直流调速系统概述(课堂PPT)
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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
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§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
ppt1-5闭环控制的直流调速系统课件
ppt1-5闭环控制的直流调 速系统课件
直流调速系统是一种闭环控制系统，通过控制器和反馈传感器实现电机的精 确控制，提供优异的调速性能。
系统概述
直流调速系统的定义
直流调速系统是一种按照设定的速度要求控 制直流电机转速的系统。
闭环控制的原理和优点
闭环控制系统通过反馈信号对输出进行调整， 具有稳定性好、抗干扰能力强等优点。
3
速度环调速
通过调整控制器的输出信号来改变直流电机的转速。
系统参数配置
1 控制器参数的设置
根据不同的应用需求，调整控制器的参数以达到最佳的调速效果。
2 反馈传感器的校准
确保反馈传感器测量的转速与实际转速一致，提高调速的精确性。
3 调速曲线的优化
根据具体应用场景，优化调速曲线，使得系统响应更加平滑和稳定。
系统组成
1 直流电机
2 电源模块
直流电机是直流调速系统中的执行机构， 根据电流信号转动转子。
电源模块为直流电机提供工作所需的电能。
3 控制器
4 反馈传感器
控制器接收输入信号并进行处理，控制直 流电机的转速。
反馈传感器测量直流电机的转速，并将转 速信号反馈给控制器。
闭环控制
1 反馈信号的作用
反馈信号反映了实际输出与期望输出之间的差异，用于控制系统的调整。
2 控制器的工作原理
控制器根据反馈信号和设定值进行比较，并输出控制信号来调整直流电机的转速。
3 控制系统的闭环结构
闭环控制系统由控制器、反馈传感器和执行机构组成，形成一个反馈循环。
电机调速方法
脉宽调制调速
通过改变PWM信号的占空比来控制直流电机的转速。
2
电流环调速
通过控制直流电机的电流大小来调整转速。
直流调速系统是一种闭环控制系统，通过控制器和反馈传感器实现电机的精 确控制，提供优异的调速性能。
系统概述
直流调速系统的定义
直流调速系统是一种按照设定的速度要求控 制直流电机转速的系统。
闭环控制的原理和优点
闭环控制系统通过反馈信号对输出进行调整， 具有稳定性好、抗干扰能力强等优点。
3
速度环调速
通过调整控制器的输出信号来改变直流电机的转速。
系统参数配置
1 控制器参数的设置
根据不同的应用需求，调整控制器的参数以达到最佳的调速效果。
2 反馈传感器的校准
确保反馈传感器测量的转速与实际转速一致，提高调速的精确性。
3 调速曲线的优化
根据具体应用场景，优化调速曲线，使得系统响应更加平滑和稳定。
系统组成
1 直流电机
2 电源模块
直流电机是直流调速系统中的执行机构， 根据电流信号转动转子。
电源模块为直流电机提供工作所需的电能。
3 控制器
4 反馈传感器
控制器接收输入信号并进行处理，控制直 流电机的转速。
反馈传感器测量直流电机的转速，并将转 速信号反馈给控制器。
闭环控制
1 反馈信号的作用
反馈信号反映了实际输出与期望输出之间的差异，用于控制系统的调整。
2 控制器的工作原理
控制器根据反馈信号和设定值进行比较，并输出控制信号来调整直流电机的转速。
3 控制系统的闭环结构
闭环控制系统由控制器、反馈传感器和执行机构组成，形成一个反馈循环。
电机调速方法
脉宽调制调速
通过改变PWM信号的占空比来控制直流电机的转速。
2
电流环调速
通过控制直流电机的电流大小来调整转速。
《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。
《直流调速控制系统》课件
分，通过接收控制器的控制信号实现转速的调节。
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。
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
第2章 转速反馈控制的直流调速系统概述PPT课件
图2-17 开环直流调速系统的机械特性
例题2-2
某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其 额定数据如下：60kW，220V，305A， 1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻 R=0.18Ω，电动机电动势系数Ce=0.2Vmin/r。 如果要求调速范围D=20，静差率s≤5%，采用 开环调速能否满足？若要满足这个要求，系 统的额定速降ΔnN最多能有多少？
DnN 10115 0.446 44.6%
nN DnN 1430 10115
2.2.2 直流调速系统的机械特性
开环调速系统，即无反馈控制的直流调速 系统。
调节控制电压Uc就可以改变电动机的转速。 晶闸管整流器和PWM变换器都是可控的直
流电源，用UPE来统一表示可控直流电源，
图2－15 开环调速系统的原理图
（1）调节电枢供电电压； （2）减弱励磁磁通； （3）改变电枢回路电阻。
自动控制的直流调速系统往往以变压调 速为主。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第2章
转速反馈控制的直流调速系统
2.1 直流调速系统用的可控直流电源 晶闸管整流器-电动机系统 直流PWM变换器-电动机系统
2.1.1 晶闸管整流器-电动机系统
图2－1 晶闸管整流器-电动机调速系统 （V-M系统）原理图
调节控制电压Uc， 移动触发装置GT输出脉冲的相位， 改变可控整流器VT输出瞬时电压ud的
波形，以及输出平均电压Ud的数值。
在理想情况下，Ud和Uc之间呈线性关系：
U d K sU c （2-1）
式中， Ud——平均整流电压， Uc ——控制电压， Ks——晶闸管整流器放大系数。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第1篇
转速电流双闭环直流调速系统PPT课件
组成
转速电流双闭环直流调速系统通常由 转速调节器、电流调节器、直流电机 、测速装置和功率电子装置等组成。
工作原理简介
工作原理
转速电流双闭环直流调速系统通过采集电机的转速和电流信号，经过调节器的处理，输出相应的控制信号来调节 电机的输入电压或电流，从而实现对电机速度的控制。
控制流程
转速调节器根据实际转速与设定转速的差值，输出一个转速调节电压；电流调节器根据实际电流与设定电流的差 值，输出一个电流调节电压。这两个调节电压共同作用，通过功率电子装置控制电机的输入电压或电流，实现电 机的精确调速。
抗扰动能力强
转速环调节器能够有效地抑制外部扰动和内部参数变化对系统稳定性的影响。
转速环的抗干扰性能
抗噪声干扰
采用滤波算法等手段减小噪声对转速检测的影响，提高转速 检测的准确性。
抗负载扰动
通过优化调节器设计，减小负载扰动对转速环稳定性的影响 ，提高系统的鲁棒性。
03
电流控制环
电流检测与调节器设计
02
转速控制环
转速检测与调节器设计
转速检测
采用光电编码器等传感器实时检 测电机转速，并将转速信号转换 为电信号传输给调节器。
调节器设计
根据转速偏差和转速变化率等信号， 采用比例、积分、微分（PID）等 控制算法计算出控制量，实现对电 机转速的调节。
转速环的动态特性
快速响应
转速环调节器具有较快的响应速度，能够快速地调节电机转速，减小超调量。
测试方案制定
根据系统要求，搭建测试平台，包括电源 、电机、测速装置、数据采集系统等。
根据系统性能指标，制定详细的测试方案 ，包括测试项目、测试步骤、测试数据记 录等。
测试数据采集与分析
验证与改进
转速电流双闭环直流调速系统通常由 转速调节器、电流调节器、直流电机 、测速装置和功率电子装置等组成。
工作原理简介
工作原理
转速电流双闭环直流调速系统通过采集电机的转速和电流信号，经过调节器的处理，输出相应的控制信号来调节 电机的输入电压或电流，从而实现对电机速度的控制。
控制流程
转速调节器根据实际转速与设定转速的差值，输出一个转速调节电压；电流调节器根据实际电流与设定电流的差 值，输出一个电流调节电压。这两个调节电压共同作用，通过功率电子装置控制电机的输入电压或电流，实现电 机的精确调速。
抗扰动能力强
转速环调节器能够有效地抑制外部扰动和内部参数变化对系统稳定性的影响。
转速环的抗干扰性能
抗噪声干扰
采用滤波算法等手段减小噪声对转速检测的影响，提高转速 检测的准确性。
抗负载扰动
通过优化调节器设计，减小负载扰动对转速环稳定性的影响 ，提高系统的鲁棒性。
03
电流控制环
电流检测与调节器设计
02
转速控制环
转速检测与调节器设计
转速检测
采用光电编码器等传感器实时检 测电机转速，并将转速信号转换 为电信号传输给调节器。
调节器设计
根据转速偏差和转速变化率等信号， 采用比例、积分、微分（PID）等 控制算法计算出控制量，实现对电 机转速的调节。
转速环的动态特性
快速响应
转速环调节器具有较快的响应速度，能够快速地调节电机转速，减小超调量。
测试方案制定
根据系统要求，搭建测试平台，包括电源 、电机、测速装置、数据采集系统等。
根据系统性能指标，制定详细的测试方案 ，包括测试项目、测试步骤、测试数据记 录等。
测试数据采集与分析
验证与改进
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。
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
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）。
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补充2： 微型计算机控制的直流传动系统
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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；
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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。
直流电机及调速系统工作原理课件
直流电机调速系统的基本原理
调速系统的组成
直流电机调速系统主要由控制器、功率驱动器和直流电机三部分组成。控制器负责接收速度指令和反馈信号，根 据指令和反馈信号计算出控制电压或电流，输出控制信号给功率驱动器。功率驱动器根据控制信号调节电机的输 入电压或电流，从而改变电机的转速。
调速系统的基本原理
调速系统的基本原理是通过改变电机的输入电压或电流，调节电机的输入功率，实现对电机转速的调节。具体来 说，当电机的输入电压或电流增加时，电机的转速增加；当电机的输入电压或电流减小时，电机的转速减小。通 过控制电机的输入电压或电流，可以实现电机的平滑调速和精确控制。
直流电机的工作原理
当直流电源通过电刷和换向器加到电 枢绕组上时，通电的电枢绕组在主磁 极产生的磁场中受到安培力而产生转 矩，驱动转子旋转。
直流电机输出的机械功率通过联轴器 或带轮等传动装置驱动负载转动。
随着转子的旋转，电枢绕组中的电流 方向不断改变，以保持电磁转矩的方 向不变。
直流电机的分类与特点
电机过热
可能是由于电机散热不良或负载过大等原因引起的，应检 查电机的散热系统和负载情况，如有需要可更换更大功率 的电机。
调速系统失灵
可能是由于控制线路故障或传感器、执行器等部件损坏等 原因引起的，应检查控制线路和相关部件，如有需要可更 换损坏的部件。
电机噪音过大
可能是由于机械部件松动或电机轴承损坏等原因引起的， 应检查电机的机械部件和轴承，如有需要可更换轴承。
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医疗器械
直流电机调速系统用于医疗器械中，如呼吸机、 输液泵等，实现精确的流量和速度控制。
航空航天
在航空航天领域，直流电机调速系统用于控制舵 机、起落架等机构，确保飞行的安全和稳定。
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。
直流调速系统ppt
2. 系统电路结构
为了获得良好的静、动态性能，转速 和电流两个调节器一般都采用 P I 调节 器，这样构成的双闭环直流调速系统的 电路原理图示于下图。
•系统原理图
TA
+
Ui
Rn Cn
Ri
Ci LM GT V
RP1 -
U* n R0
R0
R0
LM R0
L
ASR
ACR +
+
+
+
Id
Ud M M
+
Un
U *i
n n* I II
III
O
t3
t4
t
图2-7 双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形
1. 起动过程 由于在起动过程中转速调节器ASR经历 了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个 动态过程就分成图中标明的I、II、III三个 阶段。
第I阶段电流上升的阶段（0 ~ t1）
反馈系数计算
鉴于这一特点，双闭环调速系统的稳态参 数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是 和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调 节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数： 转速反馈系数 电流反馈系数
* U nm nmax
* U im I dm
(2-6)
(2-7)
两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设 计者选定，设计原则如下：
n n* I II
III
O Id Idm
t
IdL O t1 t2 t3 t4 t
第 I 阶段（续）
直到，Id = Idm ， Ui = U*im 电流调节器 很快就压制 Id 了的增长，标志着这一 阶段的结束。 在这一阶段中，ASR很快进入并保 持饱和状态，而ACR一般不饱和。
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式中 nmax nmin
D nmax nm in
额定负载下的最高转速（即nN）； 额定负载下的最低转速；
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3.调速平滑性
一定范围内调速级数越多，平滑性越好。
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直流调速系统原理图 （单闭环直流调速系统）
给定 － 电路
RP1
Ugn
R1
Ufn R2
触发
Rf
电路
△ Un
直流调速系统概述
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概述
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。
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3.为什么要调速？
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。
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电枢回路串电阻调速
电枢回路串电阻调速需
在电枢中串入专用电阻，电阻增大
n
则转速下降，因此 n 只能下调。 n0
特点：(1) 设备简单，操作方便。 (2)机械特性软，稳定性差。
Ra Ra + R
电 阻 增 大
T
(3)能量损耗大，只用于小型直流机。
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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
降低后硬度不变，稳定性好。 0
电 压 降 低
Tc
特性曲线 T
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四、直流调速系统性能指标
1.静差率S
静差率S是指空载转速与额定负载转速之差 与理想空载转速的比值，它反映了电动机转速 稳定程度。
s n0 nN n 100 %
n0
n0
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2.调速范围D 电动机在额定负载下进行调速时，在满足静差 率要求的前提下，所能达到的最高转速与最低转 速之比称为调速范围。
给定 Ugn
比 较 放 大
控制 UK
晶 闸 管 整 流
反馈电压增大
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上一步<<
下一步>>
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给定 Un
比较结果减小
比 较 放 大
控制 Uc
晶 闸 管 整 流
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上一步<<
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2.转子（电枢）
转子
电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。
电枢绕组：是电路部分。
换向器：实现直流与交流的互换 转轴 轴承
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二、直流电机分类 按励磁方式分
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三、直流调速方案
1.直流电动机的转速公式：
n Ua IaR a Ce
Ua:电枢电压 Ia:电枢电流 Ra:电枢回路的总电阻 Φ:励磁磁通 Ce:由电机结构决定的电动势系数
_
Un
A1
+
+ Uc
3～
可控整 流电路
平波 电抗
Ld
Id +
M Ud
-
RP2
调节器
+
RP3 TG
速度检 测装置
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直流调速系统各部分作用
1.给定电路：调节给定电压值，实现调速。 2.调节器：通过输入给定电压和转速反馈信号，产生控制信
号，控制触发电路的触发脉冲产生时间。 3.触发电路：产生触发脉冲控制晶闸管的导通。 4.晶闸管整流电路：产生可变的直流电压实现直流电动机的
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。
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4.两大调速系统
（1）交流调速（变频调速） 特点：交流电机结构简单，维护方便，造价低 应用：主要应用在调速精度要求不高的场合
（2）直流调速 特点： ①直流调速易实现
② 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节 ③直流调速转矩大
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转速负反馈闭环直流调速系统
给定 Ugn
比 较 放 大
控制 UK
晶 闸 管 整 流
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下一步>>
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（ 负载变化）
给定 Ugn
比 比较 较放 器大
控制 UK
晶 闸 管 整 流
负载减小， 上升加快
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上一步<<
下一步>>
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（负载减小，转速加快）
给定 Ugn
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
减小磁通，n只能上调。
nnn000''' n
O
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ห้องสมุดไป่ตู้
（
Rf
增减 加小
）
TL T
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改变电压调速
改变电压调速的特点:
(1)工作时电压不允许超过UN nn00' n
所以调速只能向下调。 n0"
(2)机械特性较硬，并且电压
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2.直流电动机的调速方式有三种：
(1)调压调速（恒转矩调速）（额定转速以下调速） ①晶闸管可控整流 ②直流斩波
(2)弱磁调速（恒功率调速） (3)电枢回路串电阻调速
※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
中通常采用的是变电压调速。
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比较器比较放大
控制 UK
晶 闸 管 整 流
电机转速加快
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上一步<<
下一步>>
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（负载减小，转速加快，测速发电机转速加快）
给定 Ugn
比 较 放 大
控制 UK
晶 闸 管 整 流
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测速发电机转 速加快
上一步<<
下一步>>
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（负载减小，转速加快，测速发电机转速加快，反馈电压增大）
调速。 5.速度检测装置：将转速信号反馈至调节器输入端，使直流
调速系统构成闭环系统。（测速发电机、旋转编码器）
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以负载增大为例，闭环调速系统的自动调节 过程如下：当电动机的转速n由于某种原因 （例如机械负载转矩TL增加）而下降时，转速 负反馈环节将进行自动调节，其调节过程如下：
TL↑→n↓ →Ufn↓ →ΔU↑=Ugn-Ufn →Uk↑ →触发脉冲前移→Ud↑ →n↑
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5.直流调速应用
（1）无缝钢管生产
（3）纺织机
（2）造纸机
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直流电机
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一、直流电机结构
直流电机主要由定子和转子两大部分构成。 1.定子
主磁极：产生主磁场 ，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 定子 电刷装置：把直流电压和直流电流引入
机座和端盖：起支撑和固定作用。
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• 晶闸管整流电路实现调压调速特点
优点：晶闸管整流装置经济、可靠，门极可直接 采用电子电路控制，响应速度为毫秒级。
缺点（1）由于晶闸管的单向导电性，它不允许电 流反向，给系统的可逆运行造成困难。
（2）当晶闸管导通角很小时，系统的功率因素很 低，并产生较大的谐波电流，从而引起电网电压 波动殃及同电网中的用电设备，造成“电力公 害”。