直流电机调速原理

直流电机的基本工作原理

直流励磁的磁路在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。虽然直流发电机和直流电动机的用途各不同，但是它们的结构基本上一样，都是利用电和磁的相互作用来实现机械能与电能的相互转换。

直流电机的最大弱点就是有电流的换向问题，消耗有色金属较多，成本高，运行中的维护检修也比较麻烦。因此，电机制造业中正在努力改善交流电动机的调速性能，并且大量代替直流电动机。不过，近年来在利用可控硅整流装置代替直流发电机方面，已经取得了很大进展。包括直流电机在内的一切旋转电机，实际上都是依据我们所知道的两条基本原则制造的。一条是：导线切割磁通产生感应电动势；另一条是：载流导体在磁场中受到电磁力的作用。因此，从结构上来看，任何电机都包括磁场部分和电路部分。从上述原理可见，任何电机都体现着电和磁的相互作用，是电、磁这两个矛盾着的对立面的统一。我们在这一章里讨论直流电机的结构和工作原理，就是讨论直流电机中的“磁”和“电”如何相互作用，相互制约，以及体现两者之间相互关系的物理量和现象（电枢电动势、电磁转矩、电磁功率、电枢反应等）。

一、 直流发电机的基本工作原理

直流发电机和直流电动机具有相同的结构，只是直流发电机是由原动机（一般是交流电动机）拖动旋转而发电。可见，它是把机械能变为电能的设备。直流电动机则接在直流电源上，拖动各种工作机械（机床、泵、电车、电缆设备等）工作，它是把电能变为机械能的设备。但是，当前已经有可控硅整流装置替代了直流发电机，为了能使大家更好的理解直流电动机，有必要同时讲述一下直流发电机的原理。

直流电机调速原理及框图说明（仅供参考）

S-100直流电机调速器电路主要有主回路和控制回路两部分。

1、主回路由交流AC220V供电，插接端子AC1、AC2输入，经开关、压敏电阻RM1，可控硅整流器（SCR）TH12、TH3模块，电枢回路的取样电阻R0，外接直流电机电枢M+、M-组成。

励磁线圈回路由单相桥整流堆D32~D35，压敏电阻RM2，接入励磁L+、L-组成。

2、控制回路叙述如下：

接通电源，合上选通开关SD（CN4~6点接通）T4晶体管导通，绿色发光二极管LD发亮，给定积分器、电压、电流调节器的电子开关打开，移相触发器IC6解除封锁，调速器进入工作状态。

分析几个主要环节回路：

（1）给定积分输入的测速反馈输入回路：给定积分输入由IC1a、IC1b、R6、R7组成；R6用于降速时间调整，R7用于升速时间调整。

测速反馈输入由连接于测速电机端子14、电位计P3、测速表衰减电阻R11组成；电位计P3将测速电机的速度变化转换为电压变化信号，它与给定积分信号电压GT叠加于IC2a的反相输入端[即框图中的闭1→⊕处]相比较之后得出误差（△U）SJ再经IC2a进行比例放大后，IC2a输出速度调节电压SJ。

（2）电流调节回路：由取样电阻R0、IC5b、IC9、IC10、IC2b组成，R0上的电流反馈信号经IC5b放大，通过IC9、IC10。光电耦合隔离分两路：一路送入IC2b电流调节器反相输入；另一路经P5输出一个补偿电压送到IC2a反相输入端，对速度进行补偿。 （3）触发角α控制回路：由IC3a、IC3b组成触发角α限制回路，把TH2、TH3可控硅导通角α控制在一个可靠的范围内，由IC2a输出的ST（无差调速）值，IC3a和IC3b输出的触发角限制电压Uα，电流调节回路送入的电流反馈电压三者输入到IC2b的反相输入端[即框图中的闭环2→⊕处]相比较，得出误差值经IC2b进行比例、积分放大后，输出移相调整电压△U，送入IC6[图中长块形模块集成电路块（脉冲移相器）]，就能调节IC6的输出移相脉冲，经IC7、IC8驱动T5、T6三极管的导通和截止，经同步脉冲变压器B2、B3输出输出发脉冲控制TH2、TH3可控硅的α导通角，使SCR输出可控直流电压给电枢，调节直流电机速度。

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直流电机的基本工作原理

直流励磁的磁路在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。虽然直流发电机和直流电动机的用途各不同，但是它们的结构基本上一样，都是利用电和磁的相互作用来实现机械能与电能的相互转换。

直流电机的最大弱点就是有电流的换向问题，消耗有色金属较多，成本高，运行中的维护检修也比较麻烦。因此，电机制造业中正在努力改善交流电动机的调速性能，并且大量代替直流电动机。不过，近年来在利用可控硅整流装置代替直流发电机方面，已经取得了很大进展。包括直流电机在内的一切旋转电机，实际上都是依据我们所知道的两条基本原则制造的。一条是：导线切割磁通产生感应电动势；另一条是：载流导体在磁场中受到电磁力的作用。因此，从结构上来看，任何电机都包括磁场部分和电路部分。从上述原理可见，任何电机都体现着电和磁的相互作用，是电、磁这两个矛盾着的对立面的统一。我们在这一章里讨论直流电机的结构和工作原理，就是讨论直流电机中的“磁”和“电”如何相互作用，相互制约，以及体现两者之间相互关系的物理量和现象（电枢电动势、电磁转矩、电磁功率、电枢反应等）。

直流电机转速的PWM控制 测速

王鹏辉

姬玉燕

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摘要

本设计采用PWM的控制原理来完成对直流电机的正转、反转以及其加速、减速过程的控制，在此过程中是通过单片机的定时器加上中断的方式产生不同时长的高低电压脉冲信号来完成。并通过霍尔传感器对直流电机的转速进行测定，最后将实时测定的转速数值1602液晶屏上。

关键词：

PWM控制 直流电机 霍尔传感器 1602液晶显示屏 L298驱动

一、设计目的：

了解直流电机工作原理，掌握用单片机来控制直流电机系统的硬件设计方法，熟悉直流电机驱动程序的设计与调试，能够熟练应用PWM方法来控制直流电机的正反转和加减速，提高单片机应用系统设计和调试水平。

1.1系统方案提出和论证

转速测量的方案选择,一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。本说明书中给出两种转速测量方案，经过我和伙伴查资料、构思和自己的设计，总体电路我们有两套设计方案，部分重要模块也考虑了其它设计方法，经过分析，从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑，我们才最终选择了一个方案。下面就看一下我们对两套设计方案的简要说明。

1.2 方案一：霍尔传感器测量方案

霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的？其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。霍尔转速传感器的结构

2 原理图如图3.1, 霍尔转速传感器的接线图如图3.2 。

传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组A 和B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA

和HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件HA 和HB 的激励电机分别与绕组A 和B 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。

图3.1 霍尔转速传感器的结构原理图

方案霍尔转速传感器的接线图