直流电机调速控制原理图及源代码.pdf
直流电机调速原理PPT课件
Ⅰ
第11页/共204页
500
瞬时换向 极限线
Ⅲ
换向极限线
转速极限 线
1000 1500 n/(r/min)
§5.4 直流伺服电动机及速度控制
二、直流伺服电动机的速度控制 常采用两种速度调节系统： 晶闸管调速系统
晶体管脉宽调制调速系统。 1. 晶闸管调速系统
利用晶闸管的单向导电可控性，输出可控制的电压；利用 可控硅整流器提供直流电源；通过改变晶闸管触发角，改变外 加电压，从而达到调速的目的。
12000 10000
瞬时换向 极限线
8000
Ⅲ
6000 Ⅱ
4000 温度极限线 换向极限线
2000
Ⅰ
转速极限 线0Biblioteka 500第8页/共24页
1000 1500 n/(r/min)
§5.4 直流伺服电动机及速度控制
Ⅰ区域为连续工作区, 在该区域中，转矩和转速的任意组合都可
长期连续工作。
Ⅱ区域为断续工作区，在该区域内，电动机只能根据负载周期曲
第7页/共24页
§5.4 直流伺服电动机及速度控制
3. 永磁直流伺服电机的工作特性
对于永磁直流伺服电动机，由于其伺服系统的要求，已经不能
简单地用电压、电流、转数等参数描述其性能，而需要用一些特
性曲线对其性能做全面描述。
① 转矩—速度特性曲线 T/(N∙cm)
转矩极限线
从图中可以得出，伺 服电动机的工作区域被 温度极限线、转速极限 线、换向极限线、转矩 极限线以及瞬时换向极 限线划分成三个区域。
均电压大于零，电动机正转。 ➢ 当t1＜T/2时，加在A、B两端的平
均电压小于零，电动机反转。 ➢ 当t1＝T/2时，加在A、B两端的平
直流电机的调速方法ppt课件
• 一组：韩爽 刘磊 刘畅 韩玉迪
1
目录
一、直流电动机调速的定义与工作原理 二、直流电动机调速的种类与方法 三、直流电动机调速方法的特点
2
一、直流电动机调速的定义与工作原理
• 定义：直流电机调速器就是调节直流电动机速度 的设备。
• 工作原理:是通过改变输出方波的占空比使负载上 的平均电流功率从0-100%变化、从而改变负载、 灯光亮度/电机速度。利用脉宽调制(PWM)方式、 实现调光/调速、它的优点是电源的能量功率、能 得到充分利用、电路的效率高。
适合应用在调速范围大的情况。这是直流电动机最完善的 调速方式，但设备复杂，造价高。
8
9
4
1.调节电枢供电电压U
5
2.改变电动机主磁通
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： 减小磁通，n只能上调。
nnn000''' n
（
Rf
增减 加小
）
O
TL T
6
3.电枢回路串电阻调速
3
二、直流电动机调速的种类与方法
直流电机调速的种类分别有： 1.调节电枢供电电压U
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。 2.改变电动机主磁通
Ra Ra + R
电 阻 增 大
T
7
三、直流电动机调速方法的特点
直流电机调速控制ppt课件
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%
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。
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。
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。
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21 网
直流电机调速器电路图555
直流电机调速器电路图555电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。
也是一门综合了电子技术，控制技术和电力技术的新兴交叉学科。
直流电机是电机的主要类型之一。
直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。
它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机，用作直流发电机可以得到直流电源，而作为直流电动机，由于其优越的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。
直流电动机与交流电动机相比，具有结构复杂，维护困难，价格比较贵等缺点，应用不如交流电动机广泛。
但由于直流电动机有优良的启动，调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。
直流电机无级调速电路这块电路板电路简单，成本不高，制作容易，电路作简单分析：220V交流电经变压器T降压，P2整流，V5稳压得到9V直流电压，为四运放集成芯片LM324提供工作电源。
P1整流输出是提供直流电机励磁电源。
P4整流由可控硅控制得到0－200V的直流，接电机电枢，实现电机无级调速。
R1，C2是阻容元件，保护V1可控硅。
R3是串在电枢电路中作电流取样，当电机过载时，R3上电压增大，经D1整流，C3稳压，W1调节后进入LM324的12脚，与13脚比较从14脚输出到1脚，触发V7可控硅，D4 LED红色发光管亮，6脚电压拉高使V1可控硅不能触发，保护电机。
电机过载电流大小由W1调节。
市电过零检测，移相控制是由R5、R6降压，P3整流，经4N35隔离得到一个脉动直流进入14脚，从8脚到5脚输出是脉冲波，调节W2电位器即调节6脚的电压大小，可以改变脉冲的宽度，脉冲的中心与交流电过零时刻重合，使得双向可控硅很好地过零导通，D4是过载指示，D3是工作指示，W2是电机速度无级调节电位器。
电路制作好后只要元件合格，不用调整就可使用。
NE555做一个直流电机调速器把电机串联在集电极不要放在发射级在并联个反向的续流二极管防止击穿调整管12V直流电机高转矩电子调速器直流电机在一些应用中需要随时具有高转矩输出能力，无论它是处于低速还是高速运转。
直流电机调速系统 27页PPT文档
闭环调速控制原理
控制器+执行器+反馈环节
《电机传动与控制》课程实验
直流电机驱动及调速控制
实验内容介绍
实验的背景 实验系统硬件构成 实验系统工作原理 实验1：直流电机驱动 实验2：直流电机调速系统 实验3：拓展实验
实验背景
以直流电机为例，说明电机传动系统的驱动和控制。 稳定的速度控制。
实验系统硬件构成：计算机系统构成
计算机Leabharlann （控制电路+直流电机）
数字通讯接口
Faulhaber 工作电压: 12V 空载转速：8100RPM 减速后速：120RPM 输出功率：17W 扭 矩：1.72N.m 空载电流：75mA 堵转电流：1400mA
编码器特性 编码器：光电式 输出路数：ＡＢ双路输出 每圈脉冲：12脉冲每圈
L298N驱动模块
思考（实验报告）
如何进行电机控制信号占空比、频率、电机转速的检测？ 并分析参数对电机的影响规律。
在L298N电路中进行关键点运行数据测量，来说明驱动电 路的工作原理。
如果使用同样的驱动和控制信号，更换不同的电机，其转 速是否一致？当给电机不同负载，转速是否会保持不变？ 请分析原因？
直流电机驱动模块
数据通讯端口
单一命令8字节构成，CMD为命令，4~7命令数据。 0x19 0x88固定值，命令起始；0x11固定值，命令 终结。
实验1：直流电机驱动和编码器信号观察
陈小天提供。
Arduino，单片机提供
实验要求：修改Arduino单片机上的输出信号，来观 察电机两端的电压值、体会占空比、频率对电机工作 转速的影响规律。
如何进行电机控制信号占空比、频率、电机转速的检测？ 并分析参数对电机的影响规律。
直流电机及调速系统课件79页PPT
直流电机工作原理
从图中可以看出，接入直流电源以后，电刷A为正极性，电刷B为负极性。
电流从正电刷A经线圈ab、cd，到负电刷B流出。根据电磁力定律，在载流导体
与磁力线垂直的条件下，线圈每一个有效边将受到一电磁力的作用。电磁力的
方向可用左手定则判断，伸开左手，掌心向着N极，4指指向电流的方向，与4 指垂直的拇指方向就是电磁力的方向。在图示瞬间，导线ab与dc中所受的电磁 力为逆时针方向，在这个电磁力的作用下，转子将逆时针旋转．即图中S的方向。
？ ？ ？ ？ ？
设计目标
拟定其传动系统 选择伺服电机 确定反馈控制结构 选择伺服系统的参
数
伺服系统设计实例_分析1
解决问题的方法 通过数学建模来分析整个系统的问题
信号
驱动单元数学模型 电机单元数学模型 机械单元数学模型
目标运动
伺服系统设计实例_分析2
数学建模来分析整个系统的问题 数学模型应解决什么问题 数学模型如何来实现互联
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
右图为一数控 机床进给部件 中的电机调速 系统接线图
它是一个速度 负反馈闭环 调速系统
控制
驱动
电机
电源 电源
电机调速系统实例_1 (B)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
电机调速系统实例_1 (C)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
速度指令
电机 测速电机
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
速度单元
速度指令
电机 测速电机
运动控制系统第五讲直流电机调速原理和调速驱动控制器课件
图45--7 简单的不可逆PWM变换器的主电路 Us—直流电源电压；C—滤波电容器；VT—功率开关器件；VD—续流二极管；M—直流电
5-8
1) 电压和电流波形
• (1) 在一个开关周期T内。 • (2) 当0 ≤ t < ton时，Ug为正，VT饱和导通，电源电压Us
通过VT加到直流电机电枢两端。 • (3) 当ton ≤ t < T时，Ug为负，VT关断，电枢电路中的电
我们很有必要对其进行认真的研究。
5.1.1 直流电机调速的发展历程
• 1．变流机组时代 • 图5-1所示的是早期直流电机的调速方案，
称为直流变流机组。系统主要由5大部件组 成：原动机、直流发电机、直流电动机、 励磁电源和生产机械。其基本工作原理是： 一台三相交流电动机拖动一台直流发电机， 直流发电机发出直流电，作为直流电动机 的供电电源，然后直流电动机拖动生产机 械。通过对励磁电路和放大装置的控制， 就能改变直流发电机的输出电压，从而达 到控制直流电动机转速的目的。
1.3 直流电机PWM基本电路
• 根据电机的运行功能状态，有不可逆运行 和可逆运行之分。PWM调节器也有相对应 的不可逆变换器和可逆变换器。
1．不可逆PWM变换器
• 图5-7所示的是简单的不可逆PWM变换器的 主电路原理图。该电路采用全控式电子晶 体管，开关频率可达20 kHz甚至更高，电 源电压Us一般由不可控整流电源提供，采 用大电容器C滤波，二极管VD在晶体管VT 关断时释放电感储能为电枢回路续流。下 面分析其运行特点。
5-1
• 2．相控整流时代
• 20世纪50年代末期，随着电力电子技术的 早期代表——晶闸管（SCR）的出现，直 流电机调压调速技术进入到一个新的时期。 图5-2所示的是相控整流电路图。相控整流 由5大部件组成：相控整流器、电抗器、直 流电机、直流励磁控制电路和相控整流器 触发电路。
《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。
直流电机调速与系统控制详解
电子工艺课程设计报告姓名卢星星班级T983-6学号20090830616指导老师王思山标题直流电机调速与控制系统设计一．课程设计课题总体分析1.1 直流电机调速原理图1.1所示电枢电压为Ua，电枢电流为Ia，电枢回路总电阻为Ra,电机常数Ca，励磁磁通量是￠。
根据KVL方程：电机转速n=(Ua-IaRa)/Ca￠,其中，对于极对数p，匝数为N，电枢支路数为a的电机来说：电机常数Ca=pN/60a,意味着电机确定后，该值是不变的。
而在Ua-IaRa中，由于Ra仅为绕组电阻，导致IaRa非常小，所以Ua-IaRa 约等于Ua。
由此可见我们改变电枢电压时，转速n即可随之改变。
图1.1直流电机原理图1.2 系统硬件组成原理调速系统硬件原理框图 1.2 图直流电机调速系统硬件原理框图如图1.2所示，以89C51单片机为控制核心，包括测速电路、电源电路、数模转换电机驱动电路、显示电路、键盘控制电路。
1.3 直流电动机转速控制系统的工作原理直流电动机的转速与施加于电动机两端的电压大小有关。
本系统用DAC0832控制输出到直流电动机的电压的方法来控制电动机的转速。
当电动机转速小于设定值时，DAC0832芯片的输出电压增大，当大于设定值时则DAC0832芯片输出电压减小，从而使电动机以设定的速度恒速旋转。
我们采用比例调节器算法。
控制规律：Y=KPe(t)+KI式中：Y---比例调节器输出，KP---比例系数，KI ---积分系数e(t)---调节器的输入，一般为偏差值。
系统采用了比例积分调节器，简称PI调节器，使系统在扰动的作用下，通过PI 调节器的调节器作用使电动机的转速达到静态无差，从而实现了静态无差。
无静差调速系统中，比例积分调节器的比例部分使动态响应比较快（无滞后），积分部分使系统消除静差。
1.4 转速测量电路原理转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。
其单位为r/min。
转速的测量方法很多，由于转速是以单位时间内的转数来衡量的，因此采用霍尔元器件测量转速是较为常用的一种测量方法。
单片机直流电机控制器(附电路图和部分程序)
单片机直流电机控制器(附电路图和部分程序) 89C52单片机控制PWM调速电路实现小功率直流电机的转速调节，并要将其实时转速用LED管显示出来。
而本系统必须符合以下几点要求：(1) 在(1000—5500)转/分内对直流电机进行任意调速，最小调速级差为1转/分。
(2)电机能在所设速度下稳定运转，运转速度与设定速度之差小于±20转/分。
(3)电机启动和加减80%额定负载时,其转速能迅速回到设定值，转速超调±5%内。
(4)利用按键和LED数码管设置速度，设置方便，快捷。
(5)利用LED数码管实时显示电机速度。
(6)电机能进行正反转控制。
控制方面，本设计是采用定时器控制I/O口输出PWM信号驱动斩波电路控制电机运转和调速；利用单片机外部中断引脚的捕获功能、电机同轴带缺口的圆盘、光电耦合器来测量转速；并将测得转速和设定转速进行PI运算后输出，实现闭环控制；转向调节则是用的桥式电路。
显示是利用8位LED数码管，用按键进行设定。
下面简单介绍下硬件组成和一些软件原理：一、硬件电路。
1、单片机选用的是STC的89C52，20MHz晶振。
2、显示部分比较简单，用的8位7段数码管同时显示设定速度和实时速度。
采用74LS164串行移位输出，只占用单片机3个I/O口，刷新频率100Hz。
3、PWM驱动电路。
使用了9012和8050两个三极管来驱动，相信网上很多的，也不用我多说，只是别忘了加上续流二极管和两个三极管之间的限流电阻就是。
4、测速电路。
测速电路用的是光耦测量转动圆盘引起的脉冲宽度，从而可得单片机的实时速度，精度很高，可达千分之一。
用的是外部中断的。
好像是捕获模式，忘记了～呵呵！5、转向调节电路。
转向调节，由于是后来加上去的，所以就没有使用单片机控制，直接用硬件实现，但其实原理是一样的。
原理是利用开关控制继电器，然后控制桥路对电机实施转向控制。
另外用一个同轴电机按正反方向接2个LED用来指示方向。
直流电机的工作原理及调速特性演示文稿
直流串激电动机不允许 空载运行----飞车事故.
4 直流他激电动机的起动特性
直流他激电动机的起动电流 是额定电流的(10-20)倍,不 允许直接起动.限制其起动电 流的方法有两种.
1.降压起动:
组成SCR-M自动调速系统的 起动环节.是后面学习的一个 重点.
2.电枢电路串外接电阻起动
只允许在额定电压以下调节.
在后面的自动调速系统学习中 有广泛的应用.
(3)改变磁通的人工机械特性 nK U eKeR Kat2Tn0n
从机械特性方程可知,改变 磁通时,电动机的理想空载 转速和转速降落都会随磁通 的变化而变化.
磁通只能在额定值以下调节, 理想空载转速和转速降落都 要增大-------弱磁增速.
(1)利用位能转矩带动电动机发 电,将机械能变成电能,向电源馈 送.
(2)重物下放时电动机的转速仍 高于理想空载转速,运行不太安全.
2.反接制动
1)实现条件:电枢电压 或电枢电势反向.
2)分类: (1)电源反接制动.改变
电枢电压U的方向所产 生的制动. 机械特性方程式为;
nK U eRKaeKtRa2dT
2)制动形式:稳定的制动状态;
过渡的制动状态.
3)制动方法有3种:
反馈制动;
反接制动;
能耗制动.
1.反馈制动
1)实现条件:外部作用使电 动机的转速n大于其理想空 载转速no.如,电车下坡,起重 机下放重物.
2)机械特性:正转时,是第一 象限的机械特性在第二象限 内的延伸,如右图所示.
3)特点:
KeN
UN
INRa nN
n0
UN K e N
(3)额定转矩Nn的计算:
TN