第2讲 直流电机的调速方法
直流电动机有哪几种调速方法各有哪些特点答：直流电动机有三种
直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？答：直流电动机有三种调速方法：1）调节电枢供电电压U ；2）减弱励磁磁通Φ；3）改变电枢回路电阻R 。
特点：对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。
改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
晶闸管—电动机系统当电流断续时机械特性的显著特点是什么？答：电流断续时的电压、电流波形图（Ⅰ10P 、Ⅱ 12P ）（三相零式为例）。
断续时，0d u 波形本身与反电势E 有关，因而就与转速n 有关，而不是像电流连续时那样只由控制角α决定的常值。
机械特性呈严重的非线性，有两个显著的特点：第一个特点是当电流略有增加时，电动机的转速会下降很多，即机械特性变软。
当晶闸管导通时，整流电压波形与相电压完全一致，是电源正弦电压的一部分。
当电流断续后，晶闸管都不导通，负载端的电压波形就是反电势波形。
电流波形是一串脉冲波，其间距为︒120，脉冲电流的底部很窄。
由于整流电流平均值d I 与电流波形包围的面积成正比，如果电流波形的底部很窄，为了产生一定的d I ，各相电流峰值必须加大，因为RE u i d d -=,而整流输出的瞬时电压d u 的大小由交流电源决定，不能改变。
也就是说应使E 下降很多即转速下降很多，才能产生一定的d I ，这就是电流断续时机械特性变软的原因。
第二个特点是理想空载转速0n 升高。
因为理想空载时0=d I ，所以2m a x 02U u E d ==，所以0n 升高。
简述直流PWM 变换器电路的基本结构。
答：直流 PWM 变换器基本结构如图所示，包括 IGBT 和续流二极管。
三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比来调节直流 PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。
Ug0Ton T t 直流PWM 变换器基本结构直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？答：频率一定、宽度可调的脉动直流电压。
直流电机的调速方法
直流电机的调速方法一、前言直流电机是工业生产中常用的驱动设备，它具有调速范围广、转矩平稳等优点。
在实际应用中，为了满足不同的工艺要求，需要对直流电机进行调速。
本文将介绍直流电机的调速方法。
二、基本原理直流电机的调速原理是通过改变电源电压和/或改变电枢回路中的电阻来改变电机的转速。
当电压增大或者回路阻值减小时，会使得转矩增大，从而使得转速提高；反之亦然。
三、调速方式1. 串联型调速串联型调速是通过改变外接串联在直流电机上的可变阻值来改变回路总阻值，从而达到降低转矩和减缓转速的目的。
具体步骤如下：（1）将可变阻器串联在直流电机中；（2）当可变阻器阻值增加时，回路总阻值增加，从而使得输出功率减小；反之亦然；（3）通过逐渐增加或减小可变阻器的阻值来实现调节。
2. 并联型调速并联型调速是通过改变外接并联在直流电机上的可变阻值来改变电枢回路的总电阻，从而达到提高转矩和加快转速的目的。
具体步骤如下：（1）将可变阻器并联在直流电机中；（2）当可变阻器阻值增加时，电枢回路总电阻增加，从而使得输出功率减小；反之亦然；（3）通过逐渐增加或减小可变阻器的阻值来实现调节。
3. 电枢调速电枢调速是通过改变直流电机中的电枢回路中的电阻来改变回路总阻值，从而达到降低转矩和减缓转速的目的。
具体步骤如下：（1）将可变阻器连接在直流电机的电枢回路上；（2）当可变阻器阻值增加时，回路总阻值增加，从而使得输出功率减小；反之亦然；（3）通过逐渐增加或减小可变阻器的阻值来实现调节。
4. 磁通调速磁通调速是通过改变直流电机中励磁回路中串联在励磁线圈上的可变抵抗来改变磁通量大小，从而达到改变转速和转矩的目的。
具体步骤如下：（1）将可变抵抗串联在励磁线圈上；（2）当可变抵抗阻值增加时，回路总阻值增加，从而使得磁通量减小，输出功率减小；反之亦然；（3）通过逐渐增加或减小可变抵抗的阻值来实现调节。
四、注意事项1. 在进行调速时，应根据直流电机的额定参数和工作要求进行合理选择。
电力拖动自动控制系统的重点复习,考试必过(优选.)
压Un
也相应下降，而转速给定电压
U
* n
不变，
∆U
n
=
U
* n
−U n
增加。转速调节器 ASR 输出 U c
增加，
使控制角α 减小，晶闸管整流装置输出电压 U d 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可
简述为：
TL ↑→ Id ↑→ Id (RΣ + Rd ) ↑→ n ↓→ U fn ↑→ ∆U ↑→ Uc ↑→
保产品质量。
3）加、减速-频繁起、制动的设备要求尽量快的加、减速以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则
要求起、制动尽量平稳。
6.解 释 反 馈 控 制 规 律 ？
答（1）被调量有静差（2）抵抗扰动与服从给定（3）系统精度依赖于给定和反馈检测精度
7.闭环空载转速 n0cl 比开环空载转速 n0op 小多少?
之比，称作静差率 s ，即 s
=
∆n N n0
或用百分比表示
s=
∆nN n0
× 100%
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速 N n
则
s
=
∆nN n0
=
∆nN nmin + ∆nN
∴ nmin
=
∆nN s
− ∆nN
=
(1 −
s)∆nN s
D
=
nmax nmin
=
nN s ∆nN (1 −
（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。 （3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，它不能得到反 馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能抑制的只是 被反馈环包围的前向通道上的扰动。 （ 2-13） 为 什 么 用 积 分 控 制 的 调 速 系 统 是 无 静 差 的 ？ 在 转 速 单 闭 环 调 速 系 统 中 ， 当 积 分 调 节 器 的 输入偏差电压 ∆U = 0 时，调节器的输出电压是多少？它取决于那些因素？
直流电动机调速方法有
直流电动机调速方法有
直流电动机的调速方法主要有以下几种：
1. 变电压调速法：通过改变直流电机的输入电压来调整电机的转速。
增大输入电压可以提高电机的转速，减小输入电压可以降低电机的转速。
2. 变电流调速法：通过改变电机的励磁电流来调整电机的转速。
增大励磁电流可以提高电机的转速，减小励磁电流可以降低电机的转速。
3. 变极数调速法：通过改变电枢绕组和励磁绕组的并联组合方式来调整电机的转速。
增加并联绕组的极数可以提高电机的转速，减小并联绕组的极数可以降低电机的转速。
4. 变电阻调速法：通过改变电枢绕组或励磁绕组的电阻来调整电机的转速。
增大电阻可以降低电机的转速，减小电阻可以提高电机的转速。
5. 变频调速法：通过改变电机所接受的频率来调整电机的转速。
提高频率可以提高电机的转速，降低频率可以降低电机的转速。
这些调速方法可以单独应用，也可以结合使用，以实现更精确的电机转速调节。
简述直流电动机的调速方法。
简述直流电动机的调速方法。
直流电动机是一种无刷直流电机,其工作原理基于电枢的旋转,其调速方法
主要有以下几种:
1. 电阻调速:将直流电动机接入电阻器中,通过改变电阻的大小来控制电动机的转速。
这种方法的优点是调速范围宽,但缺点是调速效率低,而且电阻器易损坏。
2. 电容调速:在直流电动机的转轴上加装电容,通过改变电容的大小来控制电动机的转速。
这种方法的优点是调速效率高,但缺点是需要较大的电容,而且容易引起电动机故障。
3. 串激调速:在直流电动机的转轴上串联一个电阻和一个电感,通过改变它们的相对大小来控制电动机的转速。
这种方法的优点是调速范围宽,但缺点是需要复杂的电路,而且容易引起电动机故障。
4. 反相调速:在直流电动机的转轴上加装一个电容器和一个电阻,通过改变它们的相对大小来控制电动机的转速。
这种方法的优点是调速效率高,但缺点是需要较大的电容器,而且容易引起电动机故障。
除了以上几种调速方法外,还有一些其他的方法,例如脉冲调速、积分调速等。
这些方法在实际应用中要根据具体情况选择使用。
直流电动机的调速方法的选择应该考虑到调速范围、调速效率、电动机的性能和稳定性等因素。
在实际应用中,需要根据具体的情况和要求选择合适的调速方法。
直流电机的调速的方法
直流电机的调速的方法直流电机是一种常见的电动机，它的特性是输出电压和电流是直流的，因此将其应用在不同的机械设备中时，需要根据实际需要对其进行调速，从而满足不同的工作要求。
直流电机调速的方法主要有以下几种：1. 电压调速法电压调速法也称为励磁调速法，就是通过改变电源电压的大小来改变电机的转速。
在实际应用中，常常采用直流电阻切换或场极并联调节的方法来达到不同的调速效果。
在电压调速法中，当电源电压增加时，电机的励磁电流也随之增加，进而使得电机的转矩增大，从而实现调速的目的。
但是，这种调速方式的效率较低，因为当电压降低时，电机的励磁电流也会随之减小，从而使得电机的转矩下降，甚至达不到需要的工作要求。
2. 电流调速法电流调速法也称为串联调速法，就是通过改变电机的电阻大小来改变电机的转速。
在实际应用中，常常采用外加电阻或场极串联调节的方法来实现不同的调速效果。
在电流调速法中，当电阻增加时，电机的总电阻增大，进而使得电机的总电流减小，这时电机的转速也会相应降低，从而实现调速的目的。
但是这种调速方式也存在一定的缺陷，主要是因为电阻耗散能量较大，因此这种调速方式的效率较低。
3. 常规调速法常规调速法是根据工作负载的大小来调节电机的转速。
当工作负载增大时，需要电机输出更多的转矩，从而调高电机的转速；当工作负载减小时，需要电机输出较小的转矩，从而调降电机的转速。
常规调速法的优点是可靠性高、调节精度高，但是需要根据不同的工作负载进行反复调整，因此调节时间较长，不便于实时调节。
4. 变频调速法变频调速法是目前应用最广泛的电机调速方法，它通过改变电机供电电压频率来调节电机转速。
具体来说，变频器是将固定电压电源的输入电压通过变换器组件转换为定电压、可调频率的高压电源，通过改变这个高压电源的输出频率来调节电机的转速。
变频调速法的优点是调速范围大、调节精度高、效率高、稳定性好，因此在各种领域中都有广泛的应用，例如机械制造、电力工业、化工、交通运输等。
直流电机调速的三种方法及公式
直流电机调速的三种方法及公式嘿，朋友们！今天咱来聊聊直流电机调速的那些事儿。
直流电机调速啊，就好比是驾驭一匹烈马，得有合适的方法和技巧才能让它乖乖听话，按照咱的心意跑起来。
先来说说第一种方法，那就是改变电枢电压啦。
就像给马调整缰绳的松紧一样，通过改变电枢电压，就能控制电机的速度。
这就好比你开车的时候，踩油门轻重不一样，车速也就不一样啦。
这其中的公式呢，就是转速和电枢电压成正比关系哦。
再讲讲第二种方法，改变电枢回路电阻。
这就像是给马走的路设置不同的阻力，电阻大了，电机转得就慢些；电阻小了，电机就跑得快啦。
不过这种方法不太常用哦，毕竟改变电阻有时候不太方便呢。
最后说说第三种，改变励磁电流。
这就好像是调整马的精神状态，励磁电流一变，电机的速度也跟着变啦。
咱举个例子啊，想象一下，直流电机就像是一个大力士，电枢电压就是他的力量源泉，决定他能使多大劲儿；电枢回路电阻就是他脚下的绊脚石，多了就跑不快；励磁电流呢，就是他的心情，心情好干劲足，速度就快。
这三种方法各有各的特点和用处呢。
有时候我们根据实际情况，选择最合适的那种来给直流电机调速。
就像我们出门，得根据天气、路程等因素选择是走路、骑车还是开车一样。
在实际应用中，可不能马虎哦。
要仔细研究电机的特性，根据需要来选择调速方法。
不然啊，就像是让马乱了套，可就不好啦。
所以啊，直流电机调速可不是一件简单的事儿，得好好琢磨琢磨。
要把这三种方法都掌握好，就像有了三把钥匙，能打开不同情况下电机调速的大门。
朋友们，你们说是不是这个理儿呀？咱可得把这直流电机调速给玩转咯，让它为我们的各种设备好好服务呀！这就是直流电机调速的三种方法及公式啦，大家都记住了吗？。
直流电机调速公式
直流电机调速公式
直流电机调速公式是用来描述直流电机转速与电压和负载之间的关系的数学公式。
直流电机调速是指通过调节电压或改变负载来控制电机的转速。
直流电机调速公式可以用以下方式表示：
N = k * V / Φ
其中，N表示电机的转速，k是一个常数，V表示电压，Φ表示磁通量。
这个公式可以解释为：电机的转速与电压成正比，与磁通量成反比。
当电压增加时，电机转速也会增加；当磁通量增加时，电机转速会减小。
直流电机调速公式的推导基于电机的基本原理和电磁感应定律。
直流电机是通过电流在电枢线圈中产生的磁场和永磁体之间的相互作用来产生转矩的。
当电压和负载发生变化时，电机内部的磁场也会发生变化，从而影响电机的转速。
调速公式的推导过程比较复杂，需要考虑电机的内部结构、磁场分布、电流分布等因素。
在实际应用中，可以通过调节电压或改变负载来实现对电机转速的控制。
例如，通过增加电压可以提高电机的转速，而通过改变负载可以降低电机的转速。
直流电机调速公式在工业生产和科学研究中具有重要意义。
它可以
帮助工程师和研究人员设计和优化电机控制系统，实现精确的转速调节。
同时，它也为电机的故障诊断和维修提供了理论基础。
直流电机调速公式是描述电机转速与电压和负载之间关系的重要工具。
掌握和理解这个公式可以帮助人们更好地理解和应用直流电机调速技术。
通过合理地调节电压和负载，可以实现对电机转速的精确控制，满足不同应用场景的需求。
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【例2-1】
【例2-1】一台Z2-51型他励直流电动机，已知额定功率
5.5kW，额定电压220V，额定电流31A，额定转速1500r/min， 假设电机在额定负载下的铜耗占总损耗ΣP 的50%，求该电机 的固有机械特性。 【解析】 分析：求两点坐标（0, n0）和（TN, nN）
先求电枢电阻： 由
固有机械特性方程：
n n0
Te
1661 4.6Te
0
35
Te(Nm)
《微特电机及其控制》——电机控制技术
12
2.2 直流电机的调速方法
2.2 直流电机的调速方法
U a I a Ra n Ce
Ua Ra n T 2 e CeΦ CT CeΦ
有三种方法可以调节电机的转速：
2.1.2 直流电机的工作原理
电刷
+ U –
换向器
N I I S
直流 电源
电刷 电刷
换向器 换向器
线圈
《微特电机及其控制》——电机控制技术
5
2.1.3 他励直流电机的数学模型
2.1.3 他励直流电机的数学模型
+ ua – ia Ra La
e
+ –
if Φ
+ Ua –
Ia
Ra E电路
《微特电机及其控制》——电机控制技术
n n0
Ua Ra n Ia CeΝ CeΝ
nN n1 n2 n3
UN U1
U2 U3
0
IL(TL)
Ia(Te)
调压调速特性曲线
16
2.2.2 调节电枢电压调速
工作效率：
EI a U a I a Ra I a Ra 1 Ua Ia Ua Ua
《微特电机及其控制》——电机控制技术 21
2.2 直流电机调速方法
三种调速方法的比较:
调速方式 调速原理
调速特性
改变电枢回路电阻调速 调压调速
在电枢回路中串联可调 调节电枢电压 电阻 n0不变，Radj越大特性 越软 η∝n，转速越小效率 越低 n0∝U，硬度β 不变 同样TL下，n越 高η越高
调励磁调速
调节励磁电流， 改变励磁磁通 Φ越小，n0越大， 特性越软
效率
η不变
特点
可实现平滑调速； 可实现平滑调速； 有级调速；效率较低； 励磁调节简单； 调速范围宽；只 适用于小功率电机调速 只能弱磁升速， 能向下调速；效 或大功率电机起动控制 属恒功率调速； 率较高 效率高
20
例2-2
UN Ra TN 220 0.5 14 n 2 CeΦN CeCT ΦN 2 0.143 0.143 1.13 2 1538.46 21.66 1516.8(r / min)
（2） =0.8 N 时
UN Ra n T 2 N CeΦ CeCT Φ 220 0.5 14 2 0.8 0.143 0.143 1.13 0.8 1923 33.84 1889(r / min)
N
1 2 3 IL(TL) Ia(Te)
18
调磁调速特性曲线
2.2.3 调节励磁调速
Pe EI a U N I a Ra = = = Pin U N I a UN 说明：在较大调速范围内，电机工作效率保持不变！ 特点：
工作效率： （1）直流电机的励磁电流比电枢电流小得多，调励磁 电流控制较容易；
《微特电机及其控制》——电机控制技术 8
2.1.4 他励直流电机的机械特性
2.1.4 他励直流电机的机械特性
——是指电机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的 条件下，也就是电机处于稳态运行时，电机的转速与电磁转矩 之间的关系，即n=f(Te)。
U a I a Ra E E CeΦn T C ΦI T a e
《微特电机及其控制》——电机控制技术 1
第2章
直流电机的控制
本学时主要内容
• 2.1 直流电机结构与原理回顾
• 2.2 直流电机调速方法 • 2.3 直流调速系统中的可控直流电源 • 2.4 直流PWM调速方法
• 2.5 直流电机转速单闭环调速系统 • 2.6 直流电机转速和电流双闭环调速系统 • 2.7 直流电机调速系统仿真与设计
（1）改变电枢回路电阻 Ra； （2）调节电枢供电电压 Ua ； （3）调节励磁磁通 。
下面从调速原理、机械特性 ( 人为 ) 、效率方面进行分析。
《微特电机及其控制》——电机控制技术 13
2.2.1 改变电枢回路电阻调速
2.2.1 改变电枢回路电阻调速
工作条件： n 保持励磁 = N ； n0 nN 保持电压 U =UN ； n1 Ra 调节过程： n2 R1 n3 增加电阻R(Ra+R) R2 n ，n0不变； R3 调速特性： 转速下降，机械特性 0 IL(TL) Ia(Te) 曲线斜率变大，特性 变软。 变电阻调速特性曲线
特点：
负载不变时，则电枢电流保 持不变，输入电功率也不变， 但随着转速下降，外加电阻 损耗加大！
（1）属于有级调速； （2）效率低，只用于小型直流电机调速或大功率直 流电机的起动控制。
《微特电机及其控制》——电机控制技术 15
2.2.2 调节电枢电压调速
2.2.2 调节电枢电压调速
工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电阻 R = Ra； 调节过程： 改变电压 UN U U n ， n0 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线平行下移。
n 工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = Ra ； n0 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性曲 0 线变软。
《微特电机及其控制》——电机控制技术
n3 n2 n1 nN
Ra U n Ia Ce Ce
（2）调速平滑，可以做到无级调速。 （3）由于励磁磁通只能相对于额定磁通ΦN下调，电机 转速相对于额定转速上升，带载能力下降，电磁功率基 本保持不变，因此调励磁调速又称为弱磁升速控制，属 于恒功率调速。
《微特电机及其控制》——电机控制技术 19
例2-2
【例2-2】已知他励电动机的 PN=2.2kW, UN=220V ， IN=12.4A， Ra=0.5 , nN=1500r/min。 求： （1）TL=0.5TN 时, n=? 【解】（1） TL=0.5TN 时 （2） =0.8 N 时, n=?
E CeΦn
E U a I a Ra 220 0.5 12.4 CeΦN 0.143 nN nN 1500
PN PN 2.2 TN =9550 9550 14Nm ΩN nN 1500
TN CT ΦN I N
《微特电机及其控制》——电机控制技术
TN 14 CT ΦN 1.13 I N 12.4
《微特电机及其控制》——电机控制技术
0
第2章
直流电机的控制
本章主要内容
• 2.1 直流电机结构与原理回顾 • 2.2 直流电机调速方法
• 2.3 直流调速系统中的可控直流电源 • 2.4 直流PWM调速方法
• 2.5 直流电机转速单闭环调速系统 • 2.6 直流电机转速和电流双闭环调速系统 • 2.7 直流电机调速系统仿真与设计
【例2-1】
求额定转矩：
TN
N
PN
60 PN 5500 9.55 35 (Nm) 2π nN 1500
（0, n0）：（0, 1661） （TN, nN）： （35,1500）
n (r/min) 1661 1500
得到两组坐标：
硬度：
Te 35 = 0.217 n 1661-1500
2.1.1 直流电机的结构
1. 转子（电枢） 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
2. 定子
永磁式：由永久磁铁做成。
励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。
If Uf Ia If
M U U 他励
M
U
M 串励
U
M 复励
4
并励
《微特电机及其控制》——电机控制技术
2.1.2 直流电机的工作原理
说明：在较大调速范围内，电机工作效率近似不变！
特点： （1）工作时电枢电压有一定的范围，电压调节时，
不允许超过UN,而 n Ua，所以调速只能向下调。 （2）可得到平滑、无级调速。 （3）调速范围较大。
《微特电机及其控制》——电机控制技术 17
2.2.3 调节励磁调速
2.2.3 调节励磁调速
2 IN Ra 0.5(U N I N PN )
0.5(U N I N PN ) Ra 0.687 2 IN
U N I N Ra CeΦN 0.132 (Nm/rpm) nN UN 这样有： n0 1661 (r/min) Ce N
再求：
《微特电机及其控制》——电机控制技术 11
(2) 机械特性曲线
Ua Ra Te n T n0 2 e CeΦ CTCeΦ
n n0 n1 nN
① 理想空载转速n0
② 转速降落（速降）
Δn ΔTe T1 TN Te
Δn= T1/β
③ 机械特性硬度(斜率)
Te CTCeΦ 2 = n Ra
人为机械特性？
10
0
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第2章
直流电机的控制
第2章 直流电机的控制
直流电机具有良好的起动和制动性能、易于控制和平滑调 速、调速范围宽，在许多调速和快速正反向的电力传动系统
中得到了广泛应用。
近年来，虽然高性能交流电机调速技术发展很快，交流调