直流电机调速控制-课件PPT
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《电机控制》PPT课件(2024版)
整理ppt
18
4.实验参考程序
/**************************************************************************
* 控制步进电机快速前进200步，降低速度再前进50步，再次降低速度前进5步，然后停止。
* 停止一段时间后，控制步进电机以相反的步调退回原地。
int
main (void)
{
uint32 i;
uint8 Direction=0,Speed=3;
PINSEL1 = PINSEL1 & 0x0FFFFFFF;
// 设置P0.30为GPIO功能，输入
IO0DIR = IO0DIR & 0xBFFFFFFF;
// 设置P0.21为PWM功能，通过控制PWM的占空比从而控制直流电机的速度
U
U
效t
t
8
1．PWM（Pulse Width Modulation）脉冲调宽式
一个PWM周期
20％占空比 一个PWM周期
50％占空比
2．PFM（Pulse Frequency Modulation）脉冲调频式
1个脉冲
25％占空比 2个脉冲
50％占空比
整理ppt
9
1.2 控制电路--驱动部分
PINSEL1 = PINSEL1 | 0x00000400;
//设置P1.21为GPIO，输出。通过控制P1.21的电平从而控制直流电机的方向
IO1DIR = IO1DIR | (1<<21);
ZLDJ_SET(Direction,Speed);
//电机以最快速度正转
while(1)
《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。
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
单片机控制直流电机调速课件
电机调速应用实例
机器人控制
电机调速应用于机器人的运动控制，提高机 器人的精度和速度。
工业设备
电机调速应用于各种工业设备，提高生产效 率和质量。
电动车驱动
电机调速应用于电动车的驱动控制，实现高 效能耗和长续航里程。
风力发电
电机调速应用于风力发电装置，优化风能的 利用效率。
总结
1 单片机控制直流电
机调速是一种常见 的应用
单片机控制直流电机调速 课件
本课件将介绍单片机控制直流电机调速的原理和应用。通过详细讲解控制系 统搭建和调速实现方法，以及PID调节算法的应用，帮助您深入理解电机调速。
直流电机调速原理
1 电压控制
改变电机供电电压以控制转速。
2 电流控制
调整电机驱动电流以改变负载对转速的影 响。
3 脉宽调制
4 反馈调节
2
脉宽调制方法
通过改变脉冲宽度来调节电机的平均电压。
3
PID调节方法
结合比例、积分和微分控制来实现精确的电机调速。
PID调节算法在电机控制中的应用
PID调节算法是一种常用的闭环控制方法，可以根据实际转速和目标转速进行调节，实现精确的电机调 速。 该算法通过比例控制、积分控制和微分控制来实现稳定的调速效果。 PID调节算法在电机控制中得到广泛应用，为工业自动化和机电一体化技术的发展提供了重要支持。
通过改变脉冲宽度来控制驱动电机的平均 电压。
使用转速传感器等反馈信号进行闭环控制。
电机调速系统搭建
硬件搭建
使用单片机和面包板搭建电机 调速系统。
电路连接
将电机与单片机连接，建立电 机调速的电路。
传感器连接
将转速传感器连接至电路，用 于反馈调节。
7第七章直流调速系统ppt课件
第7章 直流调速系统
7.1 直流调速系统概述 7.2 单闭环直流调速系统 7.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统 7.4 闭环调速系统设计实例 7.5 多环直流调速系统
精选2021版课件
1
7.1 直流调速系统概述
7．1．1．直流调速系统的基本概念
在自动控制系统中，电力拖动系统是最重要的应用系统之一，
而电动机又是电力拖动系统的核心部件，它是将电能转化为机械能
的一种有力工具。根据电动机供电方式的不同，它可分为直流电动
机和交流电动机。由于直流电动机具有良好的启、制动性能，而且
可以在较大范围内平滑的调速，因此，在轧钢设备、矿井升降设备、
挖掘钻探设备、金属切削设备、造纸设备、电梯等需要高性能可控
制电力拖动的场合得到了广泛的应用。但直流电动机本身有着一些
7.1 直流调速系统概述
转速下限受低速时运转不稳定性的限制。对于要求在一定范围 内无级平滑调速的系统来说，此调速方式较好。改变电枢电压调速 (简称调压调速)是直流调速系统的主要调速方式。
2．改变励磁电流调速方式
改变电动机励磁回路的励磁电压大小，可改变励磁电流大小， 从而改变励磁磁通大小而实现调速，此种调速方式称为改变励磁电 流调速方式。其机械特性如图7－2所示。
这种调速方案属于恒功率调速。调磁调速的调速范围不大，一
般只是配合调压调速方式，在电动机额定转速之上作小范围的升速。
将调压调速和调磁调速复合起来则构成调压调磁复合调速系统，
精选2021版课件
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7.1 直流调速系统概述
可得到更大的调速范围，额定转速以下采用调压调速，额定转 速以上采用调磁调速。 3．电枢回路串电阻调速方式 在电动机电枢回路串接附加电阻，改变串接电阻的阻值，也可 调节转速，此种调速方式称为电枢回路串电阻调速方式。 这种调速方式只能进行有级调速，且串接电阻有较大能量损耗， 电动机的机械特性较软，转速受负载影响大，轻载和重载时转速不 同。另外，该调速方式中的调速电阻损耗大，经济性差，一般只应 用于少数性能要求不高的小功率场合。其机械特性如图7－3所示。
7.1 直流调速系统概述 7.2 单闭环直流调速系统 7.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统 7.4 闭环调速系统设计实例 7.5 多环直流调速系统
精选2021版课件
1
7.1 直流调速系统概述
7．1．1．直流调速系统的基本概念
在自动控制系统中，电力拖动系统是最重要的应用系统之一，
而电动机又是电力拖动系统的核心部件，它是将电能转化为机械能
的一种有力工具。根据电动机供电方式的不同，它可分为直流电动
机和交流电动机。由于直流电动机具有良好的启、制动性能，而且
可以在较大范围内平滑的调速，因此，在轧钢设备、矿井升降设备、
挖掘钻探设备、金属切削设备、造纸设备、电梯等需要高性能可控
制电力拖动的场合得到了广泛的应用。但直流电动机本身有着一些
7.1 直流调速系统概述
转速下限受低速时运转不稳定性的限制。对于要求在一定范围 内无级平滑调速的系统来说，此调速方式较好。改变电枢电压调速 (简称调压调速)是直流调速系统的主要调速方式。
2．改变励磁电流调速方式
改变电动机励磁回路的励磁电压大小，可改变励磁电流大小， 从而改变励磁磁通大小而实现调速，此种调速方式称为改变励磁电 流调速方式。其机械特性如图7－2所示。
这种调速方案属于恒功率调速。调磁调速的调速范围不大，一
般只是配合调压调速方式，在电动机额定转速之上作小范围的升速。
将调压调速和调磁调速复合起来则构成调压调磁复合调速系统，
精选2021版课件
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7.1 直流调速系统概述
可得到更大的调速范围，额定转速以下采用调压调速，额定转 速以上采用调磁调速。 3．电枢回路串电阻调速方式 在电动机电枢回路串接附加电阻，改变串接电阻的阻值，也可 调节转速，此种调速方式称为电枢回路串电阻调速方式。 这种调速方式只能进行有级调速，且串接电阻有较大能量损耗， 电动机的机械特性较软，转速受负载影响大，轻载和重载时转速不 同。另外，该调速方式中的调速电阻损耗大，经济性差，一般只应 用于少数性能要求不高的小功率场合。其机械特性如图7－3所示。
永磁无刷直流电机(电机控制)课件
设备的驱动。
新能源
用于风力发电、太阳能 发电等新能源设备的驱
动和控制。
汽车电子
用于电动汽车、混合动 力汽车等车辆的驱动和
控制。
其他领域
如航空航天、医疗器械 、智能家居等需要高精
度控制的领域。
02
电机控制系统
控制系统概述
控制系统是永磁无刷直流电机的重要组成部分，用于实现电机的启动、调速、制 动等功能。
永磁无刷直流电机通过控制电流 的相位和幅值，实现电机的启动 、调速和制动等功能。
结构与特点
结构
永磁无刷直流电机由定子、转子和控 制器三部分组成。定子包括永磁体和 电枢绕组，转子为金属导体。
特点
具有高效、高可靠性、高控制精度、 长寿命等优点，适用于需要高精度控 制的应用场景。
应用领域
工业自动化
用于各种自动化生产线 、机器人、数控机床等
电磁干扰和噪声
无刷直流电机在运行过程中会产生电磁干 扰和噪声，对周围环境和人体健康造成一 定影响，需要采取措施进行抑制。
未来研究方向
高效能电机及其控制技术
研究新型的电机结构和控制策略，以 提高电机的能效和稳定性。
智能感知与故障诊断
利用传感器和智能算法，实现对电机 系统的实时感知和故障诊断，提高系 统的可靠性和安全性。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过模糊化输入变量和模糊规则实现控 制输出。
详细描述
模糊控制算法将输入变量的精确值模糊化，转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行逻 辑运算，得到输出变量的模糊集合。最后，对输出变量的模糊集合进行去模糊化，得到 精确的控制输出。模糊控制算法能够处理不确定性和非线性问题，适用于永磁无刷直流
新能源
用于风力发电、太阳能 发电等新能源设备的驱
动和控制。
汽车电子
用于电动汽车、混合动 力汽车等车辆的驱动和
控制。
其他领域
如航空航天、医疗器械 、智能家居等需要高精
度控制的领域。
02
电机控制系统
控制系统概述
控制系统是永磁无刷直流电机的重要组成部分，用于实现电机的启动、调速、制 动等功能。
永磁无刷直流电机通过控制电流 的相位和幅值，实现电机的启动 、调速和制动等功能。
结构与特点
结构
永磁无刷直流电机由定子、转子和控 制器三部分组成。定子包括永磁体和 电枢绕组，转子为金属导体。
特点
具有高效、高可靠性、高控制精度、 长寿命等优点，适用于需要高精度控 制的应用场景。
应用领域
工业自动化
用于各种自动化生产线 、机器人、数控机床等
电磁干扰和噪声
无刷直流电机在运行过程中会产生电磁干 扰和噪声，对周围环境和人体健康造成一 定影响，需要采取措施进行抑制。
未来研究方向
高效能电机及其控制技术
研究新型的电机结构和控制策略，以 提高电机的能效和稳定性。
智能感知与故障诊断
利用传感器和智能算法，实现对电机 系统的实时感知和故障诊断，提高系 统的可靠性和安全性。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过模糊化输入变量和模糊规则实现控 制输出。
详细描述
模糊控制算法将输入变量的精确值模糊化，转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行逻 辑运算，得到输出变量的模糊集合。最后，对输出变量的模糊集合进行去模糊化，得到 精确的控制输出。模糊控制算法能够处理不确定性和非线性问题，适用于永磁无刷直流
直流电动机的起动调速和制动PPT课件
t=0
减弱磁通前、
后的电枢电流
ia
变化曲线
减弱磁通调速前、 后转速变化曲线
n
t
第18页/共59页
结论：磁场越弱， 转速越高。因此 电机运行时励磁 回路不能开路。
3.2 直流电动机的调速
3.2.3 弱磁调速
优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便， 能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增 大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大， 电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。
第23页/共59页
3.2 直流电动机的调速
3.2.4 调速的性能指标
n
同样硬度的特性，
n01
转速越低，静差率
nN1 11 nN3
越大，越难满足n0生2
nN2
22
产机械对静差率0的
33
TL
T
要求。
不同机械特性对应的静差率
第24页/共59页
3.2 直流电动机的调速
３、平滑性
用平滑系数表示调速的平滑性，定义 即相邻两级转速之比。
n
n0
nN
A’
A
n1
B
串电阻Rs1后,工 作点由A→A’→B
未串电阻时的工 作点
Ra
Ra+Rs1
0
TL
Tem
第12页/共59页
3.2 直流电动机的调速
3.2 .1 电枢串电阻调速
n ia
IaN
nN n1
t=0
调速过程电流变化曲线调速前、 后电流不变
ia
调速过程转速变 化曲线
n
结论：带恒转矩
负载时,串电阻越
nN
nN (1 )
减弱磁通前、
后的电枢电流
ia
变化曲线
减弱磁通调速前、 后转速变化曲线
n
t
第18页/共59页
结论：磁场越弱， 转速越高。因此 电机运行时励磁 回路不能开路。
3.2 直流电动机的调速
3.2.3 弱磁调速
优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便， 能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增 大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大， 电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。
第23页/共59页
3.2 直流电动机的调速
3.2.4 调速的性能指标
n
同样硬度的特性，
n01
转速越低，静差率
nN1 11 nN3
越大，越难满足n0生2
nN2
22
产机械对静差率0的
33
TL
T
要求。
不同机械特性对应的静差率
第24页/共59页
3.2 直流电动机的调速
３、平滑性
用平滑系数表示调速的平滑性，定义 即相邻两级转速之比。
n
n0
nN
A’
A
n1
B
串电阻Rs1后,工 作点由A→A’→B
未串电阻时的工 作点
Ra
Ra+Rs1
0
TL
Tem
第12页/共59页
3.2 直流电动机的调速
3.2 .1 电枢串电阻调速
n ia
IaN
nN n1
t=0
调速过程电流变化曲线调速前、 后电流不变
ia
调速过程转速变 化曲线
n
结论：带恒转矩
负载时,串电阻越
nN
nN (1 )
运动控制系统第3章-转速闭环控制的直流调速系统ppt
s)
闭环时，Dcl
nN s ncl (1
s)
得到 Dcl (1 K )Dop
（2-50）
闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系
开环系统 Id n 例如：在图2-24中工作点从A A′
闭环系统 Id n Un Un Uc
n Ud0 例如：在图2-24中工作点从A B 比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动 调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压， 以补偿电枢回路电阻压降的变化。
图2-26 积分调节器的输入和输出动态过程
图2-26 积分调节器的 输入和输出动态过程
只要ΔUn>0，积分调 节器的输出Uc便一直 增长；只有达到 ΔUn=0时， Uc才停止 上升；只有到ΔUn变 负， Uc才会下降。
当ΔUn=0时， Uc并 不是零，而是某一个 固定值Ucf
突加负载时，由于Idl的 增加，转速n下降，导 致ΔUn变正，
由式（2-48）可得
K
nop
1
275
1 103.6
ncl
2.63
则得
Kp
K
K s / Ce
103.6 30 0.015 / 0.2
46
即只要放大器的放大系数等于或大于46。
3.1.3 闭环直流调速系统反馈控制规律
（1）比例控制的反馈控制系统是被调量有 静差的控制系统 比例控制反馈控制系统的开环放大系数值 越大，系统的稳态性能越好。 但只要比例放大系数Kp＝常数，开环放大 系数K≠∞，反馈控制就只能减小稳态误差， 而不能消除它， 这样的控制系统叫做有静差控制系统。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第3章
转速闭环控制的 直流调速系统
《电机调速》课件
结语
电机调速是现代工业中不可或缺的重要手段。通过不断攀登科技的高峰，我 们可以迈入未来的辉煌！
《电机调速》PPT课件
电机在现代工业中扮演着重要的角色。常见的电机类型包括直流电机、交流 电机和步进电机等。电机调速是电机控制的重要手段。
前言
电机在现代工业中扮Байду номын сангаас着重要的角色。它们驱动各种设备，使生产和运输等工作得以顺利进行。 本节将介绍电机调速的重要性，并探讨不同类型的电机及其应用。
直流电机调速
步进电机调速
步进电机调速是一种特殊的电机控制技术。通过控制电机的脉冲信号和相序， 可以实现精确的位置控制和速度调节。
本节将介绍步进电机调速的原理和不同的调速方式，并通过实例展示其在各 个领域的应用。
电机调速的趋势
现代工业对电机调速的要求越来越高。为了提高效率和节能，不断涌现出新的调速技术和控制系统。 本节将探讨现代电机调速技术的发展趋势，包括高效节能方案和智能自适应控制系统。
直流电机调速是实现转速控制的重要手段。通过调整电机的电压、电流或电 阻，可以实现精确的转速调节。
本节将介绍直流电机调速的原理和常见的调速方法，并通过实际应用案例展 示其效果。
交流电机调速
交流电机调速是一种常见的电机控制技术。利用变频调速、电压调制或电流调制等方法，可以实现精确的转速控制。 本节将介绍交流电机调速的原理和常见的调速方法，并探讨其在实际应用中的优势和限制。
直流电机调速控制 ppt课件
直流电机调速控制
1、直流电动机基本控制原理简介 2、直流调速控制线路原理简介 3、直流电动机自动调速控制线路的改造。
一个还须研讨的导 向课题
直流电机调速控制
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构 复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和 起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机 械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直 流电动机驱动。
直流电机调速控制
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。
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
直流电机调速控制
1、设计电原理图、分析工作原理，确保电路的可行性。 2、先查找相关元器件的技术参数，后确定改造用元器件参数。 3、对改进后电路进行实际安装、调试和试运行，实际测量数据、波形 并记录。 4、试运行成功后再对系统电路进行改造。
光电光电耦合器
参考教材 电子技术基础 维修电工 电机与变压器 半导体变流技术 电力电子技术 元器件手册 上网
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<1电机调速控制
1、直流电动机基本控制原理简介 2、直流调速控制线路原理简介 3、直流电动机自动调速控制线路的改造。
一个还须研讨的导 向课题
直流电机调速控制
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构 复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和 起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机 械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直 流电动机驱动。
直流电机调速控制
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。
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
直流电机调速控制
1、设计电原理图、分析工作原理，确保电路的可行性。 2、先查找相关元器件的技术参数，后确定改造用元器件参数。 3、对改进后电路进行实际安装、调试和试运行，实际测量数据、波形 并记录。 4、试运行成功后再对系统电路进行改造。
光电光电耦合器
参考教材 电子技术基础 维修电工 电机与变压器 半导体变流技术 电力电子技术 元器件手册 上网
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<1电机调速控制
直流电机篇PPT课件
电机振动或噪声过大
常见问题 诊断方法 修复措施
电机振动或噪声过大可能是由于机械松动、转子不平衡 、轴承损坏等原因所致。
诊断电机振动或噪声过大的方法包括观察法、听觉法、 触摸法等，通过这些方法可以初步判断故障原因。
针对不同的故障原因，采取相应的修复措施，如紧固松 动部位、重新平衡转子或更换轴承等，以消除振动或噪 声。
05
直流电机常见故障与维护
电刷与换向器磨损
正常磨损 磨损原因 维护建议
电刷和换向器在电机运行过程中会发生正常磨损，这是 由于电流通过电刷与换向器接触产生摩擦所致。
电刷与换向器的磨损主要与电流大小、电刷压力、换向 器表面粗糙度以及电机运行环境有关。
为减缓电刷与换向器的磨损，应定期检查电刷和换向器 的磨损情况，保持适当的电刷压力和换向器表面粗糙度 ，并确保电机运行环境良好。
铁芯通常由硅钢片叠 压而成，以减小磁阻 和减少能量损失。
转子
转子是直流电机的旋转部分， 通常由铁芯和绕组组成。
铁芯同样由硅钢片叠压而成， 以减小磁阻和减少能量损失。
绕组则通常由绝缘导线绕制而 成，以产生磁场。
换向器
换向器是直流电机的重要部件之一，主要作用是将电刷上的直流电流转换为绕组上 的交流电流，以实现电流方向的改变。
电机过热或冒烟
01
严重故障
02
电机过热可能是由于负载过大、通风不良、轴承损坏等原 因所致，冒烟则可能是由于电机内部短路或严重过载引起 。
03
预防措施
04
为预防电机过热或冒烟，应定期检查电机运行状况，确保 通风良好，避免超载运行，并定期更换轴承等易损件。
05
处理方法
06
一旦发现电机过热或冒烟，应立即停机检查，找出故障原 因并排除，同时对电机进行全面检修和保养。
直流调速系统及其仿真.ppt
T
二、调压调速的关键装置--可控直流电源
常用的可控直流电源有以下三种：
1、旋转变流机组
2、静止可 控整流器
3、直流斩波 器和脉宽调制
变换器
1、旋转变流机组----用交流电动机拖动直流发电 机，以获得可调的直流电压（G-M系统）。
+ 励 磁 电 源
+
-
~
GE
~M n +(-) n
放
大 装
If
G
U
M
晶闸管整流器的内阻 要求D=20，s≤5%
Rrec=0.13Ω
问题
问若采用开环V-M系统能否满足要求？ 若采用α=0.015V·min/r转速负反馈闭环系统，问放大 器的放大系数为多大时才能满足要求？
解（1）设系统满足D=20，检验系统是否满足s≤5%？
nmin
nn D
1000 20
50(r / min)
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
V-M闭环系统原理框图
(a)给定环节——产生控制信号：由高精度直流 稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。
(b)比较与放大环节——信号的比较与放大；由P、I、 PI运放器组成
(c)触发器和整流装置环节（组合体）--功率放大 GT：单结晶体管、锯齿波、正弦波触发器; 整流装置：单相、三相、半控、全控.
U
* n
, 则n
改变
（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如：
TL
n
Un
U n
(U
* n
Un )
Uct Ud 0 ( Id Te ) n
二、调压调速的关键装置--可控直流电源
常用的可控直流电源有以下三种：
1、旋转变流机组
2、静止可 控整流器
3、直流斩波 器和脉宽调制
变换器
1、旋转变流机组----用交流电动机拖动直流发电 机，以获得可调的直流电压（G-M系统）。
+ 励 磁 电 源
+
-
~
GE
~M n +(-) n
放
大 装
If
G
U
M
晶闸管整流器的内阻 要求D=20，s≤5%
Rrec=0.13Ω
问题
问若采用开环V-M系统能否满足要求？ 若采用α=0.015V·min/r转速负反馈闭环系统，问放大 器的放大系数为多大时才能满足要求？
解（1）设系统满足D=20，检验系统是否满足s≤5%？
nmin
nn D
1000 20
50(r / min)
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
V-M闭环系统原理框图
(a)给定环节——产生控制信号：由高精度直流 稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。
(b)比较与放大环节——信号的比较与放大；由P、I、 PI运放器组成
(c)触发器和整流装置环节（组合体）--功率放大 GT：单结晶体管、锯齿波、正弦波触发器; 整流装置：单相、三相、半控、全控.
U
* n
, 则n
改变
（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如：
TL
n
Un
U n
(U
* n
Un )
Uct Ud 0 ( Id Te ) n
最新双闭环直流电动机调速系统ppt课件
脉宽调制器是一个电压—脉冲变换装置。由控制 电压Uct进行控制，为PWM变换器提供所需的脉 冲信号。
脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
图4-35所示的简单不可逆变换器中， 电流ia不能反向，因此不能产生制动作用， 只能作单象限运行。需要制动时必须具有 反向电流—ia的通路，因此应该设置控制 反向通路的第二个IGBT，如图 4-36a)所 示。这种电路组成的PWM伺服系统可在一、 二两个象限运行。
可逆PWM变换器
可逆PWM变换器电路的结构形式有H 型和T型等类，这里主要讨论常用的H型变 换器，它是由四个功率管和四个续流二极 管组成的桥式电路。如图4-38a)所示，图 中功率管选用IGBT。H型电路在控制方式 上分双极式、单极式两种工作制。下面着 重分析双极式工作制，然后再简述单极式 工作制的特点。
变化的）
Uct (s) U(s)
Kp
4、测速发电机传函（输出响应可认为是瞬时 变化的）
Un(s)
n(s)
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在 一起，便得到单闭环调速系统动态结构图。
IL(s)
R(TLs1)
U
* n
U K P
Un
Uct
K s Ud0(s) -
1 Tss
1
Ce
n(s)
Tm s(TL s 1) 1
转速、电流双闭环调速系统的组成 转速、电流双闭环调速系统的工作原理
脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
图4-35所示的简单不可逆变换器中， 电流ia不能反向，因此不能产生制动作用， 只能作单象限运行。需要制动时必须具有 反向电流—ia的通路，因此应该设置控制 反向通路的第二个IGBT，如图 4-36a)所 示。这种电路组成的PWM伺服系统可在一、 二两个象限运行。
可逆PWM变换器
可逆PWM变换器电路的结构形式有H 型和T型等类，这里主要讨论常用的H型变 换器，它是由四个功率管和四个续流二极 管组成的桥式电路。如图4-38a)所示，图 中功率管选用IGBT。H型电路在控制方式 上分双极式、单极式两种工作制。下面着 重分析双极式工作制，然后再简述单极式 工作制的特点。
变化的）
Uct (s) U(s)
Kp
4、测速发电机传函（输出响应可认为是瞬时 变化的）
Un(s)
n(s)
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在 一起，便得到单闭环调速系统动态结构图。
IL(s)
R(TLs1)
U
* n
U K P
Un
Uct
K s Ud0(s) -
1 Tss
1
Ce
n(s)
Tm s(TL s 1) 1
转速、电流双闭环调速系统的组成 转速、电流双闭环调速系统的工作原理
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。
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电网波动 负载波动
12
4、KZD-Ⅱ型直流调速系统分析(略)
此为小容量晶闸管直流调 速装置，适用于4kW以下 直流电动机无级调速。系 统的主回路采用单相桥式 半控整流线路。具有电流 截止负反馈、电压负反馈 和电流正反馈（电动势负 反馈）。具体数据如下：
励磁电压 单相180V
交流电源电压 单相220V 励磁电流 直流1A
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
3
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。
参考教材 电子技术基础 维修电工（技师 高级技师） 数电模电相关书籍 电源 技术等
19
20
③用光电耦合器代替脉冲变压器
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。
6
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
④电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修 时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。
⑤可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。 ⑥手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳
定，建议用触摸式电压调节器来改进。
17
2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘
制系统原理图。
①用比例调节器代替原来的放大和比 较节。
直流电机的优点：
(1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。
(2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。
(3) 易于控制。 应用:
1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井 提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。
2) 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等
2
一、直流电动机基本控制原理
8
这就是所谓的电 源—电动机调速 系统（V—M） 系统，它属于开 环系统。
用晶闸管触发可控整流电路 实现电枢电压可调，从而达到改 变电机转速的目的。
9
1、转速负反馈晶闸管直流调速系统的组成
电源及晶闸管电路
触发
给
电路
定 电 位 器
电 动 机
比较环节+比例调节器
测速电机
电流 载止 比较 电路
பைடு நூலகம்10
2、调速系统的组成框图
由于串电阻调速和弱磁调速都会 使直流他励电机的机械特性变软，所 以在实际应用中我们通常采用的是变 电压调速。
4
1、 电枢回路串电阻调速
电枢中串入电阻,使 n 、
n0不变，即电机的特性曲线 变陡(斜率变大)，在相同力
n0
n
矩下,n。特性曲线如图。
电枢回路串电阻调速需
Ra Ra + R
电 阻 增 大
在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降T， 因此 n 只能下调。
整流输出电压 直流180V 调速范围 直流180V
最大输出电流 直流30A 静差率 s<10%
13
5、KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图
14
KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图及调节过 程
15
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。
特点：(1) 设备简单，操作方便。 (2)机械特性软，稳定性差。 (3)能量损耗大，只用于小型直流机。
5
2、 改变电压调速
由转速公式知：
调电压U，n0变化，但斜 率不变，所以调速特性
nn00' n
是一组平行曲线。
n0"
电 压 降 低
改变电压调速的特点:
0
Tc
特性曲线 T
(1)工作时电压不允许超过UN ，所以调速
（
Rf
增减 加小
）
TL T
7
二、直流调速控制线路原理简介
什么是调速
将调节电动机转速，以适应生产要 求的过程就称之为调速；而用于完成 这一功能的自动控制系统就被称为自 动调速系统。
调速系统分交流和直流调速系统， 由于直流调速系统的调速范围广，静 差率小、稳定性好以及具有良好的动 态性能。因此在相当长的时期内，高 性能的调速系统几乎都采用了直流调 速系统。
参考教材 电子技术基础 维修电工（技师 高级技师） 半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原理 上网
18
②系统供电系统电路的改进
1、给定电压和系统控制电路可共用一 组高精度稳压电源供电，可节省一套 变压器绕组和提高系统稳定性，减少 电源电路损耗。
2、电路改造中，为了保证触发信号与 可控整流电路同步，梯形波不能破坏 或失真。
课题:直流电机调速系统升级、 改造
1、直流电动机基本控制原理简介 2、直流调速控制线路原理简介 3、直流电动机自动调速控制线路的改造。
一个还须研讨的导 向课题
1
引言
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构 复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和 起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机 械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直 流电动机驱动。
由图可见，该系统的控制对象是直流电动机M， 被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及整流电路为 功率放大和执行环节，由运算放大器构成的比例调 节器为电压放大和电压(综合)比较环节，电位器RP1 为给定元件，测速发电机TG与电位器RP2为转速检 测元件。该调速系统的组成框图如下:
11
3、系统的自动调节过程
16
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。
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4、KZD-Ⅱ型直流调速系统分析(略)
此为小容量晶闸管直流调 速装置，适用于4kW以下 直流电动机无级调速。系 统的主回路采用单相桥式 半控整流线路。具有电流 截止负反馈、电压负反馈 和电流正反馈（电动势负 反馈）。具体数据如下：
励磁电压 单相180V
交流电源电压 单相220V 励磁电流 直流1A
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
3
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。
参考教材 电子技术基础 维修电工（技师 高级技师） 数电模电相关书籍 电源 技术等
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③用光电耦合器代替脉冲变压器
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。
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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
④电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修 时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。
⑤可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。 ⑥手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳
定，建议用触摸式电压调节器来改进。
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2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘
制系统原理图。
①用比例调节器代替原来的放大和比 较节。
直流电机的优点：
(1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。
(2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。
(3) 易于控制。 应用:
1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井 提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。
2) 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等
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一、直流电动机基本控制原理
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这就是所谓的电 源—电动机调速 系统（V—M） 系统，它属于开 环系统。
用晶闸管触发可控整流电路 实现电枢电压可调，从而达到改 变电机转速的目的。
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1、转速负反馈晶闸管直流调速系统的组成
电源及晶闸管电路
触发
给
电路
定 电 位 器
电 动 机
比较环节+比例调节器
测速电机
电流 载止 比较 电路
பைடு நூலகம்10
2、调速系统的组成框图
由于串电阻调速和弱磁调速都会 使直流他励电机的机械特性变软，所 以在实际应用中我们通常采用的是变 电压调速。
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1、 电枢回路串电阻调速
电枢中串入电阻,使 n 、
n0不变，即电机的特性曲线 变陡(斜率变大)，在相同力
n0
n
矩下,n。特性曲线如图。
电枢回路串电阻调速需
Ra Ra + R
电 阻 增 大
在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降T， 因此 n 只能下调。
整流输出电压 直流180V 调速范围 直流180V
最大输出电流 直流30A 静差率 s<10%
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5、KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图
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KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图及调节过 程
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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。
特点：(1) 设备简单，操作方便。 (2)机械特性软，稳定性差。 (3)能量损耗大，只用于小型直流机。
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2、 改变电压调速
由转速公式知：
调电压U，n0变化，但斜 率不变，所以调速特性
nn00' n
是一组平行曲线。
n0"
电 压 降 低
改变电压调速的特点:
0
Tc
特性曲线 T
(1)工作时电压不允许超过UN ，所以调速
（
Rf
增减 加小
）
TL T
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二、直流调速控制线路原理简介
什么是调速
将调节电动机转速，以适应生产要 求的过程就称之为调速；而用于完成 这一功能的自动控制系统就被称为自 动调速系统。
调速系统分交流和直流调速系统， 由于直流调速系统的调速范围广，静 差率小、稳定性好以及具有良好的动 态性能。因此在相当长的时期内，高 性能的调速系统几乎都采用了直流调 速系统。
参考教材 电子技术基础 维修电工（技师 高级技师） 半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原理 上网
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②系统供电系统电路的改进
1、给定电压和系统控制电路可共用一 组高精度稳压电源供电，可节省一套 变压器绕组和提高系统稳定性，减少 电源电路损耗。
2、电路改造中，为了保证触发信号与 可控整流电路同步，梯形波不能破坏 或失真。
课题:直流电机调速系统升级、 改造
1、直流电动机基本控制原理简介 2、直流调速控制线路原理简介 3、直流电动机自动调速控制线路的改造。
一个还须研讨的导 向课题
1
引言
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构 复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和 起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机 械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直 流电动机驱动。
由图可见，该系统的控制对象是直流电动机M， 被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及整流电路为 功率放大和执行环节，由运算放大器构成的比例调 节器为电压放大和电压(综合)比较环节，电位器RP1 为给定元件，测速发电机TG与电位器RP2为转速检 测元件。该调速系统的组成框图如下:
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3、系统的自动调节过程
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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。