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直流驱动的新型仿真技术在起重机的应用 苏拉特，艾哈迈达巴德，拉凯什J. Motiyani 摘要：本文介绍了直流驱动器的新型仿真技术在起重机应用。起重机的驱动器，它由 3三个操作电动机组成，分别控制起重葫芦，起重机桥和小车。这里将对起重机的驱动器进行简单的讨论。主要是对新技术的概念进行了讨论，这里将显示三种线路的仿真结果。最后将得出新技术主要特点和新技术的好处。 引言 为了使运输机械能够自动化生产，需要更先进的控制系统来实现，同时也带动了电气传动控制系统的发展，立足于微处理器和电力电子转换器应用，以便能够获取更好的运输机器性能。在起重机的驱动器中，直流电动机提供了最好的性能。该直流电动机的动态控制性能非常好，因为它能独立地控制转矩和磁场。 直流斩波器有不同的电源拓扑结构，比如可控整流器，降压斩波器，H型桥式斩波器 提升机线路布置的新型技术 图2为可逆dcseries电机驱动起重葫芦的电源拓扑结构图，它仅仅通过终端的T1，T2和T3来给电机提供电流。这将使得部分或整个的电枢电流直接传递到外接绕组上当扭矩与负荷达到平衡时。这大大减少了控制器T2中半导体器件发热，。这种技术能够提供四象限操作，意味着它可以产生正转或反转的扭矩不管电机是否运行在的正向或相反方向。因此，当显示扭矩转速过高时，该控制器能够吸收来自电机的能量；或者当重物下降时提供更多的扭矩。控制器的效率是相当高，因为它贮存一些负载能量并将其返回到直流电源。 将电机的脉宽调制（PWM）的速度控制用于产生输出电压，通过控制每个支柱的顶部和底部绝缘栅双极晶体管的工作循环来实现。通常的脉冲频率为1 kHz，但对于电机绕组的电感系数是足够大，以至于能产生非常有效的滤波扼流器。产生的电流大体上是相同的，即使有少量高频纹波，因为他们由稳定的直流电源输出。 同图2，绝缘栅双极晶体管的Q2P和Q2N被用于在第二输出端控制电压，使电压转换成正向或反向的直流电压。绝缘栅双极晶体管的Q3N第三输出端控制电压。当Q3N不能传导时，二极管给Q3N提供了一条路径使电流流入接线柱。 再说到图2，N1节点， N2和N3节点分别连接在Q1P/Q1N，Q2P/Q2N和Q3P/Q3N的交界处。当吊装作业即将开始，DC / DC控制器调节这三个节点，使他们有一个相同的平均的直流电压。从而使电枢和直流电机中没有电压。 图3显示了推动工作的电压模式。在这种技术中Q1P和Q1N用来决定电机的旋转方向。Q1P会根据操作状态使电机向前进的方面或相反的方向旋转。当Q1P接通N1节点时（T1终端），将会提供正向的直流电源，在图4中会显示。Q2P和Q2N的开关是受电机电枢的电压调控的。而这两个开关调制着T2端电压。电枢将会使T1端和T2端存在电位差。像T2和T3的端电压不同的这种情况会出现在整个电磁绕组中。 起重机桥和小车线路布置的新型技术 图4为并励直流电机对起重机桥和小车速度控制的电源拓扑线路图。通过比较图2中提升机的线路拓扑结构，T3和T4终端对电机中电流进行分流作用。T1和T2的端电压是不同的同时由于分流作用也使T4和T3之间存在电压差。 图5显示了起重机桥线路的电压模式，如图所示电机电枢输出电压在T1端电压和T2端电压存在差异。电机中电流进行分流作用：Vf = T4 – T3。 图6为闭环直流串激电机控制器，它包括外部的速度PI控制器和的内部的电枢电流PI控制器。 模拟起重葫芦的技术应用 为了验证提出的拓扑结构，用Psim软件工具对闭环PI控制器进行模拟，如图7所示。此图只显示与电机所连接的传感器的和电源拓扑。图7模拟的是额定电压500Vdc，额定电流10Adc的电机，电机转速为 1200转每分钟。电机电枢的一些参数：Ra = 0.5?, Rf = 1?, La = 2mH, and Lf = 2mH。功率拓扑的绝缘栅双极晶体管是作为驱动器开关。 图8为闭式回路电流的模拟，它包括了速度PI控制器，内部电枢电流控制器和独立的励磁电流控制器。对比电枢电流与1kz比较载波信号输出，PWM产生的是给了Q1P和Q1N，电流控制器输出的到了Q3P和Q3N。 图9显示了在空载的电机的转速，参考速度设定在1200转每分钟。如图9所示， 与匹配电机转速的参考速度非常的快。 图10显示了电机最大速度的电压模式，也表明了在电枢的电压（c）在（1）T1终端电压之间（b）T2端电压存在电位差。 图11显示了参考电机一半转速时的电压模式，它表明，作参考的速度减少时， T2端电压（a）会增加， T1和T2之间的端电压降低，导致整个电枢电压结果减少（c），这表明，和上面提到的图3有相同的模式。在这样的速度使励磁电流的增加和电枢电流降低值相同。 图12显示了电机在50转每分