braking, the stored energy is dissipated in a resistor in the circuit. When

applied to small DC machines, the armature supply is disconnected and a resistor is

connected across the armature （usually by a relay, contactor, or thyristor）.The field

voltage is maintained, and braking is applied down to the lowest speed. Induction motors

require a somewhat more complex arrangement, the stator windings being disconnected

from the AC supply and reconnected to a DC supply. The electrical energy generated is

then dissipated in the rotor circuit. Dynamic braking is applied to many large AC hoist

systems where the braking duty is both severe and prolonged.

DC Motor Speed Control

The basis of all methods of DC motor speed control is derived from the equations:

E ∝ Φω

U = E + I R

a

a

the terms having their usual meanings. If the IaRa drop is small, the equations

approximate toU ∝ Φω or ω = U Φ 。

Thus, control of armature voltage and field

flux influences the motor speed. To reduce the speed to zero, either U=0 orΦ=∞.The

latter is inadmissible; hence control at low speed is by armature voltage variation. To

increase the speed to a high value, eith er U is made very large or Φis reduced. The latter

is the most practical way and is known as field weakening. Combinations of the two are

used where a wide range of speed is required.

A Single-Quadrant Speed Control System Using Thyristors

A single-quadrant thyristor converter system is shown in Fig.1.For the moment the

reader should ignore the rectifier BR2 and its associated circuitry （including resistor R in

the AC circuit）, since this is needed only as a protective feature and is described in next

section.

Fig.1 Thyristor speed control system with current limitation on the AC side

Since the circuit is a single-quadrant converter, the speed of the motor shaft （which

is the output from the system） can be controlled in one direction of rotation only.

Moreover, regenerative braking cannot be applied to the motor; in this type of system, the

motor armature can suddenly be brought to rest by dynamic braking （i.e. when the

thyristor gate pulses are phased back to 180o, a resister can be connected across the

armature by a relay or some other means）.

Rectifier BR1 provides a constant voltage across the shunt field winding, giving a

constant field flux. The armature current is controlled by a thyristor which is, in turn,

controlled by the pulses applied to its gate. The armature speed increases as the pulses

are phased forward （which reduces the delay angle of firing）, and the armature speed

reduces as the gate pulses are phased back.

The speed reference signal is derived from a manually operated potentiometer

（shown at the right-hand side of Fig.23.1）, and the feedback signal or output speed signal

is derived from the resistor chain R1 R2, which is connected across the armature. （Strictly

speaking, the feedback signal in the system in Fig.23.1 is proportional to the armature

voltage, which is proportional to the shaft speed only if the armature resistance drop,

IaRa, is small. Methods used to compensate for the IaRa drop are discussed in Reading

Material.）Since the armature voltage is obtained from a thyristor, the voltage consists of a

series of pulses; these pulses are smoothed by capacitor C. The speed reference signal is

of the opposite polarity to the armature voltage signal to ensure that overall negative

feedback is applied.

A feature of DC motor drives is that the load presented to the supply is a mixture of

resistance, inductance, and back EMF Diode D in Fig.1 ensures that the thyristor current

commutates to zero when its anode potential falls below the potential of the upper

armature connection, in the manner outlined before. In the drive shown, the potential of

the thyristor cathode is equal to the back EMF of the motor while it is in a blocking state.

Conduction can only take place during the time interval when the instantaneous supply

voltage is greater than the back EMF.Inspection of Fig.2 shows that when the motor is

running, the peak inverse voltage applied to the thyristor is mush greater than the peak

forward voltage. By connecting a diode in series with the thyristor, as shown, the reverse

blocking capability of the circuit is increased to allow low-voltage thyristor to be used.

References:

Fig.2 Illustrating the effect of motor back EMF on the

Peak inverse voltage applied to the thyristor

Fig.3 Armature voltage waveforms

The waveforms shown in Fig.2 are idealized waveforms as much as they ignore the

effectsofarmatureinductance,commutatorripple,etc.Typicalarmaturevoltage

waveforms are shown in Fig.3.In this waveform the thyristor is triggered at point A, and

conduction continues to point B when the supply voltage falls below the armature back

EMF.The effect of armature inductance is to force the thyristor to continue to conduct

until point C,when the fly-wheel diode prevents the armature voltage from reversing.

When the inductive energy has dissipated （point D）, the armature current is zero and the

voltage returns to its normal level, the transients having settled out by point E.The

undulations on the waveform between E and F are due to commentator ripple.

References

1.Landau ID（1999）From robust control to adaptive control.Control Eng Prac

7:

1113–1124

2.ForssellU,LjungL（1999）Closed-loopidentificationrevisited.Automatica

35:

1215–1241

3.So¨derstro¨m T,Stoica P（1989）System identification.Prentice Hall,Cambridge,UK

4.Horng JH（1999）Neural adaptive tracking control of a DC motor.Information Sci

118:

1–13

5.LyshevskiSE（1999）Nonlinearcontrolofmechatronicsystemswith

permanent-magnet DC motors.Mechatronics 9:

539–552

6.Yavin Y,Kemp PD（2000）Modeling and control of the motion of a rolling disk:

e?

ect

of the motor dynamics on the dynamical model.Comput Meth Appl Mech Eng

188:

613–624

7.Mummadi VC（2000）Steady-state and dynamic performance analysis of PV

supplied DC motors fed from intermediate power converter.Solar Energy Mater Solar

Cells 61:

365–381

8.Jang JO,Jeon GJ（2000）A parallel neuro-controller for DC motors containing

nonlinear friction.Neurocomputing 30:

233–248

9.Nordin M,Gutman P（2002）Controlling mechanical systems with backlash—a

survey.Automatica 38:

1633–1649

10.WuR-H,TungP-C（2002）Studiesofstick-slipfriction,pre-sliding

displacement,and hunting.J Dyn Syst 124:

111–117

11.Ogata K（1990）Modern control engineering.Prentice Hall,Englewood Cli?

s,NJ

12.Slotine E,Li W（1991）Applied nonlinear control.Prentice Hall,Engle