第4章 直流电动机调速控制系统

电力拖动自动控制系统直流拖动控制系统内容提要⏹直流调速方法⏹直流调速电源⏹直流调速控制引言直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。

因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。

根据直流电机转速方程Φ-=e K IR U n 直流调速方法n U I R ΦK e 式中—转速（r/min ）；—电枢电压（V ）；—电枢电流（A ）；—电枢回路总电阻（Ω）；—励磁磁通（Wb ）；—由电机结构决定的电动势常数。

（1-1）由式（1-1）可以看出，有三种方法调节电动机的转速：（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通 ；（3）改变电枢回路电阻R。

（1）调压调速⏹工作条件：保持励磁Φ= ΦN；保持电阻R = Ra⏹调节过程：改变电压UN→U↓U↓→n↓，n0 ↓⏹调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移。

nn0O II LU NU 1U 2U 3nNn1n2n3调压调速特性曲线（2）调阻调速⏹工作条件：保持励磁Φ= ΦN；保持电压U =UN；⏹调节过程：增加电阻Ra→R↑R ↑→n↓，n0不变；⏹调速特性：转速下降，机械特性曲线变软。

nn0O II LR aR 1R 2R 3nNn1n2n3调阻调速特性曲线（3）调磁调速⏹工作条件：保持电压U =UN；保持电阻R = Ra；⏹调节过程：减小励磁ΦN→Φ↓Φ↓→n↑，n0 ↑⏹调速特性：转速上升，机械特性曲线变软。

nn0OT e T LΦNΦ1Φ2Φ3 nNn1n2n3调磁调速特性曲线三种调速方法的性能与比较对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。

改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。

基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计第一章:前言1.1前言：直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。

近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。

采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。

而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。

并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。

随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。

1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的转速在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。

示数码管显PWM单片机按键控制电机驱动基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。

他励直流电动机的调速【精品-PDF】直流电动机是一种重要的电动机类型，广泛应用于各种机械和工业设备中。

直流电动机有广泛的应用范围，从家用电器到工业机械，都有其使用的市场。

直流电动机的特点是其调速性能非常优越，可以实现比其他电动机更好的速度控制。

因此，在各种应用中，调速技术是直流电动机使用中关键的一个因素。

本文将重点介绍直流电动机的调速技术，包括直流电动机的调速控制器、调速方法以及相关技术应用等方面的内容，以帮助读者了解直流电动机和其调速技术。

一、直流电动机及其调速直流电动机是一种可以将电能转换为机械能、实现运动的电动机，其构造简单，使用方便，广泛应用于各种机械和工业设备中。

直流电动机的转速高、速度调节范围大，并且可以实现快速反应，因此被用于需要精确控制转速的系统中。

直流电动机有以下几个特点：（1）调速性能好：直流电动机的转速可以通过改变电枢电流大小或改变励磁电流大小调节，因此其调速性能非常优越，可以实现比其他电动机更好的速度控制。

（2）启动性能好：直流电机启动时，电枢和励磁电流都比较小，在其转速上升之前可以承受一段时间较大的负载，具有启动性能好的特点。

（3）负载能力强：直流电机的负载能力强，可承受瞬时负载、过载和其他恶劣的工况条件。

（4）电机效率高：直流电机效率高，因为在高负载时，电机磁通强、因而转子铜损耗小，从而水平轴的效率高。

直流电动机可以通过两种方式进行调速：改变电枢电流大小、改变励磁电流大小。

（1）改变电枢电流大小当直流电机的励磁电流保持不变时，电枢电流决定了电机的转矩大小，从而对电机的速度和负载产生影响。

当电枢电流增加时，可以增加电机的转矩和速度，当电枢电流减小时，可以降低电机的转矩和速度。

3.直流电动机的调速控制器为了控制直流电动机的转速，需要使用一个调速控制器。

调速控制器是电子电路装置，以实现直流电动机的调速控制为目的，能够根据需求变化，控制直流电机的运行状态和输出功率。

例如，当直流电机需要解决急剧变化的工作负荷时，调速控制器可以根据工作要求，自动调节电机运行状态，以输出恰当的功率。

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。

第四章直流无刷电动机控制器第一节直流无刷电动机特点电动自行车电动轮毂内部采用直流无刷电动机，与直流有刷电动机驱动系统不同。

直流有刷电动机采用传统的直流电动机，是由磁铁定子、碳刷、换向器和绕组电枢转子等组成，电动自行车有刷电动机通过脉宽调制（PWM）电路改变直流电动机的两端电压，从而改变电动机转速，达到控制电动自行车速度的目的。

而直流无刷电动机是利用电子开关和位置传感器代替碳刷和换向器，将直流电通过逆变电路分成三相，为定子绕组供电。

当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生力矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定顺序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。

由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换相作用。

直流无刷电动机效率高，使用寿命长，无须保养，免维护，噪声小，输出力矩大，是电动自行车的发展方向。

常用的是低速无刷电动机。

高速无刷有齿电动机是现在出现的一种新式电动机，具有更高的机械效率，高达85%以上，过载力矩大，是今年电动自行车发展一个亮点。

第二节无刷电动机基本原理直流无刷电动机控制器是用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，主要由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两个部件组成。

功率逻辑开关单元是控制电路的核心，其功能是将电源的功率以一定的逻辑关系分配给直流无刷电动机的定子上各相绕组，以便使电动机产生持续不断的转矩。

而各相绕组导通的顺序和时间，主要取决于来自位置传感器的信号及逻辑开关信号。

传统的永磁直流有刷电动机的定子由永久钢组成，其主要的作用是在电动机气隙中产生磁场，而其电枢绕组通电后产生反应磁场，由于碳刷的换向作用，使得这两个磁场的方向在直流电动机运行过程中始终保持相互垂直，从而产生最大转矩而驱动电动机不停地旋转。

直流无刷电动机为了实现无碳刷换向，把传统的直流永磁电动机的电枢绕组放在定子上，把永久磁钢放在转子上，这与传统永磁直流电动机的结构正好相反。

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。