直流电动机调速系统

7.1晶闸管—直流电动机调速系统采用晶闸管可控整流电路给直流电动机供电，通过移相触发，改变直流电动机电枢电压，实现直流电动机的速度调节。

这种晶闸管—直流电动机调速系统是电力驱动中的一种重要方式，更是可控整流电路的主要用途之一。

可以图7-1所示三相半波晶闸管—直流电动机调速系统为例，说明其工作过程和系统特性。

直流电动机是一种反电势负载，晶闸管整流电路对反电势负载供电时，电流容易出现断续现象。

如果调速系统开环运行，电流断续时机械特性将很软，无法负载；如果闭环控制，断流时会使控制系统参数失调，电机发生振荡。

为此，常在直流电机电枢回路内串接平波电抗器Ld，以使电流Id尽可能连续。

这样，晶闸管—直流电动机调速系统的运行分析及机械特性，必须按电流连续与否分别讨论。

8.1.1 电流连续时如果平波电抗器Ld电感量足够大，晶闸管整流器输出电流连续，此时晶闸管—直流电动机系统可按直流等值电路来分析，如图7-2所示。

图中，左半部代表电流连续时晶闸管整流器的等效电路，右半部为直流电动机的等效电路。

由于电流连续，晶闸管整流器可等效为一个直流电源Ud与内阻的串联，Ud为输出整流电压平均值（7-1）式中U为电源相压有效值，为移相触发角。

电流连续情况下，晶闸管有换流重迭现象，产生出换流重迭压降，相当于整流电源内串有一个虚拟电阻，其中LB为换流电感。

再考虑交流电源（整流变压器）的等效内电阻Ro，则整流电源内阻应为，如图所示。

电流连续时直流电动机可简单地等效为为反电势E与电枢及平波电抗器的电阻总和Ra串联，而平波电抗器电感Ld在直流等效电路中是得不到反映的。

这样，根据图7-2等效电路，可以列写出电压平衡方程式为（7-2）式中，Ce为直流电机电势常数，φ为直流电机每极磁通。

求出电机转速为（7-3）可以看出，在电枢电流连续的情况下，当整流器移相触发角固定时，电动机转速随负载电流Id的增加而下降，下降斜率为。

当角改变时，随着空载转速点no的变化，机械特性为一组斜率相同的平行线。

直流调速工作原理
直流调速工作原理是基于电动机的转速和转矩特性来实现的。

直流调速系统主要由直流电源、整流器、调速器和电动机组成。

首先，直流电源将交流电转换为直流电，提供给整流器。

整流器负责将直流电源输出的电流进行整流，将其转换为单向的直流电流。

调速器是直流调速系统的核心部分，它通过调节输入到电动机的电压和电流来控制电动机的转速和转矩。

调速器通常采用脉宽调制（PWM）技术，即通过控制开关器件的开关时间比例
来改变电源向电动机供电的电压和电流。

当调速器调节电动机的电压和电流，电动机的转速和转矩也会相应改变。

这是因为电动机的转矩与电流成正比，转速与电压成正比。

通过改变调速器的控制信号，可以实现对电动机转速和转矩的精确控制。

直流调速系统的优点是具有较好的响应性能和可靠性，能够实现较宽范围的转速和转矩调节。

它广泛应用于需要精确调速和转矩控制的领域，如各种机械设备、风电、电动车等。

同时，也可以通过增加反馈控制回路，进一步提高调速系统的稳定性和精确度。

第一章直流电机调速系统实验实验一单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。

(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。

对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。

按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。

在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。

在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“转速变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。

电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。

这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。

在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。

电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。

同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。

当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。

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。

晶闸管整流直流电动机调速系统设计概述：许多机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。

而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用最广泛的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。

本此设计主要：就是针对直流调速装置，利用晶闸管相控整流技术，结合集成触发器芯片和调节器，组成晶闸管相控整流直流电动机调速系统，主要应用的芯片是TCA785集成移相触发控制芯片，实现调速系统。

同时设计出完整的电气原理图，将分别介绍各个模块的构成原理和使用方法。

关键词：双闭环直流调速晶闸管相控1 设计意义及要求1.1 设计意义电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电半导器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制装置。

通过此次课程设计要求学会电力电子装置的设计，能够利用相控整流装置对直流电动机进行调速系统的设计。

1.2 设计要求本次课程设计的题目是晶闸管相控整流直流电动机调速系统设计。

已知直流电动机参数：N P =3KW ，N U =220V ，N I =17.5A ，N n =1500min r 。

要求采用集成触发器及调节器构成转速电流闭环的直流调速系统。

设计绘制该系统的原理图，并计算晶闸管的额定电压和额定电流。

2 系统电路设计根据设计的要求，可将设计分为两大部分，一是主电路及系统原理图，二是控制电路，系统原理图部分我们采用的是三相全控整流装置，在这里我们使用三个TCA785芯片以便满足设计的要求，同时要加入转速电流双闭环系统，更好的实现调速的要求，达到稳定的速度效果。

电路原理总图见附录。

2.1 系统主电路 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，如图1所示。

直流电动机双闭环调速系统MATLAB仿真实验报告
实验目的：
本实验旨在设计并实现直流电动机的双闭环调速系统，并使用MATLAB进行仿真实验，验证系统的性能和稳定性。

实验原理：
直流电动机调速系统是通过改变电机的输入电压来实现调速的。

双闭环调速系统采用了速度环和电流环两个闭环控制器，其中速度环的输入为期望转速和实际转速的误差，输出为电机的电流设定值；电流环的输入为速度环输出的电流设定值和实际电流的误差，输出为电机的输入电压。

实验步骤：
1.建立直流电动机的数学模型。

2.设计速度环控制器。

3.设计电流环控制器。

4.进行系统仿真实验。

实验结果：
经过仿真实验，得到了直流电动机双闭环调速系统的性能指标，包括上升时间、峰值过渡性能和稳态误差等。

同时，还绘制了调速曲线和相应的控制输入曲线，分析了调速系统的性能和稳定性。

实验结论：
通过对直流电动机双闭环调速系统的仿真实验，验证了系统的性能和
稳定性。

实验结果表明，所设计的双闭环控制器能够实现快速且稳定的直
流电动机调速，满足了实际工程应用的需求。

实验心得：
本实验通过使用MATLAB进行仿真实验，深入理解了直流电动机的双
闭环调速系统原理和实现方式。

通过实验，我不仅熟悉了MATLAB的使用，还掌握了直流电动机的调速方法和控制器设计的原则。

同时，实验中遇到
了一些问题，比如系统的超调过大等，通过调整控制器参数和优化系统结
构等方法，最终解决了这些问题。

通过本次实验，我对直流电动机调速系
统有了更加深入的理解，为之后的工程应用打下了坚实的基础。

直流调速的工作原理
直流调速是一种通过改变电机电源电压来实现转速控制的方法。

该方法通过调节电机的电源电压来改变电机的转速，从而实现对电机的调速要求。

直流调速系统由一个直流电动机、一个功率控制器和一个速度反馈回路组成。

功率控制器负责根据输入的转速指令和实际转速信号来计算出电机所需的电压，然后将这个电压通过调节器输出给电机的电源。

在直流调速系统中，电动机通过电枢和励磁线圈两个磁场相互作用来产生转矩。

当电机接受到一定电压时，电动机的转矩和电磁势联动，从而产生转速。

当电机的电源电压增加时，电机的转速也会相应增加。

反之，当电机的电源电压减小时，电机的转速也会下降。

为了实现调速，系统需要通过速度反馈回路来监测电机的实际转速，并将其与设定的转速进行比较。

根据比较的结果，功率控制器会调节输出给电机的电压，使得电机的实际转速逐渐接近设定的转速。

在直流调速系统中，常见的功率控制器有电阻调速、电压调速和电流调速等方法。

通过调节电机的电源电压，可以实现对电机转速的精确控制，满足不同工况下的要求。

同时，直流调速系统还具有响应快、调速范围广和控制精度高等优点，广泛应用于各个领域的工业控制中。

成绩电气控制与PLC课程设计说明书直流电机调速控制系统设计.Translate DC motor speed Control system design学生王杰学号学院班级信电工程学院13自动化专业名称电气工程及其自动化指导教师肖理庆2016年6月14日目录1 ××11.1 ××××××11.1.1 ××××错误!未定义书签。

1.1.2 ××××1……1.2 ××××××11.2.1 ××××8……2 ×××××82.1 ××××××102.1.1 ××××10……3 ×××××123.1 ××××××123.1.1 ××××12……参考文献13附录14附录114附录2141 直流电机调速控制系统模型1.1 直流调速系统的主导调速方法根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为：R I E U a +=式(1.1)公式中：U 为电枢电压；E 为电枢电动势；R I a 为电枢电流与电阻乘积。

由于电枢反电势为电路感应电动势，故：n C E φe =式(1.2)式中：e C 为电动势常数；φ为磁通势；n 为转速。

由此得到转速特性方程如下：φe a C R I U /)(n -=式(1.3)由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法：1.改变电枢回路的电阻R ——电枢回路串电阻调速。