1、 第 1 页 共 63 页 引言引言 电动机作为最主要的机电能量转换装置， 其应用范围已遍及国民经济的各个 领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医 疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电 冰箱，空调，DVD 等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在 所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分 之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电 动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是 指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可
2、通过继电器， 可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转 速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。 13 1 1 绪论绪论 本章介绍了直流电机的特点及其发展概况， 然后介绍了直流电机在工业控制 等领域中的具体应用，同时阐述了直流电机控制中有待研究的问题。并在此基础 之上介绍了本课题的选题背景和意义， 最后列出了本文研究的主要内容及全文的 结构安排。 1.11.1 直流电动机控制的发展历史及研究现状直流电动机控制的发展历史及研究现状 1.1.11.1.1 直流电动机控制的发展历史直流电动机控制的发展历史 常用的控制直流电动机有以下几种:第一，最初的直流调速系
3、统是采用恒定 的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这 种方法简单易行设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、机械特性软、不能 在较宽范围内平滑调速，所以目前极少采用。第二，三十年代末，出现了发电机 -电动机(也称为旋转变流组)，配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制 器件，可获得优良的调速性能，如有较宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小 的转速变化率和调速平滑等，特别是当电动机减速时，可以通过发电机非常容易 地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性， 另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机、电动机调速系统的主要缺 点是需
4、要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备， 因而体积 第 2 页 共 63 页 大， 维修困难等。 第三， 自出现汞弧变流器后， 利用汞弧变流器代替上述发电机、 电动机系统，使调速性能指标又进一步提高。特别是它的系统快速响应性是发电 机、电动机系统不能比拟的。但是汞弧变流器仍存在一些缺点:维修还是不太方 便，特别是水银蒸汽对维护人员会造成一定的危害等。第四，1957 年世界上出 现了第一只晶闸管，与其它变流元件相比，晶闸管具有许多独特的优越性，因而 晶闸管直流调速系统立即显示出强大的生命力。由于它具有体积小、响应快、工 作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，采用晶闸管供电，不仅使
5、直流调速系 统经济指标上和可靠性有所提高，而且在技术性能上也显示出很大的优越性。晶 闸管变流装置的放大倍数在 10000 以上，比机组(放大倍数 10)高 1000 倍，比汞 弧变流器(放大倍数 1000)高 10 倍;在响应快速性上，机组是秒级，而晶闸管变 流装置为毫秒级。 14 从 20 世纪 80 年代中后期起， 以晶闸管整流装置取代了以往的直流发电机电 动机组及水银整流装置，使直流电气传动完成一次大的跃进。同时，控制电路也 实现了高度集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速 系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大，直流调速技术不断发展。 随着微型计算机、超大规模集
6、成电路、新型电子电力开关器件和新型传感器 的出现，以及自动控制理论、电力电子技术、计算机控制技术的深入发展，直流 电动机控制也装置不断向前发展。 微机的应用使直流电气传动控制系统趋向于数 字化、智能化，极大地推动了电气传动的发展。近年来，一些先进国家陆续推出 并大量使用以微机为控制核心的直流电气传动装置，如西门子公司的 SIMOREG K 6RA24、ABB 公司的 PAD/PSD 等等。 随着现代化步伐的加快，人们生活水平的不断提高，对自动化的需求也越来 越高，直流电动机应用领域也不断扩大。例如，军事和宇航方面的雷达天线，火 炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳得跟踪等控制；工业方面的各 种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，印刷机械，绕 线机，纺织机械，工业缝纫机，泵和压缩机等设备的控制；计算机外围设备和办 公设备中的各种磁盘驱动器，各种光盘驱动器，绘图仪，扫描仪，打印机，传真 机， 复印机等设备的控制； 音像设备和家用电器中的录音机， 录像机， 数码相机， 洗衣机，冰箱，电扇等的控制。 第 3 页 共 63 页 随着计算机，微电子技术的
