直流调速简介
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机械特性是电动机电枢电压一定的情况下，电机转速与电枢电流的关 系，即： n f I d 机械特性是一条直线，可通过实验测绘出来，操作步骤如下： (1)首先让电机空载。 (2) 从零开始增大给定电压，让电机转速达到某一值n0(小于额定转 速)，此时电枢电压为Ud0。 (3)记下电机的空载电流和空载转速 (I0， n0) 。 (4)保持给定电压不变，逐渐增大负载电流，记下几组(Id， n) 。
第4章：可逆调速系统
双闭环调速系统的静特性测试
逻辑无环流调速系统的安装与调试 PWM调速系统的安装与调试
第5章：直流脉宽调速系统
《交直流调速系统》课程介绍
三、课程的内容
•学时分配：
理论32学时 分配如下：
理论教学
第1章：直流调速系统的概述 第2章：单闭环调速系统 第3章：双闭环调速系统 第4章：可逆调速系统
U－－稳恒的直流电压
PWM－－脉宽功率放大器
PWM调速是直流调速发展的最新阶段。
思考题：
1．直流调速系统经历了哪3个发展阶段？目前应用最广的是哪种调 速 系统？
2．V-M直流调速系统由哪几部分构成？给定电压与电动机的转速有着怎样 的控制关系？
§1.3 调速系统的性能指标
•稳态性能指标是重点。
调速系统的稳态性能指标
《交直流调速系统》课程介绍
三、课程的内容
•交直流调速包括交流调速和直流调速两部分内容，交流 电动机的调速在《变频器应用技术》中讲授。本课程主 要讲授直流电动机的调速，教学内容如下：
章节及内容
第1章：直流调速简介 第2章：单闭环调速系统
实训项目
开环调速系统的机械特性测试 单闭环调速系统的静特性测试
第3章：双闭环调速系统
调速系统的稳态性能指标
3. 调速的平滑性：
调速平滑性是指调速时可以得到的相邻两转速之比，调速平滑性 接近于1的调速系统称为无级调速，反之为有级调速。
思考题： 1．什么是调速范围？什么是静差率？ 2．静差率是针对某一条机械特性定义的，调速系统的静 差率指的是什么？ 3．静差率与硬度有什么区别和联系？
其中
Ce K e 由电机结构参数决定，
称为直流电动机的电势常数。
机械特性曲线： 在平面直角坐标系中，电机转 速与电枢电流的关系表示为一条向 下的斜线，如右图所示，称为机械 特性曲线。 机械特性的硬度：曲线向下倾斜度越小，机械特性的硬度越硬。 机械特性的硬度与开环调速的性能有着密切关系。
2。机械特性与开环调速性能的关系 (1)根据开环直流调速原理，电机的转速由给定电压来控制，给定电 压不变，电枢电压不变，电机的转速应保持相对恒定。 (2)从开环机械特性来看，电枢电压不变情况下，当负载电流发生改 变时，电机转速会有所改变。
《交直流调速系统》上篇 《直流调速系统》
《交直流调速系统》课程介绍
一、课程的性质与地位
•《交直流调速系统》主要学习交流电动机和直流电动机 的调速方法、调速系统的构成及工作原理。
•所谓调速，就是通过改变电源或电机的参数，对电动机 实现变速控制或恒速控制。 •调速在工业生产和生活中的应用实例：升旗电机转速的 控制；轧钢电机转速控制；龙门刨床工作台驱动电机的 控制等。调速技术广泛应用于各行各业。 •《交直流调速系统》是对《电路基础》《电机与拖动》 《变流技术》《自动控制原理》等课程知识的综合应性 应用课程，是电气自动化专业必修的专业课程。
•额定转速以上调速，且 磁通越小，转速越高。 •特性软，调速精度低， 一般不单独使用。
•电压降低，n0减小
•理想空载转速n0不变。
•磁通减小，n0增大。
思考题：
1.直流电动机的调速方式有哪3种？最常用的是什么方式？ 2.直流电动机的3种调速方式中， 调速能获得高于额 定值的转速， 调速机械特性硬度不变， 调速 理想空载转速不变。
Ra 机械特性曲线的斜率k值越小，特性的硬度越硬。 K eN
机械特性曲线
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。 调压调速 串电阻调速 弱磁调速
•额定转速以下调速，且 电压越低，转速越低。 •特性硬，调速精度高， 最常用。
•额定转速以下调速，且 电阻越大，转速越低。 •特性软，调速精度低， 一般不采用。
•给定电压等0，电枢电压为 0，电机停转。
直流调速主要介绍的就是V-M直流调速系统。 2.系统的构成 1给定电路 ，2触发与功放电路电，3整流 桥与电机主回路，4励磁电路
二、PWM调速系统
1.PWM调速系统原理图
•PWM的作用相当于一个高频开关， 将直流电压变成脉冲电压。
•脉冲电压的周期一定，脉冲宽度可调。 2.系统的构成与工作原理 •脉宽调速就是通过改变脉冲的宽度来改 变电机电枢电压（脉冲平均电压）的大 小，从而改变电机的转速。
(5)将以上测得的几组数对，在Id-n体系中描出对应的点，作一条直 线，使多数点落在直线上或靠近直线。该线就是电动机在电枢电压 为Ud0时的开环机械特性曲线。
3。机械特性的测试方法
怎样来改变电机的电枢电流呢？ 实际生产中，电机的电枢电流又称负载电流，是由电机所带负载的 轻重决定的，增大负载，电流增大，反之，减小负载，电流减小。 在实验室中，常用直流发电机和负载电阻作为电动机的模拟负 载，即直流电动机驱动一台直流发电机，直流发电机的输出电压加 在一可调电阻上。电动机转速一定的情况下，直流发电机的输出电 压不变，发电机输出功率就是可调电阻上消耗的功率：
(3)对调速系统而言，负载电流的变化是一种干扰。
(4)机械特性的硬度越硬，负载电流引起的转速降越小，转速越平稳， 调整系统的抗干扰性越强。
综上，机械特性的硬度越硬，开环调速系统的调速性能越好。常借 助机械特性曲线来分析开环调速系统的性能。
开环机械特性可以通过实验的方法测绘出来。
3。机械Байду номын сангаас性的测试方法
U d 2.34U φ cos
改变给定电压大小，可改变触发脉冲的触发角，从而改变整流电路输出 电压，使电机转速发生改变。 •给定电压、触发角、整流电压、电机转速之间的对应关系：
* Un 0
90
* nMax
Ud 0 U d U dMax
电动机转速为零 电动机转速最高
* U d K sU n
§1.1 直流电动机的调速方法
一、直流电机的机械特性
U d I d Ra E
E K e n
整理可得机械特性方程
n
U d I d Ra U R = d a Id Ke KeN KeN
Ud －－称为理想空载转速 K eN
n0 n
n0 =
n k
Ra I d －－负载电流引起的转速降 K eN
解： 得
U N I N Ra U N I N Ra nN K eN Ce U N I N Ra 220 55 0.1 Ce 0.2 145 0.2 nN 1 000 I N Ra 55 0.1 nN 27.5(r / min) Ce 0.2
U U
* n
0
整流桥放 大系数
•给定电压与整流电压成近似的正比关系
三. 开环调速系统的机械特性
1。开环机械特性的定义 直流电动机电枢电压一定的情况下，电机的转速与电枢电流之间的 关系，称为直流电动机的开环机械特性。 机械特性方程：
U d Id R U d Id R n K e Ce
§1.2 直流调速系统的发展
直流调速系统是通过改变电动机电枢电压的大小来实现调速的，根 据获得可调电枢电压的方法不同，将直流调速系统的发展分为3个阶段：
（1）直流发电机-电动机调速系统（简称G-M调速系统） （2）晶闸管整流装置-电动机调速系统（简称V-M调速系统） （3）直流脉宽调速系统（简称PWM调速系统） 一、G-M调速系统 2.工作原理分析 1.G-M调速系统原理图 3.缺点：
实训教学
开环调速 单闭环调速
双闭环调速
逻辑无环流调速
第5章：直流脉宽调速系统
PWM调速
《交直流调速系统》课程介绍
四、教学目标
通过本课程的学习，应达到以下教学目标：
1. 掌握直流调速的一般方法、基本概念。
2. 掌握五种调速系统的构成及特点。
3. 能在实验室完成五个调速系统的安装与调试。 4. 掌握单闭环、双闭环调速系统的稳态性能指标的计算 方法。
1. 调速范围：额定负载下，生产机械要求电动机提供的最高转速与最 低转速之比称为调速范围。用大写字母D表示，没有单位。
nmax D nmin
nmax —通常指电动机铭牌上所标的额定转速
。
nN
2. 静差率： 当系统在某一机械特性下运行时，电动机的负载由理想空载增加 到额定负载时所对应的转速降 nN 与理想空载转速 n之比，称 0 为静差率，用小写字母 表示。 s
•所需设备多，体积庞大 •效率低 •维护不方便 •运行时噪声大。
20世纪50年代曾广泛应用
二、V-M调速系统
1.V-M调速系统原理图
3.工作原理分析 •晶闸管整流电路为电机提 供大小可调的直流电压。 •给定电压增大，电枢电压 增大，电机升速；反之，给 定电压减小，电枢电压增大， 电机降速。
V-M调速系统是目前应用最广的直流调速系统
《交直流调速系统》课程介绍
五、学习指导
本课程是一门综合性应用课程，应用知识较多，但只要 学习目标明确，方法得当，学习起来并不难：
1. 掌握典型调速系统的构成。开始时多做画图练习，会 画之后，可在脑子里回想系统的原理图。 2. 掌握典型调速系统的特点。该记的要记，该背的要背。
3. 会分析系统的工作原理。
预习什么？预习到什么程度呢？ 1、能熟练画出开环调速系统原理图。2、自学附录，知道用哪 些挂件？用哪些电路模块？功能是什么？怎么接线 ？3、纸上 谈兵：能把系统原理图转化为实验接线图，并能画出来。4、知 道怎么测试开环机械特性，结合设备特点设计出实验步骤。 三、要知道实验应该得到怎样的结果？ 四、怎样写实验报告？
调速系统的稳态性能指标
一个好的调速系统应具有较大的调速范围和较小的静差率！
(4)静差率与调速范围的关系
D
nN nN s ， 则 n 0min n0 min s
snN 1 s nN
nN nN D nmin n0 min nN nN nN s snN 1 s nN nN
把握以上三点，注意对学过知识的复习，注意前后章节的 联系，及时归纳与系统，可做到轻松学习。
六、考核：考试*70%+平时*30%
§1 直流调速简介
学习目标：
1.了解直流电动机调速的3种方法及其主要特点。 2. 了解直流调速所经历的3个发展阶段。 3.了解直流调速系统的性能指标，掌握调速范围、静 差率两个稳态性能指标的含义及其相关计算。 4.掌握开环直流调速系统的构成及其特点。 5.掌握开环机械特性的含义。 6.能在实验室熟练完成开环调速系统的接线和调试， 会测试开环机械特性。
U2 P R
减小可调电阻，发电机功率增大，也即直流电动机输出功率增大，直流 电动机的电枢电流增大；反之，减小可调电阻，电动机电枢电流减小。
§1.5 开环直流调速系统实验
•实验前指导： 1。调速系统线路连接 2。测试开环机械特性 二、要知道怎么做？ 做好实验前的预习和准备是关键。
一、要知道实验做什么？
•直流电动机； •可调的电枢电压； •稳恒的励磁电源； 系统原理图 可控整流电路； 二极管整流电路. 给定电路； 触发电路； 三相可控整流桥；
二. 系统的工作原理
•直流电动机的励磁电压 一定时，电枢电压增大， 电机转速升高；电枢电压 减小 ，转速降低。 •三相桥式整流电路输出电压，即加在电机电枢绕组上的电压
nN s 100% n0
调速系统的稳态性能指标
说明： (1)静差率越小，转速降越小， 系统的抗干扰能力越强。 (2)静差率与硬度 联系：同一机械特性，硬度越硬，s越小； 区别：不同机械特性，硬度相同，s不等。 系统静差率描述方式： s=10%，或s≤10%
(3)调系统的静差率指最低转速对应机械特性曲线的静差率。
nN s 1 000 0.1 D 4 nN 1 s 27.5 1 0.1
思考题： 某调速系统的调速范围是（150～1 500r/min），要求静差率s=5%,
此时系统允许的稳态转速降是多少？
§1.4 开环直流调速系统
一. 系统的构成
开环调速系统是最简单的V-M调速系统 。怎样构成直流调速系统呢？
第4章：可逆调速系统
双闭环调速系统的静特性测试
逻辑无环流调速系统的安装与调试 PWM调速系统的安装与调试
第5章：直流脉宽调速系统
《交直流调速系统》课程介绍
三、课程的内容
•学时分配：
理论32学时 分配如下：
理论教学
第1章：直流调速系统的概述 第2章：单闭环调速系统 第3章：双闭环调速系统 第4章：可逆调速系统
U－－稳恒的直流电压
PWM－－脉宽功率放大器
PWM调速是直流调速发展的最新阶段。
思考题：
1．直流调速系统经历了哪3个发展阶段？目前应用最广的是哪种调 速 系统？
2．V-M直流调速系统由哪几部分构成？给定电压与电动机的转速有着怎样 的控制关系？
§1.3 调速系统的性能指标
•稳态性能指标是重点。
调速系统的稳态性能指标
《交直流调速系统》课程介绍
三、课程的内容
•交直流调速包括交流调速和直流调速两部分内容，交流 电动机的调速在《变频器应用技术》中讲授。本课程主 要讲授直流电动机的调速，教学内容如下：
章节及内容
第1章：直流调速简介 第2章：单闭环调速系统
实训项目
开环调速系统的机械特性测试 单闭环调速系统的静特性测试
第3章：双闭环调速系统
调速系统的稳态性能指标
3. 调速的平滑性：
调速平滑性是指调速时可以得到的相邻两转速之比，调速平滑性 接近于1的调速系统称为无级调速，反之为有级调速。
思考题： 1．什么是调速范围？什么是静差率？ 2．静差率是针对某一条机械特性定义的，调速系统的静 差率指的是什么？ 3．静差率与硬度有什么区别和联系？
其中
Ce K e 由电机结构参数决定，
称为直流电动机的电势常数。
机械特性曲线： 在平面直角坐标系中，电机转 速与电枢电流的关系表示为一条向 下的斜线，如右图所示，称为机械 特性曲线。 机械特性的硬度：曲线向下倾斜度越小，机械特性的硬度越硬。 机械特性的硬度与开环调速的性能有着密切关系。
2。机械特性与开环调速性能的关系 (1)根据开环直流调速原理，电机的转速由给定电压来控制，给定电 压不变，电枢电压不变，电机的转速应保持相对恒定。 (2)从开环机械特性来看，电枢电压不变情况下，当负载电流发生改 变时，电机转速会有所改变。
《交直流调速系统》上篇 《直流调速系统》
《交直流调速系统》课程介绍
一、课程的性质与地位
•《交直流调速系统》主要学习交流电动机和直流电动机 的调速方法、调速系统的构成及工作原理。
•所谓调速，就是通过改变电源或电机的参数，对电动机 实现变速控制或恒速控制。 •调速在工业生产和生活中的应用实例：升旗电机转速的 控制；轧钢电机转速控制；龙门刨床工作台驱动电机的 控制等。调速技术广泛应用于各行各业。 •《交直流调速系统》是对《电路基础》《电机与拖动》 《变流技术》《自动控制原理》等课程知识的综合应性 应用课程，是电气自动化专业必修的专业课程。
•额定转速以上调速，且 磁通越小，转速越高。 •特性软，调速精度低， 一般不单独使用。
•电压降低，n0减小
•理想空载转速n0不变。
•磁通减小，n0增大。
思考题：
1.直流电动机的调速方式有哪3种？最常用的是什么方式？ 2.直流电动机的3种调速方式中， 调速能获得高于额 定值的转速， 调速机械特性硬度不变， 调速 理想空载转速不变。
Ra 机械特性曲线的斜率k值越小，特性的硬度越硬。 K eN
机械特性曲线
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。 调压调速 串电阻调速 弱磁调速
•额定转速以下调速，且 电压越低，转速越低。 •特性硬，调速精度高， 最常用。
•额定转速以下调速，且 电阻越大，转速越低。 •特性软，调速精度低， 一般不采用。
•给定电压等0，电枢电压为 0，电机停转。
直流调速主要介绍的就是V-M直流调速系统。 2.系统的构成 1给定电路 ，2触发与功放电路电，3整流 桥与电机主回路，4励磁电路
二、PWM调速系统
1.PWM调速系统原理图
•PWM的作用相当于一个高频开关， 将直流电压变成脉冲电压。
•脉冲电压的周期一定，脉冲宽度可调。 2.系统的构成与工作原理 •脉宽调速就是通过改变脉冲的宽度来改 变电机电枢电压（脉冲平均电压）的大 小，从而改变电机的转速。
(5)将以上测得的几组数对，在Id-n体系中描出对应的点，作一条直 线，使多数点落在直线上或靠近直线。该线就是电动机在电枢电压 为Ud0时的开环机械特性曲线。
3。机械特性的测试方法
怎样来改变电机的电枢电流呢？ 实际生产中，电机的电枢电流又称负载电流，是由电机所带负载的 轻重决定的，增大负载，电流增大，反之，减小负载，电流减小。 在实验室中，常用直流发电机和负载电阻作为电动机的模拟负 载，即直流电动机驱动一台直流发电机，直流发电机的输出电压加 在一可调电阻上。电动机转速一定的情况下，直流发电机的输出电 压不变，发电机输出功率就是可调电阻上消耗的功率：
(3)对调速系统而言，负载电流的变化是一种干扰。
(4)机械特性的硬度越硬，负载电流引起的转速降越小，转速越平稳， 调整系统的抗干扰性越强。
综上，机械特性的硬度越硬，开环调速系统的调速性能越好。常借 助机械特性曲线来分析开环调速系统的性能。
开环机械特性可以通过实验的方法测绘出来。
3。机械Байду номын сангаас性的测试方法
U d 2.34U φ cos
改变给定电压大小，可改变触发脉冲的触发角，从而改变整流电路输出 电压，使电机转速发生改变。 •给定电压、触发角、整流电压、电机转速之间的对应关系：
* Un 0
90
* nMax
Ud 0 U d U dMax
电动机转速为零 电动机转速最高
* U d K sU n
§1.1 直流电动机的调速方法
一、直流电机的机械特性
U d I d Ra E
E K e n
整理可得机械特性方程
n
U d I d Ra U R = d a Id Ke KeN KeN
Ud －－称为理想空载转速 K eN
n0 n
n0 =
n k
Ra I d －－负载电流引起的转速降 K eN
解： 得
U N I N Ra U N I N Ra nN K eN Ce U N I N Ra 220 55 0.1 Ce 0.2 145 0.2 nN 1 000 I N Ra 55 0.1 nN 27.5(r / min) Ce 0.2
U U
* n
0
整流桥放 大系数
•给定电压与整流电压成近似的正比关系
三. 开环调速系统的机械特性
1。开环机械特性的定义 直流电动机电枢电压一定的情况下，电机的转速与电枢电流之间的 关系，称为直流电动机的开环机械特性。 机械特性方程：
U d Id R U d Id R n K e Ce
§1.2 直流调速系统的发展
直流调速系统是通过改变电动机电枢电压的大小来实现调速的，根 据获得可调电枢电压的方法不同，将直流调速系统的发展分为3个阶段：
（1）直流发电机-电动机调速系统（简称G-M调速系统） （2）晶闸管整流装置-电动机调速系统（简称V-M调速系统） （3）直流脉宽调速系统（简称PWM调速系统） 一、G-M调速系统 2.工作原理分析 1.G-M调速系统原理图 3.缺点：
实训教学
开环调速 单闭环调速
双闭环调速
逻辑无环流调速
第5章：直流脉宽调速系统
PWM调速
《交直流调速系统》课程介绍
四、教学目标
通过本课程的学习，应达到以下教学目标：
1. 掌握直流调速的一般方法、基本概念。
2. 掌握五种调速系统的构成及特点。
3. 能在实验室完成五个调速系统的安装与调试。 4. 掌握单闭环、双闭环调速系统的稳态性能指标的计算 方法。
1. 调速范围：额定负载下，生产机械要求电动机提供的最高转速与最 低转速之比称为调速范围。用大写字母D表示，没有单位。
nmax D nmin
nmax —通常指电动机铭牌上所标的额定转速
。
nN
2. 静差率： 当系统在某一机械特性下运行时，电动机的负载由理想空载增加 到额定负载时所对应的转速降 nN 与理想空载转速 n之比，称 0 为静差率，用小写字母 表示。 s
•所需设备多，体积庞大 •效率低 •维护不方便 •运行时噪声大。
20世纪50年代曾广泛应用
二、V-M调速系统
1.V-M调速系统原理图
3.工作原理分析 •晶闸管整流电路为电机提 供大小可调的直流电压。 •给定电压增大，电枢电压 增大，电机升速；反之，给 定电压减小，电枢电压增大， 电机降速。
V-M调速系统是目前应用最广的直流调速系统
《交直流调速系统》课程介绍
五、学习指导
本课程是一门综合性应用课程，应用知识较多，但只要 学习目标明确，方法得当，学习起来并不难：
1. 掌握典型调速系统的构成。开始时多做画图练习，会 画之后，可在脑子里回想系统的原理图。 2. 掌握典型调速系统的特点。该记的要记，该背的要背。
3. 会分析系统的工作原理。
预习什么？预习到什么程度呢？ 1、能熟练画出开环调速系统原理图。2、自学附录，知道用哪 些挂件？用哪些电路模块？功能是什么？怎么接线 ？3、纸上 谈兵：能把系统原理图转化为实验接线图，并能画出来。4、知 道怎么测试开环机械特性，结合设备特点设计出实验步骤。 三、要知道实验应该得到怎样的结果？ 四、怎样写实验报告？
调速系统的稳态性能指标
一个好的调速系统应具有较大的调速范围和较小的静差率！
(4)静差率与调速范围的关系
D
nN nN s ， 则 n 0min n0 min s
snN 1 s nN
nN nN D nmin n0 min nN nN nN s snN 1 s nN nN
把握以上三点，注意对学过知识的复习，注意前后章节的 联系，及时归纳与系统，可做到轻松学习。
六、考核：考试*70%+平时*30%
§1 直流调速简介
学习目标：
1.了解直流电动机调速的3种方法及其主要特点。 2. 了解直流调速所经历的3个发展阶段。 3.了解直流调速系统的性能指标，掌握调速范围、静 差率两个稳态性能指标的含义及其相关计算。 4.掌握开环直流调速系统的构成及其特点。 5.掌握开环机械特性的含义。 6.能在实验室熟练完成开环调速系统的接线和调试， 会测试开环机械特性。
U2 P R
减小可调电阻，发电机功率增大，也即直流电动机输出功率增大，直流 电动机的电枢电流增大；反之，减小可调电阻，电动机电枢电流减小。
§1.5 开环直流调速系统实验
•实验前指导： 1。调速系统线路连接 2。测试开环机械特性 二、要知道怎么做？ 做好实验前的预习和准备是关键。
一、要知道实验做什么？
•直流电动机； •可调的电枢电压； •稳恒的励磁电源； 系统原理图 可控整流电路； 二极管整流电路. 给定电路； 触发电路； 三相可控整流桥；
二. 系统的工作原理
•直流电动机的励磁电压 一定时，电枢电压增大， 电机转速升高；电枢电压 减小 ，转速降低。 •三相桥式整流电路输出电压，即加在电机电枢绕组上的电压
nN s 100% n0
调速系统的稳态性能指标
说明： (1)静差率越小，转速降越小， 系统的抗干扰能力越强。 (2)静差率与硬度 联系：同一机械特性，硬度越硬，s越小； 区别：不同机械特性，硬度相同，s不等。 系统静差率描述方式： s=10%，或s≤10%
(3)调系统的静差率指最低转速对应机械特性曲线的静差率。
nN s 1 000 0.1 D 4 nN 1 s 27.5 1 0.1
思考题： 某调速系统的调速范围是（150～1 500r/min），要求静差率s=5%,
此时系统允许的稳态转速降是多少？
§1.4 开环直流调速系统
一. 系统的构成
开环调速系统是最简单的V-M调速系统 。怎样构成直流调速系统呢？