直流电机调速方案及优缺点教学文案

1 绪论1.1 直流调速的优点直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。

它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特性也随之变化，故系统运行的可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。

双闭环直流调速系统是一个复杂的自动控制系统，在设计和调试的过程中有大量的参数需要计算和调整，运用传统的设计方法工作量大，系统调试困难，将SIMULINK 用于电机系统的仿真研究近几年逐渐成为人们研究的热点。

同时，MATLAB软件中还提供了新的控制系统模型输入与仿真工具SIMULINK，它具有构造模型简单、动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强大等优点，成为动态建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。

它可以利用鼠标器在模型窗口上“画”出所需的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真或分析，从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。

1.2 本人的主要工作本文采用工程设计方法对转速、电流双闭环直流调速系统进行辅助设计，选择适当的调节器结构，进行参数计算和近似校验，并建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的MATLAB/SIMULINK仿真模型，分析转速和仿真波形，并进行调试，使双闭环直流调速系统趋于完善、合理。

2 方案选择及系统工作原理2.1 电动机参数及设计要求1、输入三相交流电压：380 V2、电机额定功率和转速：自定3、要求电动机转速在（30%~100%）n N 范围内可调。

设参数如下：直流电机额定电压220V N U =，额定电枢电流136A N I =，额定转速1460rpm N n =，电枢回路总电阻0.5Ωa R =，电感0.012H a L =，励磁电阻240f R =Ω，励磁电感120H f L =，互感 1.8H af L =，0.132Vmin r e C =，允许过载倍数 1.5λ=。

直流电机的原理及优缺点直流电机是一种将直流电能转化为机械能的设备，其基本原理是运用洛伦兹力和法拉第电磁感应定律。

直流电机的基本结构由定子、转子、电刷和电枢组成。

定子是由绕组绕成的电磁铁，用于产生磁场。

转子是由绕组绕成的电刷，与定子的磁场相互作用产生转矩。

电刷则通过与转子电刷相接触并提供电能，将电能转化为机械能。

电刷由碳刷和电刷架组成，能够保持电源与电枢之间的通路，并传递电流。

直流电机的工作原理是利用洛伦兹力。

当电流通过电枢绕组时，电流产生的磁场与定子磁场相互作用，产生转矩。

转子在转动过程中，电刷不断地改变电源和电刷之间的连接，使电流的方向相对于磁场方向发生改变。

根据法拉第电磁感应定律，当磁通量改变时，会产生感应电动势，从而推动电流产生转矩。

这种转矩作用使得转子在磁场的作用下继续转动，将电能转化为机械能。

直流电机具有许多优点。

首先，直流电机具有良好的调速性能。

通过改变电压或者改变电枢绕组的连接方式，可以实现电机的调速。

其次，直流电机起动特性良好，起动电流可控，不会对电网产生冲击。

此外，直流电机转矩平稳，转速范围广，同时能够产生较高的转矩，适用于许多工况。

此外，直流电机的结构相对简单，制造和维修成本较低。

然而，直流电机也存在一些缺点。

首先，直流电机需要电刷与电刷架之间的摩擦接触，容易产生电火花和摩擦磨损，并且需要定期更换电刷。

其次，直流电机的结构相对较复杂，需要配备专门的控制器和启动器，增加了系统的复杂性。

此外，直流电机的电刷与电枢之间存在摩擦和磨损，使得电机效率相对较低。

最后，直流电机容量相对较小，功率有一定的限制。

总的来说，直流电机的工作原理是利用洛伦兹力和法拉第电磁感应定律，具有调速性能好、起动特性良好和转矩平稳等优点。

然而，直流电机的摩擦和磨损问题以及结构复杂、效率低和功率限制等缺点仍然需要改进。

电机调速方案在现代工业生产中，电机广泛应用于各个领域，如机械制造、电子设备、汽车工业等。

而电机的调速方案对于提高生产效率和降低能源消耗起到关键作用。

本文将讨论几种常见的电机调速方案，分析其优缺点，并探讨未来发展的趋势。

一、直流直流电机是一种较早出现的电机，其调速方案相对简单且成熟。

最常见的调速方式是改变电压或者电流来控制电机的转速。

直流电机调速具有响应快、调速范围广的优点，适用于许多应用场合。

然而，直流电机存在换向器寿命短、维护成本高等问题。

二、交流交流电机因其结构简单、成本低廉，在工业领域中得到广泛应用。

在交流电机调速方案中，最常见的手段是通过改变电压和频率来调整电机转速。

此外，还可以采用变频器进行调速。

相较于直流电机，交流电机的调速方案多样化，但受限于技术和成本等因素，调速范围和精度较直流电机有所限制。

三、无刷直流无刷直流电机（BLDC）是近年来发展迅猛的一种电机类型。

相较于传统的直流电机，无刷直流电机具有无需维护和寿命长的优点。

在调速方案上，无刷直流电机通常采用控制器来调节转速，可以实现较高的精度和灵活性。

此外，无刷直流电机对于能源的利用率也更高，是一种节能高效的调速方案。

四、步进步进电机是一种常见的定位控制电机，其调速方案主要以控制脉冲频率来实现。

步进电机调速响应相对较慢，适用于对精度要求较高的场合。

然而，步进电机的调速精度和负载适应性相较于其他类型的电机有所限制。

五、未来发展趋势随着技术的不断进步，电机调速方案也在不断演进。

未来发展的趋势主要表现在以下几个方面：1. 高性能控制器的应用：随着控制器技术的不断革新和提升，未来的电机调速方案将更加智能化和精确化。

2. 新型材料的应用：新型材料的研发将有助于提升电机的效率和耐用性，进一步迈向节能减排的目标。

3. 智能化调速系统的崛起：随着人工智能技术的迅速发展，智能化调速系统将成为未来的发展趋势，能够根据需求自动调整转速，提高生产效率和能源利用率。

直流电机调速的三种方法及公式嘿，朋友们！今天咱来聊聊直流电机调速的那些事儿。

直流电机调速啊，就好比是驾驭一匹烈马，得有合适的方法和技巧才能让它乖乖听话，按照咱的心意跑起来。

先来说说第一种方法，那就是改变电枢电压啦。

就像给马调整缰绳的松紧一样，通过改变电枢电压，就能控制电机的速度。

这就好比你开车的时候，踩油门轻重不一样，车速也就不一样啦。

这其中的公式呢，就是转速和电枢电压成正比关系哦。

再讲讲第二种方法，改变电枢回路电阻。

这就像是给马走的路设置不同的阻力，电阻大了，电机转得就慢些；电阻小了，电机就跑得快啦。

不过这种方法不太常用哦，毕竟改变电阻有时候不太方便呢。

最后说说第三种，改变励磁电流。

这就好像是调整马的精神状态，励磁电流一变，电机的速度也跟着变啦。

咱举个例子啊，想象一下，直流电机就像是一个大力士，电枢电压就是他的力量源泉，决定他能使多大劲儿；电枢回路电阻就是他脚下的绊脚石，多了就跑不快；励磁电流呢，就是他的心情，心情好干劲足，速度就快。

这三种方法各有各的特点和用处呢。

有时候我们根据实际情况，选择最合适的那种来给直流电机调速。

就像我们出门，得根据天气、路程等因素选择是走路、骑车还是开车一样。

在实际应用中，可不能马虎哦。

要仔细研究电机的特性，根据需要来选择调速方法。

不然啊，就像是让马乱了套，可就不好啦。

所以啊，直流电机调速可不是一件简单的事儿，得好好琢磨琢磨。

要把这三种方法都掌握好，就像有了三把钥匙，能打开不同情况下电机调速的大门。

朋友们，你们说是不是这个理儿呀？咱可得把这直流电机调速给玩转咯，让它为我们的各种设备好好服务呀！这就是直流电机调速的三种方法及公式啦，大家都记住了吗？。

直流电机的调速方案直流电机调速方案那可有点小门道呢。

一、改变电枢电压调速。

1. 原理。

就好比你给电机供电就像给人吃饭提供能量一样。

如果降低或者升高电枢电压，电机得到的能量就不一样了，速度也就跟着变了。

电压低，电机就像人吃少了没力气，转得慢；电压高，就像人吃多了能量满满，转得快。

2. 优点。

这种调速方法啊，调速范围可宽了。

就像一个超级灵活的运动员，可以在很大的速度范围内变化。

而且调速平滑性也好，就像从慢走到快跑可以有很多个过渡速度一样，很细腻。

3. 缺点。

不过呢，它得有专门的可调压电源，这就像你要吃特殊的食物得专门准备食材一样。

成本相对高一些，而且要是电压调得太低，电机可能会转不动，就像人饿得太狠了没法干活。

二、改变电枢回路电阻调速。

1. 原理。

这就像是给电机的电路里加个小阻碍。

在电枢回路里串个电阻，电阻越大，电流就越小，电机得到的能量就少了，转得就慢。

就好比你跑步的时候腿上绑个沙袋，肯定跑不快。

2. 优点。

简单啊，这方法很直接，不需要什么复杂的设备。

就像你想让自己慢点走，直接在腿上绑个东西就行，不需要什么高科技。

3. 缺点。

但是它调速的平滑性不好。

你想啊，你只能通过改变串入电阻的大小来调速，不能很细腻地调整，就像你绑沙袋只能选几个固定重量的，不能精准控制速度。

而且电阻会消耗能量，就像你带着沙袋走路很费力气，电机的效率也会降低。

三、改变励磁磁通调速。

1. 原理。

励磁磁通就像是电机内部的一种神秘力量。

如果减少磁通，电机的转速就会升高，就像你给一个东西松绑了，它就可以跑得更快。

反过来，增加磁通，转速就会降低。

2. 优点。

3. 缺点。

不过呢，它的调速范围比较窄，就像一个能力有限的小超人，只能在一个小范围内发挥它的调速能力。

而且如果磁通减弱太多，电机的电枢反应会加强，可能会导致电机不稳定，就像一个人太放纵自己了，就容易出乱子。

直流电机的调速方法
一、概述
一是调节电枢电压，二是调节励磁电流，
1、常见的微型直流电机，其磁场都是固定的，不可调的永磁体，
所以只好调节电枢电压。

调节电枢电压方法：
常用的一是可控硅调压法，再就是脉宽调制法(PWM)。

PWM的H型属于调压调速。

PWM的H桥只能实现大功率调速。

国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。

2、弱磁调速，通过适当减弱励磁磁场的办法也可以调速。

二、直流电机与交流电机调速比较
最大的优点就是直流电机可以实现“平滑而经济的调速”；直流电机的调速不需要其它设备的配合，可通过改变输入的电压/电流，或者励磁电压/电流来调速。

交流永磁同步的调速是靠改变频率来实现的，需要变频器。

直流电机虽不需要其它的设备来帮助调速，但自身的结构复杂，制造成本高；在大功率可控晶闸管大批量使用之前，直流电动机用于大多的调速场合。

在大功率可控晶闸管工业生产化后，交流电动机的调速变得更简单了，交流电动机的制造成本低廉，使用寿命长等优点就表现出来。

三、直流电机的调速方法的优缺点
不同的需要，采用不同的调速方式，应该说各有什么特点。

1.在全磁场状态，调电枢电压，适合应用在零至基速以下范围内调速。

不能达到电机的最高转速。

2.在电枢全电压状态，调激磁电压，适合应用在基速以上，弱磁升速。

不能得到电机的较低转速。

3.在全磁场状态，调电枢电压，电枢全电压之后，弱磁升速。

适合应用在调速范围大的情况。

这是直流电机最完善的调速方式，但设备复杂，造价高。

交直流调速方案优缺点浅析发布日期：2011-09-1660-100万吨棒材生产机组传动控制系统交直流调速方案优缺点浅析随着国民经济的日益发展及国家“十二五”规划的要求，市场对螺纹钢、圆钢等的需求越来越多，近几年国内各企业拟建或在建的60-100万吨/年棒材机组有数十条，其中18机架主轧机电机及控制方案的选型对整条机组的造价及日后的机组产量、质量、产品精度及运行的综合成本至关重要，先对目前国内外流行的直流调速和交流变频调速系统的优缺点做一个简单的概述及分析，不足之处请给予批评指教：一、直流调速方案：1、直流电机及控制系统的优缺点：◇调速性能好、调速范围广，易于平滑调节◇起动、制动转矩大，易于快速起动、停车◇过载能力强、能承受较频繁的冲击负荷◇线路简单、控制方便、◇电控系统总体造价（包括直流电机及其配套的直流调速装置）相对较低，设计、制造、调试周期短◇国内外控制方案成熟、工程应用广泛鉴于以上优点，加之晶闸管技术的高速发展，在冶金工业领域、特别是对速度控制要求迅速、准确调整的带钢冷连轧机组等一些高性能的电气传动系统中，晶闸管整流供电的直流传动系统一直被长期、广泛地采用，以满足和实现工艺对电机的调速性能要求。

虽然直流传动有以上诸多优点，但仍有不足之处，主要表现在：◆由于采用相控整流技术，在晶闸管换向时会产生谐波，污染电网，须对谐波进行治理◆在低速启动时，因为晶闸管导通角α，导致功率因数较低，无功分量较大，须对功率因数进行补偿◆与同容量、转速的交流电机相比，直流电机的造价高、体积大、重量重、转动惯量大◆日常维护量大，须定期检查、更换炭刷，整流子表面保养◆由于换向的限制，在结构发展上欲制造大容量、高电压及高转速的直流电机工艺上比较困难。

现阶段直流电机单机容量最大只能达到11000kw左右，电压也只能做到1200V左右，这样一些大容量的不得不做成双电机、三电机甚至四电机结构，直接影响了直流电机的广泛应用，发展交流变频势在必行2、西门子/ABB等国外原装产品与DB系列扩容全数字直流控制器在控制精度及造价方面的比较鉴于直流电机的以上优缺点，目前国内还是有许多厂家（特别是一些民营企业和一些中小型国企）在新建项目时，为了节省投资、压缩工期，还是选择主传动系统采用直流方案（特别是单台功率≥600-800KW）据初步统计，目前已经建成的棒材机组有近60% 采用的是直流方案（因为一般情况下此类机组初轧、预精轧、精轧电机功率均在900-1300KW），目前国内大部分厂家选择的直流控制器为西门子公司的6RA70系列（60%左右）、ABB公司的DCS600系列（25%左右）和其他的一些国外品牌。

18直流电机的优缺点及应用案例直流电机是一种将直流电能转化为机械能的电动机，广泛应用于工业、交通、家电等领域。

下面将详细介绍直流电机的优缺点及一些应用案例。

优点：1.转速范围广：直流电机的转速范围较广，可根据需求灵活调整，通常在0-6000转/分钟范围内。

2.起动转矩大：直流电机具有良好的起动转矩特性，适合用于起动和加速重负载。

3.调速性能好：直流电机的转速可以通过电枢电压调节，可实现宽范围的调速，并且调速响应速度快。

4.可逆性好：直流电机通过改变电枢电流方向即可实现正反转，操作简便。

5.控制精度高：直流电机可通过外部的控制电路实现精准的转速和转矩控制。

6.体积小巧：相对于其他电机类型，直流电机的体积较小，适应性强。

缺点：1.维护成本较高：直流电机需要定期维护，如更换电刷、调整电枢和电磁铁间隙等，维护成本较高。

2.线圈损耗大：直流电机的电枢线圈和电刷之间有摩擦和电火花产生，会导致线圈损耗，影响电机寿命。

3.电刷磨损：直流电机的电刷容易因摩擦磨损，需要定期更换。

4.磁场控制困难：由于直流电机的磁场是由电刷产生的，磁场控制较为困难。

应用案例：1.电动车：直流电机在电动车中得到广泛应用，可提供高转矩输出和宽范围调速，满足电动车起动、加速和爬坡等操作需求。

2.电梯：直流电机在电梯中用于驱动电梯提升和门的开闭等动作，具有较好的起动转矩特性，可确保电梯的安全和平稳运行。

3.空调：直流电机在空调压缩机中用于提供制冷压缩能力，可实现高效制冷和节能运行。

4.机床：直流电机在机床中用于驱动主轴、进给运动等，可实现高精度加工和多种加工模式切换。

5.电动工具：直流电机在电动工具中广泛应用，如电钻、电锤等，可提供高转矩和调速功能，方便使用者进行各种工作。

6.电动机车：直流电机在火车和地铁等电动机车中使用，可提供高起动转矩和宽范围调速，满足列车的起动、加速和制动等运行要求。

总结：直流电机具有转速范围广、起动转矩大、调速性能好、可逆性好、控制精度高等优点，但需要定期维护，且电刷磨损和线圈损耗较大。