直流电动机的调速
直流电动机调速系统
直流电动机调速系统的能耗分析
能效比
直流电动机的能效比通常较高，可以在较高的效率下运行，减少 能源浪费。
功率因数
直流电动机的功率因数较高，可以减少无功损耗，提高电网效率。
热效率
直流电动机的热效率也较高，可以在长时间运行下保持稳定的性 能。
直流电动机调速系统的稳定性分析
抗干扰能力
直流电动机的调速系统通常具有较强的抗干扰能力，可以在复杂 的工作环境下稳定运行。
直流电动机调速系统的调速性能
调速范围
直流电动机的调速范围通常较大，可以在较 宽的转速范围内实现平滑调节，满足不同工 况下的需求。
调速精度
直流电动机的调速精度较高，可以通过精确的控制 算法实现转速的精确控制，提高生产过程的稳定性 和产品质量。
动态响应
直流电动机的动态响应较快，可以在短时间 内达到稳定转速，满足动态负载变化的需求 。
输标02入题
调压调速是通过改变电枢电压来控制电动机的转速， 具有调节方便、平滑性好等优点，但调速过程中能量 损失较大。
01
03
串级调速是通过改变转子回路的电阻来控制电动机的 转速，具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节
范围较小且对电机结构有特殊要求。
04
调磁调速是通过改变励磁电流来控制电动机的转速， 具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节范围较 小。
系统调试
在系统集成完成后，进行全面的 调试，确保各部分工作正常，满 足设计要求。
性能测试
对系统的性能进行测试，包括调 速范围、动态响应、稳态精度等 指标，确保系统性能达标。
优化改进
根据测试结果和实际应用情况， 对系统进行必要的优化和改进， 提高系统的稳定性和可靠性。
04
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。
第2章直流电动机的调速
2.4 他励直流电动机的调速
调速与因负载变化而引起的转速变化的区别：
前者：用改变电动机参数的方法，使电力拖动系统运行于不同的人为机械 特性上，从而在相同的负载下，得到不同的运行速度。 后者：由于负载的变化，使电动机在同一条机械特性上发生的转速变化。
A A
B C
属于调速； 属于负载变化引 起的转速变化。
由右图(b)推出D与δ之间的关系式为
机械特性的硬度与静差率的关系
转速 n0不变，则静差率和机械特 nmax nmax nmax nmax max D 性硬度是统一的； n0变化时，静 nN nmin n0 'nN n ( 1 max ) N n 差率和机械特性硬度就不统一 N
1．调速的技术指标 （1）调速范围D 大
在额定负载下，电机可能运行的最高转速nmax与最低转速nmin之 比称为调速范围。用D表示，即
受换向及机械强度的限制 受低速运行时相对稳定性的限制
n max D n min
T TN
相对稳定性是指负载转矩变化时转速变化的程度，转速变化越小， （2）静差率δ 小 相对稳定性越好，能得到的nmin越小，D也就越大。 在同一条机械特性上，额定负载时的转速降 Δ nN与理想空载转速 n 0之比称为静差率，用δ 表示，即 电动机低速时，机械特性越硬，调速范围越大。
区别
恒转矩调速与恒 功率负载的配合 恒功率调速与恒 转矩负载的配合
2.4.1 他励直流电动机的调速指标
2．调速的经济指标
调速的经济指标指调速装置的初投资、运行维修费
用以及调速过程中的电能损耗等。
2.4.2 他励直流电动机的调速方法
根据他励直流电动机的机械特性
U Ra R n T 2 Ce CeCT
直流电机的调速指标
直流电机的调速指标（1）调速范围电动机额定负载的调速范围指的是可以运行的最高转速和最低的转速的比，用D 表示minmax n n D = ，不同的机械生产，对电动机要求的调速范围不一样，需要尽可能的降低电动机的最低转速，尽可能的提高电动机最高转速。
电动机最高转速，受到电动机的电压等级和机械强度方面的限制，低转速会被相对稳定性的限制。
（2）静差率（相对稳定性）转速的相对稳定性就是指负载变化的时候，转速变化的稳定程度。
如果转速变化不大，转速的稳定性就很好。
转速的静差率用相对稳定性来代表，电动机在机械上运动的时候，由理想空载运转到额定负载时，电动机的转速降和理想的空载转速的比值，叫做静差率，计算公式:000n n n n n -=∆=δ(3-7)电动机的机械特性曲线中，在一定的条件中，硬度与静差率成比例关系，机械特性硬，转速的稳定性就好。
静差率与调速范围两个指标是相互制约的。
若对静差率的这个要求指标要求越高，则调速范围就越小；反之，若要求条数范围越大，则静差率也越大，转速的相对稳定性越差。
机械生产对相对的静差率的要求本身是不同的，有的精度高，有的可以精度低一点，一般普通的机床要求的静差率不能大于30%，但是精度很高的造纸机床要求的静差率＜0.1%，在保证一定的静差率指标的基础上，如果需要扩大调速的范围，就需要减小转动的速度，也就是提高机械的硬度。
（3）调速的平滑型在调速范围内的调速级数越多就可以说调速越平滑，相邻两级转速的比叫做平滑系数，即1-=i i n n ϕ(3-8) 值越接近1，则平滑型越好，当值为1时，称为无极调速，当调速不连续，级数有限时，称为有级调速。
（4）调速的经济型主要指设备的投资，运行效率级维修等用。
直流电动机的PWM调压调速原理
直流电动机的PWM调压调速原理
直流电动机的PWM调压调速是指通过调节脉宽调制（PWM）信号的占空比，控制直流电动机的电压和转速。
其原理是利用数字信号的高低电平与时间的对应关系，通过高电平和低电平的时间比例来控制脉冲信号的平均值，从而实现对电动机的调压和调速。
具体来说，PWM调压调速主要包括以下几个步骤：
1.信号发生器：使用微控制器或其他信号发生器产生一个固定频率的方波信号，通常频率为几千赫兹到几十千赫兹。
这个信号称为PWM基准信号。
2.调制器：通过控制占空比，将PWM基准信号转换为调制后的PWM信号。
占空比是指高电平持续的时间与一个周期的比值。
例如，占空比为50%的PWM信号表示高电平和低电平持续时间相等。
调制器可以是硬件电路或者软件控制的。
3.电压调节：将调制后的PWM信号经过滤波器平滑输出，形成电压调节信号。
滤波器通常使用低通滤波器，将PWM信号的高频成分滤除，得到平均电压。
4.转速控制：通过调节占空比，改变PWM信号的高电平时间，从而改变直流电动机的平均电压。
占空比越大，输出电压就越高；占空比越小，输出电压就越低。
5.转速反馈：为了实现闭环控制，通常需要通过传感器获取直流电动机的转速，并将转速信息反馈给调速控制器。
调速控制器会根据反馈信号与设定的转速进行比较，调节占空比控制电动机的转速。
总结起来，PWM调压调速原理就是通过调节PWM信号的占空比控制直流电动机的电压和转速。
通过改变占空比，可以改变PWM信号的高电平时间，从而改变电动机的平均电压和转速。
同时，结合转速反馈，可以实现封闭环控制，使电动机的转速能够与设定值保持一致。
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。
直流电动机调速
直流电动机调速在直流传动系统中，人为地或自动地改变电动机的转速以满足工作机械不同转速地要求，称之为调速。
可以通过改变电动机的参数或外加电压等方法，来改变电动机的机械特性，从而改变电动机的稳定转速。
电动机的转速由操作工给定，不能自动纠正转速偏差的方式称为开环控制。
在很多情况下，希望转速稳定，即转速不随负载及电网电压等外界扰动而变化，此时电动机的转速应能自动调节，为此构成的调速系统称为闭环系统。
一、电动机调速的分类及静态指标1、 直流电动机调速的分类1） 无级调速和有级调速：a ） 无级调速：又称连续调速，是指电动机的转速可以平滑地调节。
其特点为转速变化均匀，适应性强而且容易实现调速自动化，因此在工业装置中被广泛采用。
b ） 有级调速：又称间断调速或分级调速。
它的转速只有有限的几级，调速范围有限且不易实现调速自动化。
2） 向上调速和向下调速（调速的方向性）： 电动机未作调速时的固有转速，通常即为电动机额定负载时的额定转速，也称为基本转速或基速。
一般在基速方向提高转速的调速称为向上调速，例如直流电动机改变磁通进行调速，其调速极限受电动机的机械强度和换向条件限制。
在基速方向降低转速的调速称为向下调速，例如直流电动机改变电枢电压进行调速，调速的极限即最低转速主要受转速稳定性的限制。
3） 恒转矩调速和恒功率调速：a) 恒转矩调速：有很大一部分工作机械，其负载性质属于恒转矩类型，即在调速过程中不同的稳定速度下，电动机的转矩为常数。
如果选择的调速方法能使=I ∝T 常数，则在恒转矩负载下，电机不论在高速和低速下运行，其发热情况是一样的，这就使电动机容量能被合理而充分地利用。
这种调速方法称为恒转矩调速。
例如，当磁通一定时调节电枢电压或电枢回路电阻的方法，就属于恒转矩调速方法。
b)恒功率调速：具有恒功率特性的负载，是指在调速过程中负载功率P L ＝常数，负载转矩T L =na1。
对于直流电动机，当电枢电压一定时减弱磁通的调速方法就属于此种类型。
直流电动机的调速
一概述随着电力电子器件的发展，大功率变流技术前进到一个以弱电为控制，强电为输出的新时代。
直流电机调速系统由于它在技术性能与经济指标上具有优越性，实施技术上也比较成熟，因此在冶金、机械、矿山、铁道、纺织、化工、造纸及发电设备等行业都得到了广泛的应用，已成为工业自动控制领域一个及其重要的组成部分。
一般工业生产中大量应用各种交直流电动机。
直流电动机有良好的调速性能，三相交流桥式全控整流是目前在各种整流电路中应用最为广泛的电力电子电路，在运用到在直流电机调速时可以采用这种电路。
三相交流桥式全空整流最初用途是传动控制，但目前应用的新领域是各种直流电源设计。
前者是三相交流桥式全控整流电路的传统领域，后者则是它当前和未来发展的新领域。
而高频、大功率、高可靠性开关电源是当今电源变换技术发展的重要方向之一。
从我国的实际情况来看很好地采用三相桥式全控整流给直流电机调速仍然有很广泛的应用市场。
这对改善我国科技现状水平，提高经济效益将起着重要作用，所以研究三相桥是全控整流直流调速系统有着深远的意义，它不仅能够大大改善各种机车的调速系统，为其提高安全、快速、低损耗的调速装置，在解决目前国际各国所面临的能源无谓的消耗起到立竿见影的效果。
二设计的总体思路2.1 直流电动机的调速方法采用改变电动机端电压调速的方法。
当额定励磁保持不变，理想空载转速n随U减小而减小，各特性线斜率不变，由此可实现额定转速以下大范围平滑调速，并且在整个调速范围内机械特性硬度不变。
变电压调速要有可调的直流电源，根据供电电源的种类分两种情况：一是采用可控变流装置，将交流电转变为可调的直流电。
二是采用直流斩波器，在具有恒定直流供电电源的地方，实现脉冲调压调速由于工矿企业中大多为交流电源，因此前一种情况应用最广。
晶闸管变流装置输出的直流脉动电压U加在电抗器L和电动d机电枢两端，L起滤波作用以及保持电流连续。
改变晶闸管触发电路的移相控制电压U，就可改变触发脉冲的控制角。
他励直流电动机的调速方法
他励直流电动机的调速方法
调速方法有以下几种：
1. 转子电阻调速：通过改变转子电阻的大小，可以改变电机转子的电阻，从而改变电机的转速。
增大转子电阻，转速下降；减小转子电阻，转速增加。
2. 线圈电压调速：通过改变电机定子线圈的输入电压大小，可以改变电机的转速。
增大电压，转速增加；减小电压，转速下降。
3. 外加电势调速：在电机定子电压的基础上，加上另外的电势，来改变电机的转速。
增加外加电势，转速增加；减小外加电势，转速下降。
4. 串-并联调速：通过将电机的定子和转子线圈的连接方式从串联变为并联，或者从并联变为串联，来改变电机的转速。
串联连接使得定子和转子电流相同，转速降低；并联连接使得定子和转子电流不同，转速增加。
自动控制技术第三章 直流调速系统
第三章 直流调速系统
与旋转变流机组及离子拖动变流装置相比， 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有 很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的 优越性。由图可见，晶闸管可控整流器的功率 放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶 体三极管来控制，不再像直流电动机那样需要 较大功率放大装置。在控制作用的快速性方面， 变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级， 这将会大大提高系统的动态性能。
直流斩波器的控制方式 b）脉冲频率调制
第三章 直流调速系统
用全控式器件实行开关控制时，多用脉冲宽度调制的控制方式，形成近年来 应用日益广泛的PWM装置—电动机系统，简称PWM调速系统或脉宽调速系统。
直流斩波器的控制方式 c）两点式控制
第三章 直流调速系统
与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点： （1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就足以 获得脉动很小的直流电流，电枢电流容量连续，系统的低速运行平稳，调速范围 较宽，可达1∶10 000左右。又由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流即 相同的输出转矩下，电动机的损耗和发热都较小。 （2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电动机相配合，系统可以获得很 宽的频带，因此快速响应性能好。动态抗干扰能力强。 （3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。 因受到器件容量的限制，直流PWM调速系统目前只用于中、小功率的系统。
在静止可控整流方面，离子拖动系统是最早应用的静止变流装置供电的直流 调速系统。它虽然克服了旋转变流机组的许多缺点，而且还缩短了响应时间，但 汞弧整流器造价较高，维护麻烦，特别是水银如果泄漏，将会污染环境，危害人 体健康。
直流电动机的调速方法
直流电动机的调速方法直流电动机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产和家用电器中。
在实际应用中，往往需要对直流电动机进行调速，以满足不同工况下的需求。
下面将介绍几种常见的直流电动机调速方法。
一、电压调制调速。
电压调制调速是通过改变电动机的供电电压来实现调速的方法。
当电动机的供电电压改变时，电动机的转速也会相应地改变。
这种方法简单易行，成本低廉，但是调速范围有限，且效果不够理想。
二、串联电阻调速。
串联电阻调速是通过串联电阻来改变电动机的电枢电流，从而实现调速的方法。
串联电阻越大，电动机的电枢电流越小，转速也会相应地减小。
这种方法调速范围较大，但是效率较低，且需要考虑电阻的散热和功率损耗的问题。
三、场励调速。
场励调速是通过改变电动机的励磁电流来实现调速的方法。
当励磁电流增大时，磁场增强，电动机的转速也会增大。
这种方法调速范围广，效率较高，但是需要专门的励磁设备和控制系统。
四、PWM调速。
PWM调速是通过改变电动机的供电脉冲宽度来实现调速的方法。
通过控制开关器件的导通时间，可以改变电动机的平均电压，从而实现调速。
这种方法调速范围广，效率高，但是需要专门的PWM控制器和反馈系统。
五、变频调速。
变频调速是通过改变电动机的供电频率来实现调速的方法。
通过变频器控制电源的频率，可以实现电动机的调速。
这种方法调速范围广，效率高，但是设备成本较高。
综上所述，直流电动机有多种调速方法，每种方法都有其适用的场合和特点。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的调速方法，以实现最佳的调速效果。
希望本文对直流电动机的调速方法有所帮助。
直流电动机的调速方法
直流电动机的调速方法1.改变牵引电动机端电压U D ：U D=D A U FA D ——主电路每条之路串联的电动机台数；上式说明：改变每条支路电动机台数叫串并联转换。
若两台电动机是串联 A D =2;若两台电动机是并联 A D =1;电动机端电压增加一倍，电动机转速n D 就可以提高一倍。
故提高电动机端电压可以通过主电路中串并联转换，也可以通过调节发电机的端电压U F 进行。
2.电动机的磁场削弱：直流电动机的速率特性DL D D D D C R I U n Φ-= U D ——端电压（V ）；I D ——电枢电流（A ）；R D ——电动机内部电阻；C E ——与电机有关常数；D φ——电动机的励磁磁通（wb ）下图说明磁场削弱原理，串励绕组两端并联一级或数级分路电阻。
a.削弱前 b.削弱后a.磁场削弱进行之前削弱接触器X C 没有闭合，磁场削弱电阻对串励绕阻W 不起作用，即串励绕阻的绕阻电流等于电枢电流 I D =I DL ，这种状态为“满磁场”。
b. 磁场削弱接触器X C 闭合后，磁场削弱电阻对串励绕阻W 起分路作用，所流过绕阻电流若是小于电枢电流，即，I DL ＜I D 这种状态就是磁场削弱。
电动机励磁电流I DL 与电枢电流比值β%表示磁场削弱的深度，β称电动机磁场削弱系数。
β=D DL I I （%）在恒压情况下, 按n D=D e DD D C R I U φ- D φ减小，n D 增加说明由恒电压电源供电的电动机，磁场削弱后电动机的稳定转速要高于磁场削弱前电动机的转速。
但n D 是靠从电源取得更大的功率来保证。
3.变压下的磁场削弱时的速率特性和转矩特性对于串励电动机，在磁场削弱的情况下，励磁电流只是电枢电流的一部分，即I DL = β I D 若电动机的磁通D φ与励磁电流DL I 成正比从n D=De D D D C R I U φ-看出，同一D I 下n D 提高了β1倍。
从D M D I C M D φ=（C M ——电动机有关常数）可以看出转矩M D 减小了β倍。
直流电动机和异步电动机的调速原理及特性分析
直流电动机和异步电动机的调速原理及特性分析1. 直流电动机1.1 调速原理直流电动机是目前使用最广泛的一种电动机，其调速原理实际上就是通过改变电枢电流的大小和方向来实现调速。
具体来说，当电枢电流大小和方向发生变化时，引起了电枢磁场的变化，因为直流电动机的转子上带有永磁体，这个永磁体的磁场是不变的，因此电枢磁场的变化会引起转子上的永磁体发生运动，而这个运动则被转化成了电机的输出。
在直流电动机的调速系统中，通常使用的是电枢调速和励磁调速两种方式。
电枢调速是指改变电枢直流电压和电枢电流的大小和方向，从而实现调速；而励磁调速则是通过改变励磁电流的大小和方向来实现调速。
1.2 特性分析直流电动机具有以下几个特性：1.调速范围广，可靠性高。
2.输出功率和转速比较稳定。
3.起动扭矩大，启动性能好。
4.但由于需要使用电刷来保证电枢电流大小和方向的变化，因此其寿命相对较短，需经常更换电刷。
2. 异步电动机2.1 调速原理不同于直流电动机，异步电动机是依靠交流电的磁场变化来产生转矩输出的。
其调速原理则是通过改变电源的频率和电压来实现调速。
因为异步电动机的转子是由铝棒或铜棒等导体构成的，这些导体是安装在转子轴上的，当转子通过电源供电产生的旋转磁场时，导体内部就会形成涡流，而涡流则会产生电磁场，从而在转子上引起一个反向的转子磁场。
这种反向的转子磁场与旋转磁场之间的相互作用就产生了转矩输出，完成了电动机的运转。
在异步电动机的调速系统中，通常使用的是电压调速和变频调速两种方式。
电压调速是指改变电源的电压来实现调速；而变频调速则是通过改变电源的频率来实现调速。
2.2 特性分析异步电动机具有以下几个特性：1.调速范围较窄，一般为10%。
2.输出转矩与转速之间呈反比例关系。
3.启动性能一般，需要较长的启动时间。
4.但由于其寿命长，因此使用寿命相对较长。
3.从上述两种电动机的特性和调速原理来看，可知直流电动机具有调速范围广、可靠性高、起动扭矩大等特点，但其寿命较短；而异步电动机则具有寿命较长、启动性能一般等特点，但其调速范围较窄。
直流电动机的启动和调速
直流电动机的启动和调速一、直流电动机的启动1、对直流电动机启动的基本要求1）启动转矩要大于额定转矩，但不宜过大；2）启动电流不宜大大；3）启动时间要短，以提高生产率；4）启动设备要求简单，经济可靠，操作方便。
2、直流电动机的启动方式1）直接启动启动初始，电枢电流增大很快，电磁转矩也增大很快。
当电磁转矩大于负载转矩时，电动机就开始转动，同时直接启动的优点是不需要什么启动设备，而且操作简便；缺点是启动电流和启动转矩都很大，致使电网电压下降，机械传动机构受到冲击。
2）变阻器启动变阻器启动就是在启动时将一个启动电阻串入电枢回路以限制启动电流，当转速上升之后，再将电阻逐步切除，将启动电流限制在允许的范围内。
这种启动方式比较笨重，消耗电能多。
3）降压启动降压启动就是通过降低电动机的电枢端电压来限制启动电流。
降压启动的优点是可平滑启动，启动过程中消耗的能量较小。
缺点是启动设备的投资大。
二、直流电动机的调速方法1、改变电枢回路中串接的电阻进行调速这种调速方法的特点是:1）电动机的理想空载转速n0不变，只能降速。
2）调速电阻的能量消耗比较大，不经济。
3）电动机的机械特性变软，如果负载有一点变动，就会引起电动机较大的速度变化，调速范围小，这对于要求转速恒定的生产机械来说是不利的。
这种调速方法的主要优点是比较简单，容易实现。
适用于功率小，负载对电动机机械特性的硬度要求不高，短时调速的场合。
2、改变励磁回路中的调节电阻进行弱磁升速这种调速方法的特点是:1）只能升速，使电动机的转速高于额定转速；2）调速较平滑；3）由于励磁电流较小，功率损耗小，比较经济，控制也方便；4）对于普通直流电动机，其弱磁调速的调速范围最高为2，对于专用的调磁调速的直流电动机，其调速范围可达3～4。
3、降低电枢电压调速这种调速方法的特点是:1）电动机在额定转速以下，实现无级调速；2）调速平滑，调速范围宽；3）机械特性硬度不变；4）损耗较小；5）需要专用的可调直流电源供电，如发电机-电动机组，可调的可控硅整流装置等；6）投资大。
直流电动机调速原理
直流电动机调速原理
调速是指改变电机的工作频率，使其能够轻松地承受任何负荷，以达到最佳运行效果的一种技术。
直流电动机调速技术是指通过改变直流电动机的电压或频率来改变电机的转速和输出功率的技术。
二、调速原理
1、改变电压调速
直流电动机的转速与电压成正比，因此，通过改变电压来改变直流电动机的转速。
直流电动机的工作频率与它的电压成反比，因此，通过改变电压来改变直流电动机的工作频率。
2、改变频率调速
当变频器的输出频率改变时，电机的转速也会相应的改变。
这是由于电机的转速与频率成反比，因此，可以通过改变变频器的输出频率来控制直流电动机的转速。
三、调速方式
1、电压调速
电压调速是指改变直流电动机的输入电压来改变电机的转速的
一种调速方式。
电压调速可以通过变压器、控制开关或变频器来实现。
2、变频调速
变频调速是通过改变调速装置的输出频率来控制电机转速的一
种调速方式。
常用的变频调速装置有变频器、分频装置和旋钮式调速装置等。
总结：直流电动机调速是指通过改变直流电动机的电压或频率来
改变电机的转速和输出功率的技术。
改变直流电动机的电压可以实现电压调速，而改变直流电动机的频率可以实现变频调速，从而达到最佳的运行效果。
第五章 直流电动机调速控制系统
结论：调速系统只要在调速范围的最低 工作转速时满足静差率要求，则其在整个调 速范围内都会满足静差率要求。
图5-5 不同转速下的静差率
3. 调速范围与静差率的关系 静差率和调速范围必须同时考虑才有意义，由各自的 定义式可知：提调速范围时，任何系统的调速范围都可以 很大；而单提静差率，大多数系统也会较容易满足。 对同一个系统 ，有：
nnom S n0nin
nnom (1 S )nnom nmin n0 min nnom nnom S S
由调速范围（对于调压调速
nmax nnom ），
n D max nmin
nnom nmin
将上页的 nmin 表达式代入本式，得
nnomS D nnom(1 S )
其中，调速范围D、静差率S取决于生产加工工艺要求 ，是无法变更的。为使上式成立，只能设法减少额定负载下 的转速降落。 无反馈控制的开环调速系统，额定负载下的转速降落值为：
n nom I dnom R Ce
其中，R是电枢回路总电阻，为系统固有参数， Idnom是对 应额定负载时的电流，也是固定的。所以，一般开环系统无 法满足一定调速范围和静差率性能指标要求。
如果在负载增加的同时设法增大系统的给定电压 Un，就会使电动机电枢两端的 电压Ud增大，电动机的转速就会升高。若Un增加量大小适度，就可以使因负载增加 而产生的 n被Ud升高而产生的速升所弥补，结果会使转速n接近保持在负载增加前 的值上。 这样，既能使系统有调速能力，又能减少稳态速降，使系统具有满足要求的调 速范围和静差率。 系统组成如图 我们可以在与调速电动机 同轴接一测速发电机TG，这 样就可以将电动机转速 n 的大 小转换成与其成正比的电压信 号Un，把Un与Un相比较后， 去控制晶闸管整流装置以控制 电动机电枢两端的电压Ud就 可以达到控制电动机转速 n 的 目的。
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一概述随着电力电子器件的发展，大功率变流技术前进到一个以弱电为控制，强电为输出的新时代。
直流电机调速系统由于它在技术性能与经济指标上具有优越性，实施技术上也比较成熟，因此在冶金、机械、矿山、铁道、纺织、化工、造纸及发电设备等行业都得到了广泛的应用，已成为工业自动控制领域一个及其重要的组成部分。
一般工业生产中大量应用各种交直流电动机。
直流电动机有良好的调速性能，三相交流桥式全控整流是目前在各种整流电路中应用最为广泛的电力电子电路，在运用到在直流电机调速时可以采用这种电路。
三相交流桥式全空整流最初用途是传动控制，但目前应用的新领域是各种直流电源设计。
前者是三相交流桥式全控整流电路的传统领域，后者则是它当前和未来发展的新领域。
而高频、大功率、高可靠性开关电源是当今电源变换技术发展的重要方向之一。
从我国的实际情况来看很好地采用三相桥式全控整流给直流电机调速仍然有很广泛的应用市场。
这对改善我国科技现状水平，提高经济效益将起着重要作用，所以研究三相桥是全控整流直流调速系统有着深远的意义，它不仅能够大大改善各种机车的调速系统，为其提高安全、快速、低损耗的调速装置，在解决目前国际各国所面临的能源无谓的消耗起到立竿见影的效果。
二设计的总体思路2.1 直流电动机的调速方法采用改变电动机端电压调速的方法。
当额定励磁保持不变，理想空载转速n随U减小而减小，各特性线斜率不变，由此可实现额定转速以下大范围平滑调速，并且在整个调速范围内机械特性硬度不变。
变电压调速要有可调的直流电源，根据供电电源的种类分两种情况：一是采用可控变流装置，将交流电转变为可调的直流电。
二是采用直流斩波器，在具有恒定直流供电电源的地方，实现脉冲调压调速由于工矿企业中大多为交流电源，因此前一种情况应用最广。
晶闸管变流装置输出的直流脉动电压U加在电抗器L和电动d机电枢两端，L起滤波作用以及保持电流连续。
改变晶闸管触发电U，就可改变触发脉冲的控制角。
，从而改变输路的移相控制电压gU的大小，实现平滑的调压调速。
出平均电压d2.2 调速系统的确定双闭环调速为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
如图2所示。
图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
从图1可以看到在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
二者之间实行嵌套（或称串级）联接。
由此实现转速和电流两种负反馈分别起作用。
2.3 供电源的选择由于我们输入的是交流电，而我们所要调节的是直流电机，因此我们就要设计一个可以将交流电转换为直流电的装置供直流电机使用。
这套装置我们即可以设计成整流装置。
对于整流装置我们可以分为：单相半波整流电路、单相桥式整流电路、三相半波整流电路、三相桥式整流电路。
对于电力电子器件的选择我们有可以选择：晶闸管、IGBT 、GTO 、GTR 等。
就图1 转速、电流双闭环直流调速系统结构本次设计而言，我们选择了晶闸管相控三相桥式整流电路，对于具体的设计将在下面详细介绍。
2.4 触发电路的选择触发电路与驱动电路是电力电子装置的重要组成部分。
为了充分发挥电力电子器件的潜力、保证装置的正常运行，必须正确设计与选择触发电路与驱动电路。
晶闸管的触发信号可以用交流正半周的一部分，也可用直流，还可用短暂的正脉冲。
为了减少门极损耗，确保触发时刻的准确性，触发信号常采用脉冲形式。
晶闸管对触发电路的基本要求有如下几条：1、触发信号要有足够的功率为使晶闸管可靠触发，触发电路提供的触发电压和触发电流必须大于晶闸管产品参数提供的门极触发电压与触发电流值，即必须保证具有足够的触发功率。
2、触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步。
实现同步的办法通常是选择触发电路的同步电压，使其与晶闸管主电压之间满足一定的相位关系。
3、触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡。
为使被触发的晶闸管能保持住导通状态，晶闸管的阳极电流在触发脉冲消失前必须达到擎住电流，因此，要求触发脉冲应具有一定的宽度，不能过窄。
4、触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求。
触发脉冲的移相范围与主电路的型式、负载性质及变流装置的用途有关。
在这里采用KJ004集成触发器。
2.5 总体框架图与设计要求图2 总体框图（一）、此次课程可设计的主要内容已知整流器负载为10KW直流电动机，额定电压DC 220V，额定电流55A，电枢电阻0.5，总电阻1欧；输入电压AC 380V(+5~-10%)输出电压DC 0~220V，输出最大电流为Inom(=1.5)；最小角为15°触发电路采用KJ004；主变压器采用Y/Y12联接；主电路采用三相桥式全控整流电路。
（二）、主要设计要求1、整流变压器设计1）二次相电压U2的计算2）二次电流I2和一次电流I1的计算3）变压器容量的计算2、晶闸管的选择3、晶闸管保护设计1）晶闸管过流保护2）晶闸管过压保护4、触发电路设计1）同步变压器设计及同步电压的相位选择2）三相触发电路设计（双窄脉冲）5、触发电路供电电源设计2.6 设计的原理和思路本次设计的主要原理是三相桥式整流调速原理，通过对触发电路可以改变触发角，继而对负载两端的电压进行控制输出，就可以对电动机进行调速。
而在电机的运行过程中会出现过压或者过流现象，所以还要考虑加上过压过流电路。
本次设计采用电流传感器和电压传感器进行过压过流保护，当出现过压或者过流时，触发电路的使能断就会起作用，就负载进行调节。
在电机启动时的启动电流很大，会对整流电路的晶闸管起到破坏的作用，减小了管子的使用寿命，甚至会破坏管子。
所以在设计时就要根据电路要求对管子就行设计来保护管子。
触发电路供电电源的设计何整流变压器的设计都可以通过整流来实现。
三设计内容3.1主电路晶闸管相控整流电路有单相、三相、全控、半控等，调速系统一般采用三相桥式全控整流电路。
在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧瞬态过电压保护及滤波，晶闸管并联电阻和电容构成关断缓冲；快速熔断器直接与晶闸管串联，对晶闸管起过电流保护作用。
如图2所示。
系统采用转速、电流双闭环的控制结构，原理框图如图3所示两个调节器分别调节转速和电力，二者之间实行串级连接，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管的触发电路。
从闭环反馈的结构上看，电流调节环式内环，速度调节环为外环。
为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器都采用PI调节器。
这样组成的双闭环系统，在给的突加（含启动）的过程中表现为一个恒值电流调节系统，在稳态中又表现为无静差调速系统，可获得良好的动态和静态品质。
图3 主电路——三相全控桥式整流电流二次电压U2=Ud/（2.34cos15）=97V二次电流I2=0.577Id=0.577*55=0.577*55=31.735A（3）变压器容量S=3U2*Id=9.235KV.A3.3 晶闸管的选择在整流装置中晶闸管额定参数的选择，注意根据晶闸管整流装置的工作条件，并适当考虑一定的安全余量。
1、晶闸管额定电压的选择晶闸管的额定电压是指断态重复峰值电压U DSR和反向重复峰值电压U RRM中较小的值。
因为晶闸管在不同电路中所承受的峰值电压U TM，考虑电源电压的波动及过电压保护等因素，选用时，额定电压应为事迹所承受的峰值电压U TM的2～3倍。
即： U TN=(2～3)U TM 式中U TN——晶闸管额定电压，V；U TM——晶闸管实际所承受的峰值电压，V。
2、晶闸管额定电流的选择晶闸管的额定电流是按电流的平均值标定的，它是通态平均电流I T(AV)的1.57倍。
即I TN=1.57 I T(AV)使用时，要求而定电流大于实际流过晶闸管电流的最大有效值I T,即I T(AV)≥I T=(K fT/1.57)(I dT/I d)I d=k Id式中 k——计算系数，k=K fT I dT /1.57 I d；K fT——电流波形系数，K fT=I T/I d；I d——负载评价电流；I dT——流过晶闸管的平均电流。
由于晶闸管的过载能力差，因而选用晶闸管I T(AV)的值应是实际流过晶闸管电流的最大有效值I T的1.5～2倍。
即：I T(AV) =（1.5～2）I T由上式可知，若已知Id的值则可确定I T(A V)的值；反之，若已知I T(A V)的值，亦可确定Id的值。
3.3 晶闸管保护设计（1）IGBT的过电流保护IGBT的过流保护电路可分为2类：一类是低倍数的（1.2～1.5倍）的过载保护；一类是高倍数（可达8～10倍）的短路保护。
对于过载保护不必快速响应，可采用集中式保护，即检测输入端或直流环节的总电流，当此电流超过设定值后比较器翻转，封锁所有IGBT驱动器的输入脉冲，使输出电流降为零。
这种过载电流保护，一旦动作后，要通过复位才能恢复正常工作。
IGBT能承受很短时间的短路电流，能承受短路电流的时间与该IGBT的导通饱和压降有关，随着饱和导通压降的增加而延长。
如饱和压降小于2V的IGBT允许承受的短路时间小于5μs，而饱和压降3V的IGBT允许承受的短路时间可达15μs，4～5V时可达30μs以上。
存在以上关系是由于随着饱和导通压降的降低，IGBT的阻抗也降低，短路电流同时增大，短路时的功耗随着电流的平方加大，造成承受短路的时间迅速减小。
通常采取的保护措施有软关断和降栅压2种。
软关断指在过流和短路时，直接关断IGBT。
但是，软关断抗骚扰能力差，一旦检测到过流信号就关断，很容易发生误动作。
为增加保护电路的抗骚扰能力，可在故障信号与启动保护电路之间加一延时，不过故障电流会在这个延时内急剧上升，大大增加了功率损耗，同时还会导致器件的di/dt增大。
所以往往是保护电路启动了，器件仍然坏了。
降栅压旨在检测到器件过流时，马上降低栅压，但器件仍维持导通。
降栅压后设有固定延时，故障电流在这一延时期内被限制在一较小值，则降低了故障时器件的功耗，延长了器件抗短路的时间，而且能够降低器件关断时的di/dt，对器件保护十分有利。
若延时后故障信号依然存在，则关断器件，若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了抗骚扰能力。
（2）IGBT的过电压保护关断IGBT时，它的集电极电流的下降率较高，尤其是在短路故障的情况下，如不采取软关断措施，它的临界电流下降率将达到数kA/μs。
极高的电流下降率将会在主电路的分布电感上感应出较高的过电压，导致IGBT关断时将会使其电流电压的运行轨迹超出它的安全工作区而损坏。
所以从关断的角度考虑，希望主电路的电感和电流下降率越小越好。