第一讲 直流调速
直流电机调速控制讲课讲稿
只能向下调。
(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不 变，稳定性好。
3、 改变磁通调速
保持电枢电压U不变，改变励磁电流If (调Rf)以
改变磁通 。
采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速, 即
Rf If n 改变时的机械特性如图。
改变磁通调速的方法：
n0'' n n0' n0
减小磁通，n只能上调。 O
1、 检查分析电路设计中的缺陷
①电压负反馈和给定电压反极性串联，为提高电路性能， 建议用比例调节器代替原来的放大和比较节。
②系统供电电源稳定性差、输出电流小、电源降压电阻 功耗大，抗干扰性能差，建议对电源电路进行改进。
③电路中脉冲变压器作为主、控电路隔离变压器，建议 改用光电耦合器，用来减小脉冲信号的失真和脉冲波 引起的铁损。
直流电机调速控制
一、直流电动机基本控制原理
他励直流电机的调速
他励直流电动机的转
速公式：
n E UIR CE CE
式中：U为他励电动的电枢电压
I为电枢电流
E为电枢电动势
R为电枢回路的总电阻
n为电机的转速
Φ为励磁磁通
CE为由电机结构决定的电动势系数
n E UIR CE CE
他励直流电动机的调速方式有三种： 1、电枢回路串电阻的变电阻调速， 2、改变电枢电压的变电压调速 3、减小气隙磁通量的弱磁调速。
励磁电压 励磁电流 调速范围 静差率
单相180V 直流1A 直流180V s<10%
5、KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图
KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图及调节过 程
KZD-Ⅱ型直流调速系统的升级、改造
实际操作过程参考
任务： 1、 分析KZD-II型直流调速系统各单元电路的原理， 检查分析电路设计中的缺陷。 2、在保证原电路功能基础上，提出系统改进意见， 并重新设计系统工作原理图。 3、选择电子、电器元器件并逐步对单元电路进造 试验。 4、对现有的直流调速系统进实际改造、安装与调 试。 5、绘制修改后电路原理图、写出改进电路工作原 理和系统使用说明书。
《直流电机调速》课件
直流电机调速的分类
直流电机调速可以分为线性调速和PWM调速两种方式。线性调速是通过改变电 机的输入电压或电流来实现调速的，而PWM调速则是通过改变电机输入电压的 占空比来实现调速的。
PWM调速具有更高的调速精度和更小的电机发热量，因此在许多应用中得到了 广泛的应用。
02
直流电机调速的方法
改变电枢电压调速
总结词
通过改变电枢两端的电压，可以调节直流电机的转速。
详细描述
当电枢两端电压增加时，电机转速相应增加；反之，当电压减小时，电机转速 相应降低。这种方法调速范围广，但需要可调直流电源，控制电路相对复杂。
改变励磁电流调速
总结词
通过改变励磁绕组的电流，可以调节 直流电机的磁场强度，进而调节电机 转速。
详细描述
02
直流电机调速是一种常见的电机 调速方式，具有调速范围广、调 速线性度好、动态响应快等优点 。
直流电机调速的原理
直流电机调速的原理基于直流电机的电磁转矩与电枢电流成 正比的特性。通过改变电枢电流的大小，可以改变电机的输 出转矩，从而调节电机的转速。
另外，直流电机还具有电枢反电动势，它与电枢电流的大小 成正比。改变电机的输入电压或电流，可以改变电机的输入 功率，进一步调节电机的转速。
控制复杂度较高
直流电机调速系统的控制算法相对复 杂，需要专业的技术人员进行维护和 调试。
05
直流电机调速的发展趋势
高性能直流电机调速系统的研究
总结词
随着工业自动化水平的提高，对直流电机调 速系统的性能要求也越来越高，高性能直流 电机调速系统的研究成为重要的发展趋势。
详细描述
为了满足高精度、高动态响应的调速需求， 研究者们不断探索新的控制算法和优化策略 ，以提高直流电机调速系统的调节精度、稳 定性和动态响应能力。
直流调速原理
直流调速原理直流调速是指通过改变直流电机的电压、电流或者电机的磁通量来实现电机的转速调节。
直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。
直流调速原理是通过改变电机的输入电压、电流或者磁通量来控制电机的转速，以满足不同工况下的需求。
直流调速的原理主要包括电压调速、电流调速和磁通量调速三种方式。
电压调速是通过改变电机的输入电压来控制电机的转速，电流调速是通过改变电机的输入电流来实现调速，而磁通量调速则是通过改变电机的磁通量来控制电机的转速。
这三种方式可以单独使用，也可以组合使用，以实现更精确的调速效果。
在直流调速系统中，控制电机的转速需要通过调节电机的输入电压、电流或者磁通量来实现。
其中，电压调速是最常见的一种方式。
通过改变电机的输入电压，可以改变电机的转矩和转速，从而实现对电机的调速。
电流调速则是通过改变电机的输入电流来实现调速，通过控制电机的电流大小，可以改变电机的输出转矩和转速。
而磁通量调速则是通过改变电机的磁通量来控制电机的转速，通过改变电机的磁场强度，可以改变电机的输出转矩和转速。
直流调速系统通常由控制器、功率电子器件和电机三部分组成。
控制器用于接收输入信号，并根据设定的转速要求来控制功率电子器件的开关，从而改变电机的输入电压、电流或者磁通量。
功率电子器件则用于实现对电机的电压、电流或者磁通量的调节，通常包括可控硅、晶闸管、IGBT等。
电机作为被控对象，根据控制器和功率电子器件的控制信号来实现对转速的调节。
在实际应用中，直流调速系统通常需要考虑到电机的动态特性、负载变化、系统稳定性等因素。
为了实现更精确的调速效果，通常需要采用闭环控制方式，即通过反馈电机的转速、电流等信息，来实时调节控制器的输出信号，以实现对电机的精确控制。
闭环控制系统通常包括传感器、编码器等用于反馈电机状态信息的装置，以及用于处理反馈信号并调节控制器输出的控制算法。
总的来说，直流调速原理是通过改变电机的输入电压、电流或者磁通量来实现对电机转速的调节。
《直流调速控制系统》课件
02
直流调速控制系统的主要技术指标
调速范围与静差率
调速范围
指控制系统能够调节的最高和最低转速之比。例如，如果最高转速为1000转/分，最低转速为10转/分，则调速 范围为100:1。
静差率
指在给定的转速变化下，系统的输出转速变化与输入转速变化的比值。例如，如果输入转速变化1%，输出转速 变化2%，则静差率为2%。
03
控制器选择
选择合适的控制器，如单片机、 DSP等，用于实现控制算法和控 制逻辑。
04
软件设计
控制算法选择
选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制 等。
控制逻辑设计
设计合适的人机界面，方便用户对系统进行 操作和控制。
人机界面设计
根据控制算法和控制需求，设计控制逻辑， 实现系统的自动控制。
数据处理程序设计
调速平滑性
调速平滑性
指系统在调节过程中，输出转速变化的连续性和平滑程度。平滑性好的系统， 输出转速变化连续、无突变，对被控对象的振动和冲击小。
调节时间
指系统从某一转速调节到另一转速所需的时间。调节时间越短，系统的响应速 度越快。
动态响应时间与超调量
动态响应时间
指系统在阶跃输入下，达到稳态值的 90%所需的时间。动态响应时间越短 ，系统的快速性越好。
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，用于建立直流调速控制系统的仿真模 型。
仿真模型建立
根据直流调速控制系统的原理，建立仿真模型的各个模块，包括电机模型、控制器模型 、测速模型等。
仿真结果分析
对仿真结果进行分析，验证仿真模型的正确性和有效性。同时，通过对比实验结果和仿 真结果，进一步理解直流调速控制系统的性能特点和控制效果。
交直流调速系统之直流调速简介介绍课件
机的转速和电流， 机的转速和电流，
实现转速和电流 实现转速和电流
的闭环控制
的闭环控制
直流调速系统的工作过程
01
输入信号：接收来 自控制器的指令信
号
02
信号处理：将指令 信号转换为控制信
号
03
驱动控制：控制直 流电机的转速和转
矩
04
反馈控制：根据直 流电机的运行状态， 调整控制信号，实
现闭环控制
05
直流调速系统的挑战与机遇
挑战：提高调速系统的效 率和稳定性，降低能耗和 成本
挑战：提高直流调速系统 的智能化水平，实现对复 杂工况的适应性
机遇：随着新能源技术的 发展，直流调速系统在电 动汽车、轨道交通等领域 的应用前景广阔
机遇：随着物联网技术的 发展，直流调速系统可以 实现远程监控和诊断，提 高系统的可靠性和维护性
直流伺服调 速系统：通 过控制直流 伺服电机的 位置和速度 来控制速度
04
直流变频调 速系统：通 过改变直流 变频器的输 出频率来控 制速度
直流调速系统的基本组成
整流器：将交 流电转换为直
流电
滤波器：滤除 直流电中的交
流成分
逆变器：将直 流电转换为交
流电
控制器：控制 逆变器的输出 频率和电压， 实现调速控制
电机的转矩
03
电压控制：通过控制电压的大小来控制
电机的转速
04
速度-电流双闭环控制：通过速度环和电
流环的协调控制来实现对电机的精确控制
直流调速系统的性能指标
0 1
调速范围：指直流调速系统能够实现的最
高转速和最低转速之间的差值
0 2
调速精度：指直流调速系统能够实现的转
交直流调速系统第一章 直流调速简介(第三版)
Id
－－负载电流引起的转速降
机械特性曲线
k Ra 机械特性曲线的斜率k值越小，特性的硬度越硬。
KeN
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。
•额定转速以下调速，且 电压越低，转速越低。
•特性硬，调速精度高， 最常用。
调压调速
3. 调速的平滑性： 调速平滑性是指调速时可以得到的相邻两转速之比，调速平滑性 接近于1的调速系统称为无级调速，反之为有级调速。
1．什么是调速范围？什么是静差率？ 2．静差率是针对某一条机械特性定义的，调速系统的静 差率指的是什么？ 3．静差率与硬度有什么区别和联系？
2020/4/14
解： 得
2020/4/14
•电压降低，n0减小
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。
•额定转速以下调速，且 电阻越大，转速越低。
串电阻调速
•特性软，调速精度低， 一般不采用。
•理想空载转速n0不变。
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
2020/4/14
调速系统的稳态性能指标
一个好的调速系统应具有较大的调速范围和较小的静差率！
(4)静差率与调速范围的关系 Nhomakorabeas nN ， n0 min
则
n0 min
nN s
D
snN
1 snN
D nN
nN
nmin n0 min nN
nN
nN s
nN
snN
1 s nN
2020/4/14
直流电动机的调速原理(一)
直流电动机的调速原理(一)直流电动机的调速1. 调速概述•直流电动机是一种常用的电动机类型，具有广泛的应用领域，如工业、交通、家电等。
•调速是指通过改变电机输入的电压和电流，实现电机转速的控制，以满足不同工作条件下的需求。
2. 直流电动机的工作原理•直流电动机的基本构造包括电枢（转子）和电枢绕组、磁极（定子）和磁极绕组，以及换向器等部件。
•当电流通过电枢绕组时，根据洛伦兹力的作用，电枢产生力矩，使电枢绕组和磁极绕组相互作用，产生转矩，驱动电机转动。
3. 直流电动机调速的原理•直流电动机调速采用的方法主要包括电压调速和转子电流调速。
3.1 电压调速•电压调速是通过改变电源端的电压来控制电动机转速。
•降低电动机输入电压，可以减少电机输出转矩，从而降低转速；增加电压，则相反。
•电压调速简单易实现，但不能实现宽范围的调速，且容易产生较大的电机功率损失。
3.2 转子电流调速•转子电流调速是通过改变电枢电流的大小来控制电动机转速。
•调节电枢电流可以改变电枢绕组中的磁通量，从而控制转矩和转速。
•转子电流调速具有调速范围广、响应快等优点，但需要较为复杂的电子设备来控制电流，增加了系统的复杂性和成本。
3.3 脉宽调制（PWM）调速•脉宽调制调速是一种常用的直流电动机调速方法。
•它通过控制PWM信号的占空比来改变电机输入的电压和电流。
•调节PWM信号的占空比可以实现电机转速的精确控制，且可以实现宽范围的调速。
4. 总结•直流电动机调速是一项重要的控制技术，在各个领域都有广泛应用。
•电压调速、转子电流调速和脉宽调制调速是常用的调速方法，具有各自的特点和适用范围。
•随着电子技术的发展，直流电动机调速技术将会越来越完善，为各行各业的应用提供更多可能性。
5. 电压调速的实现•电压调速可以通过调节输入电压来实现电动机转速的控制。
•常用的电压调速方法包括串联电阻调速、自耦变压器调速和晶闸管调速等。
5.1 串联电阻调速•串联电阻调速是通过串联外部电阻来改变电动机的输入电压。
第一章 直流调速简介
思考题： 某调速系统的调速范围是（150～1 500r/min），要求静差率s=5%,
此时系统允许的稳态转速降是多少？
§1.4 开环直流调速系统
一. 系统的构成
开环调速系统是最简单的V-M调速系统 。怎样构成直流调速系统呢？
•直流电动机； •可调的电枢电压； •稳恒的励磁电源； 系统原理图 可控整流电路； 二极管整流电路. 给定电路； 触发电路； 三相可控整流桥；
二. 系统的工作原理
•直流电动机的励磁电压 一定时，电枢电压增大， 电机转速升高；电枢电压 减小 ，转速降低。 •三相桥式整流电路输出电压，即加在电机电枢绕组上的电压
解： 得
U N I N Ra U N I N Ra nN K eN Ce U N I N Ra 220 55 0.1 Ce 0.2 145 0.2 nN 1 000 I N Ra 55 0.1 nN 27.5(r / min) Ce 0.2
第4章：可逆调速系统
双闭环调速系统的静特性测试
逻辑无环流调速系统的安装与调试 PWM调速系统的安装与调试
第5章：直流脉宽调速系统
《交直流调速系统》课程介绍
三、课程的内容
•学时分配：
理论48学时；实训16学时，共64学时 分配如下：
理论教学学时
第1章：直流调速系统的概述-4学时 第2章：单闭环调速系统------6学时 第3章：双闭环调速系统-----8学时 第4章：可逆调速系统--------12学时
§1.1 直流电动机的调速方法
一、直流电机的机械特性
U d I d Ra E
E K e n
直流电动机的调速课件-
分析题意： 他励直流电动机磁通减小时， 理想空载转速提高，
正确答案在C． D．之中 机械特性斜率增大，机械特性变软， 正确答案在B． D．之中
答案：D
2) 向上调速和向下调速减 小磁通实现向上调速 减小电枢电压实现向下调速
3) 恒转矩调速和恒功率调速 恒转矩调速——调速时磁通不变
转矩与转速无关 恒功率调速——转速↑→磁通↓
→转矩↓ →转矩╳转速不变 →功率不变
转矩计算公式
T=CTΦI
式中
Φ ——磁通
CT ——转矩常数 I ——电枢电流
恒转矩调速：调速时磁通不变， 转速不变，转矩与转速无关
哪个答案是正确的？
分析题意： A ．B ． C ．中的计算都是电动机功率， 与转子发热无直接联系 D ．中的计算与转子损耗成正比， 亦即与转子发热成正比
答案：D
例题3： 他励直流电动机磁通减小 对机械特性的影响是： A．理想空载转速降低，机械特性变硬 B．理想空载转速降低，机械特性变软 C．理想空载转速提高，机械特性变硬 D．理想空载转速提高，机械特性变软 哪个答案是正确的？
四象限运行：①、②、③、④ 象限运行
晶闸管变流装置方案 （表17 - 4 - 3）：
1) 不可逆接线方式 特点：变流变压器单副边
变流器只能整流 励磁不变向 适用①象限运行
2) 励磁可逆接线方式 特点：变流变压器单副边，
变流器可以整流、逆变 励磁可变向 适用①②象限运行
注：②象限运行时，励磁反向， 变流器逆变
机械特性n ~ T 方程式
n = U/(CeΦ) - R/(CeCTΦ2)*T
= n0 - Km*T 式中 U——电枢电压
R ——电枢回路总电阻
Φ——磁通
直流调速的工作原理
直流调速的工作原理
直流调速是一种通过改变电机电源电压来实现转速控制的方法。
该方法通过调节电机的电源电压来改变电机的转速，从而实现对电机的调速要求。
直流调速系统由一个直流电动机、一个功率控制器和一个速度反馈回路组成。
功率控制器负责根据输入的转速指令和实际转速信号来计算出电机所需的电压，然后将这个电压通过调节器输出给电机的电源。
在直流调速系统中，电动机通过电枢和励磁线圈两个磁场相互作用来产生转矩。
当电机接受到一定电压时，电动机的转矩和电磁势联动，从而产生转速。
当电机的电源电压增加时，电机的转速也会相应增加。
反之，当电机的电源电压减小时，电机的转速也会下降。
为了实现调速，系统需要通过速度反馈回路来监测电机的实际转速，并将其与设定的转速进行比较。
根据比较的结果，功率控制器会调节输出给电机的电压，使得电机的实际转速逐渐接近设定的转速。
在直流调速系统中，常见的功率控制器有电阻调速、电压调速和电流调速等方法。
通过调节电机的电源电压，可以实现对电机转速的精确控制，满足不同工况下的要求。
同时，直流调速系统还具有响应快、调速范围广和控制精度高等优点，广泛应用于各个领域的工业控制中。
直流调速技术 学科第 1 次授课教案
直流调速技术学科第 1 次授课教案1讲稿部分：第一章:直流调速系统概述引言直流调速技术是现代自动控制系统中发展较早的技术之一。
从20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。
直流调速系统的发展分为3个阶段：（1）直流发电机-电动机调速系统（简称G-M调速系统），（2）晶闸管整流装置-电动机调速系统（简称V-M调速系统），（3）直流脉宽调速系统（简称PWM调速系统）。
在20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使人们可以对电能进行变换和控制，从而产生了各种高效、节能的新型电源和各种交直流调速装置，将电能转化为动能，进而转化为其他形式的能，如图1-1所示。
1-1交直流调速系统的功能1.什么是调速？将调节电动机转速，以适应生产要求的过程称之为调速。
2.什么是调速系统？用于完成调速这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。
3.为什么要调速？随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。
比如：在加工毛坯工件时，为了防止工件表面对刀具的磨损，因此加工时要求电机低速运行。
而在对工件进行精加工时，为了要缩短加工时间，提高产品的经济效益，因此此时要求电机高速运行。
现代自动控制系统从生产机械要求控制的物理量来看，分为调速系统、位置随动系统（伺服系统）、张力控制系统、多电动机同步控制系统等多种类型。
4、调速系统的作用机床在加工过程中、需要按不同的加工要求，调整主轴的转速、进给速度。
为保证工件表面质量和精度，要求电动机运行速度平稳。
（1）调速：调速控制系统保证电动机起动、制动、调速过程迅速改变速度。
（2）稳速：调速控制系统能迅速消除扰动(主要是负载和电枢电压波动)而引起的转速波动，保证电动机运行速度平稳。
5、调速系统的分类调速系统根据驱动电动机类型的不同，主要分为直流调速系统和交流调速系统两大类。
直流调速的原理及应用
直流调速的原理及应用1. 直流调速的原理直流调速是通过控制电机的电压或电流来改变电机的转速的一种方法。
其原理是基于直流电机的特性和控制电路的设计。
在直流调速中，通常使用的是电枢调速和极性反接调速两种方法。
1.1 电枢调速电枢调速是通过改变直流电机的电枢电压来控制电机的转速。
电枢调速通过调整电枢电压来改变电机的转矩，从而实现调速的目的。
电枢调速的原理是利用电枢电压和电流之间的关系来控制电机的输出功率。
当电枢电压增加时，电机的转矩也会增加，从而提高电机的转速。
1.2 极性反接调速极性反接调速是通过改变直流电机的极性来控制电机的转速。
极性反接调速通过改变电枢和电枢之间的连接方式，从而改变电机的转矩和转速。
极性反接调速的原理是通过改变电机的磁场分布，使电机的转矩和转速发生变化。
2. 直流调速的应用直流调速广泛应用于工业生产和日常生活中的各个领域。
以下是几个直流调速的应用案例：2.1 工业生产直流调速在工业生产中被广泛应用于各种设备和机械，如风机、水泵、输送机、切割机等。
通过调整电机的转速，可以实现对生产过程的精确控制和调节，提高生产效率和产品质量。
2.2 交通运输直流调速在交通运输领域有着重要的应用。
例如，在电动汽车中，通过调整电机的转速和扭矩，可以实现对车辆行驶速度和动力输出的精确控制。
此外，在电动自行车、电动摩托车等交通工具中，直流调速也起到关键作用。
2.3 家电和办公设备直流调速在家电和办公设备中也有广泛的应用。
例如，电风扇、洗衣机、空调等家电产品中的电机都采用直流调速技术，通过调整电机的转速和转矩，实现对设备运行的控制和调节。
2.4 其他领域除了上述应用领域外，直流调速还被应用于很多其他领域，如船舶、医疗设备、航空航天等。
在这些领域中，直流调速能够满足对电机输出的精确控制和调节要求，提高设备性能和工作效率。
结论直流调速是一种控制电机转速的有效方法，通过调整电机的电压或极性，可以实现对电机转矩和转速的精确控制。
第一章交直流调速系统PPT课件
的地方仍然使用这种系统。 但是这种由机组供电的直流调速系统需要旋
转变流机组，至少包含两台与调速直流电动机 容量相当的旋转电机（原动机和直流发电机） 和一台容量小一些的励磁发电机，因而设备多 、体积大、效率低、安装需打地基、运行有噪 音、维护不方便。为了克服这些缺点，在20世 纪50年代开始采用静止变流装置来代替旋转变 流机组，直流调速系统进入了由静止变流装置 供电的时代。
K K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
晶闸管由P1、N1、P2、N2四层半导体材料交替组成，其结构 及图形符号如图所示。P1区引出的电极为阳极A，N2层引出的 电极为阴极K，由中间P2层引出的电极为控制极G。为更好的理 解晶闸管的工作原理，常将其N1、P2两个区域分解成两部分， 分别构成一个NPN型和一个PNP型的三极管。分解后的情况如图
晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调 压及开关等方面。
优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、
操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、 正向耐压达数千伏）。
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
一、基本结构
对系统的调速性能要求不高时，可直接由励
磁电源供电，要求较高的闭环直流调速系统一 般都通过放大装置（G-M系统的放大装置多采用 交磁放大机或磁放大器）进行控制。如果改变 if的方向，则U的极性和n的转向都跟着改变， 因此G-M系统的可逆运行是很容易的。
G-M系统具有很好的的调速性能，在20世纪50 年代曾广泛地使用，至今在尚未进行设备更新
Ra
调改速变特电性压：UN U n ， n0
转速下降，机械特性曲线平行下移。
《直流电机调速》PPT课件_OK
l 交叉连接（两个独立的交流电源分别供电）
2、无环流可逆线路四象限运行。
22
四象限的状态
• Ⅰ 电机正转，电动运行， VF整流， • Ⅱ电机正转回馈发电制动运行， • VR逆变 • Ⅲ电机反转，电动运行 • VR整流 • Ⅳ电机反转回馈发电制动运行 • VF逆变
23
补充1 晶体管-电动机直流脉宽调速系统 （大功率晶体管）
第一节 概述
一、根据直流电机转速公式
n U I aRa
C e
可知有降电源电压，串电枢回路电阻，
削弱励磁调速三种方式。
P
➢调压调速 恒转矩调速 T 9.55 N
➢弱磁调速 恒功率调速 N
n N
1
1、几种常见的直流传动控制系统
➢ 晶闸管-电动机直流传动控制系统 ➢ 晶体管-电动机直流脉宽调速系统 ➢ 微型计算机控制的直流传动系统 其中晶闸管直流传动使用最为广泛
调速范围很宽）。
5. 适用于中、小容量的调速系统（受最大电压、电流
限制）。
26
补充2： 微型计算机控制的直流传动系统
27
特点：
1. 系统的硬件结构简单（单片机）； 2. 系统的（不同的）控制规律由（容易更改的）软件
实现（配备少量的接口电路）； 3. 运算速度快； 4. 可靠性高； 5. 成本低； 6. 具有保护、诊断和自检功能； 7. 能实现数模混合控制或全数字量控制；
24
25
与晶闸管直流调速系统比较：
1. 主电路所需的功率元件少。
2. 控制线路简单。
3. 频带宽（动态响应速度和稳速精度等性能指标较好）。
如：晶体管脉宽调制（PWM）放大器的开关频率为1kHz~3kHz； 晶闸管三相全控整流桥的开关频率为300Hz。
直流调速讲义
第一章直流电动机原理直流电动机是利用通电导体在磁场中受到电磁力的作用而发生运动的原理工作的。
电流流过线圈，在磁场的作用下线圈产生转矩，使电动机旋转。
从能量角度上讲，直流电动机是一种机电能量转换元件，其作用是将电能转换为机械能。
要对直流电动机进行调速控制，首先需要分析直流电动机的运行过程及其特点。
一、基本结构1.定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；2.转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴3.气隙二、直流电机的励磁方式1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；2.分类：以直流发电机为例分为：他激式和自激式（包括并激式、串激式和复激式）他激：激磁电流较稳定；并激：激磁电流随电枢端电压而变；串激：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复激：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。
**说明：为了减小体积，小型直流电机采用永磁式。
三、型号和额定值1.型号： Z 2-9 2铁心长度代号机座号第二次改型设计直流2.额定值①额定功率：发电机P N：输出电功率；电动机P N：输出机械功率；②额定电压：U N；③额定电流：I N；④额定值之间的关系：发电机：P N= U N I N；电动机：P N= U N I NηN二、直流电机运行原理▲直流发电机：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；原理：导体切割磁力线产生感应电动势 e=BLV；▲直流电动机：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来，f=BiL 。
**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。
1、直流电动机的电枢电动势直流电动机运行时，当电枢绕组导体在磁场中作相对运动时，将会产生感应电动势，该感应产生在直流电动机的电枢上，又称电枢电动势或反向电动势，其大小为：⋅E⋅=φ（1-1）Cen其中Ce 电动机的电势常数，取决于电动机的结构；Φ电动机内部的磁通；n 电动机的转速。
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项目任务：直流电动机调速系统
【任务导入】 调速
2、需要解决的问题： 机械调速
调速的方式
交流调速 电气调速
直流调速
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项目任务：直流电动机调速系统
【任务导入】 直流电动机调速
3、确定研究方向：
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子任务一：开环直流调速系统
u d1 = 3 0 ° a u ub uc
【知识链接】
二、电路的工作过程
4） α =30时的工作情况
O u d2 ud
t1
t
Ⅰ u ab
Ⅱ u ac
子任务一：开环直流调速系统
【任务实施】
【要求】 完成开环调速系统的接线与调试
【设备】 直流调速实训台
【工具】 万用表
【操作步骤】 （操作前请先阅读实验安全操作规程）
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子任务一：开环直流调速系统
一、电路的组成 共阴极组——（VT1，VT3，VT5） 阴极连接在一起的3个晶闸管
T n VT1 VT3 VT5 d1 ia a b c 负 载 ud id
共阳极组——（VT4，VT6，VT2）； 阳极连接在一起的3个晶闸管
VT4 VT6 VT2 d 2
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子任务一：开环直流调速系统
【任务分析】 【结论】
直流电动机电枢绕组中的电流与定子主磁通相互作
用，产生电磁力和电磁转矩，电枢因而转动。直流电动 机电磁转矩中的两个可控参量和是互相独立的，可以非
子任务一：开环直流调速系统 子任务二：单闭环直流调速系统 子任务三：双闭环直流调速系统 拓展任务：逻辑无环流直流调速系统
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子任务一：开环直流调速系统
【任务目标】
实现直流电动机的转速调整
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子任务一：开环直流调速系统
【任务分析】
怎样实现我们的目标任务呢？
电动机的电枢电压
n
E
CE
？
U IR CE
电动机的电枢 电流/电阻
电动机的电动势常数
电动机的主磁通
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Ⅲ u bc
Ⅳ u ba
Ⅴ u ca
Ⅵ u cb
u ab
u ac
O
t
uVT
晶闸管起始导通时刻推 迟了30，组成ud的每一段线 电压因此推迟30；
1
u ab
u ac
u bc
u ba
u ca
u cb
u ab
u ac
O
t
ia
u ab
u ac
O
t
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常方便地分别调节，这种机理使直流电动机具有良好的
转矩控制特性，从而有优良的转速调节性能。 不管是调压调速，还是调磁调速，都需要可调的直流电源
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子任务一：开环直流调速系统
【知识链接】 三相桥式可控整流电路
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子任务一：开环直流调速系统
【任务分析】 【方案二】 改变电动机主磁通φ
改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通
进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速， 属恒功率调速方法。 变化时间遇到的时间常数大得多， 响应速度较慢，但所需电源容量小。
4、如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，
5、在实验中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏
6、电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号是经我们反复实验选定的，不
7、在完成电流、转速闭环实验前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈
8、除作阶跃起动试验外，系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器
9、在直流电机启动时，要先开励磁电源，再调节触发电路的控制电位器。在完
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子任务一：开环直流调速系统
【任务实施】
第一步：根据任务要求绘制系统图
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子任务一：开环直流调速系统
【任务分析】 【方案一】 调节电枢供电电压Ud
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电
压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这
种方法最好。 变化遇到的时间常数较小，能快速响
应 ， 但 是 需 要 大 容 量 可 调 直 流 电 源 。
《实验安全操作规程》
为了顺利完成电力电子技术及电机控制实验，确保实验时人身安全与设备可靠运
1、在实验过程时，绝不允许实验人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将
2、为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可
3、为了提高实验的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线
管，6只整流二极管，同步电压观
孔，锯齿波观察孔，移相电压显示， 外给定移相电压Uct， I桥脉冲观 察孔，II桥脉冲观察孔，I桥主电 路，II桥主电路、电抗器等。
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项目任务：直流电动机调速系统
【任务导入】
明确我们要干什么？ 1、分析任务：
直流电动机调速系统 直流 直流调速模块教案
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子任务一：开环直流调速系统
u u 2 = 0 ° a u d1 ub uc
【知识链接】
O
t1
t
二、电路的工作过程
1. 带电阻负载时的工作情况 1) α =0时的情况 对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极 所接交流电压值最大的一个导通； 对于共阳极组的3个晶闸管，阴极 所接交流电压值最低（或者说负得 最多）的导通； 任意时刻共阳极组和共阴极组中各 有1个SCR处于导通状态。其余的 SCR均处于关断状态。
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子任务一：开环直流调速系统
【任务分析】 【小结】
方案一 调节电枢供电电压 恒转矩调速 无级平滑调速 需要大容量可调直流电源
方案二 改变电动机主磁通
恒功率调速 无级平滑调速 需要电源容量小 方案三 改变电枢回路电阻 机械特性较软 有级调速 消耗大量电能
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【任务实施】
第二步：认识电路模块：
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【任务实施】
第二步：认识电路模块：
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子任务一：开环直流调速系统
【任务分析】 【方案三】 改变电枢回路电阻R
在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备
简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑 性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用； 还会在调速电阻上消耗大量电能。
【任务实施】
第二步：认识电路模块：
3、给定电路
电压给定器由两个电位器 Wl、W2及两个钮子开关Sl、S2组
成。Sl为正负极性转换开关 输
出正负电压的大小分别由Wl、W2 来调节，其最大输出电压为 ±12V；S2为输出控制开关。
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主讲人：程厚强
山东技师学院电气工程系
2011年7月
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项目任务：直流电动机调速系统
调速顾名思义调整转速，在工业生产和我 们的生活中，许多的都需要对速度进行调整， 改变转速的方法大概可以分为两大类，即机械 调速和电气调速两种方式，机械调速通过机械 传动机构改变转速，但由于其结构比较复杂， 只在一些机械动力的设备上使用。 电气设备又是怎样调速的呢？ 电气动力主要是由交流电动机和直流电动 机，所以电气调速的方式又分为了交流调速 （即变频调速）和直流调速 。