(整理)直流调速工作原理
直流电机的调速方法
直流电机的调速方法一、前言直流电机是工业生产中常用的驱动设备，它具有调速范围广、转矩平稳等优点。
在实际应用中，为了满足不同的工艺要求，需要对直流电机进行调速。
本文将介绍直流电机的调速方法。
二、基本原理直流电机的调速原理是通过改变电源电压和/或改变电枢回路中的电阻来改变电机的转速。
当电压增大或者回路阻值减小时，会使得转矩增大，从而使得转速提高；反之亦然。
三、调速方式1. 串联型调速串联型调速是通过改变外接串联在直流电机上的可变阻值来改变回路总阻值，从而达到降低转矩和减缓转速的目的。
具体步骤如下：（1）将可变阻器串联在直流电机中；（2）当可变阻器阻值增加时，回路总阻值增加，从而使得输出功率减小；反之亦然；（3）通过逐渐增加或减小可变阻器的阻值来实现调节。
2. 并联型调速并联型调速是通过改变外接并联在直流电机上的可变阻值来改变电枢回路的总电阻，从而达到提高转矩和加快转速的目的。
具体步骤如下：（1）将可变阻器并联在直流电机中；（2）当可变阻器阻值增加时，电枢回路总电阻增加，从而使得输出功率减小；反之亦然；（3）通过逐渐增加或减小可变阻器的阻值来实现调节。
3. 电枢调速电枢调速是通过改变直流电机中的电枢回路中的电阻来改变回路总阻值，从而达到降低转矩和减缓转速的目的。
具体步骤如下：（1）将可变阻器连接在直流电机的电枢回路上；（2）当可变阻器阻值增加时，回路总阻值增加，从而使得输出功率减小；反之亦然；（3）通过逐渐增加或减小可变阻器的阻值来实现调节。
4. 磁通调速磁通调速是通过改变直流电机中励磁回路中串联在励磁线圈上的可变抵抗来改变磁通量大小，从而达到改变转速和转矩的目的。
具体步骤如下：（1）将可变抵抗串联在励磁线圈上；（2）当可变抵抗阻值增加时，回路总阻值增加，从而使得磁通量减小，输出功率减小；反之亦然；（3）通过逐渐增加或减小可变抵抗的阻值来实现调节。
四、注意事项1. 在进行调速时，应根据直流电机的额定参数和工作要求进行合理选择。
直流电机的调速方法
电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。 但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎 没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。
二、直流电动机调速的种类与方法
直流电机调速的种类分别有： 1.调节电枢供电电压U
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定 转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑 调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速 响应，但是需要大容量可调直流电源。 2.改变电动机主磁通
1.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ节电枢供电电压U
三、直流电动机调速方法的特点
直流电动机三种调速方法的特点： 不同的需要，采用不同的调速方式 1.调电枢电压，适合应用在0~基速以下范围内调速。不能达
到电动机的最高转速。 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。 不能得到电动机的较低转速。 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。这是直流电动机最完善的 调速方式，但设备复杂，造价高。
直流电机的调速方法
• 一组：韩爽 刘磊 刘畅 韩玉迪
目录
一、直流电动机调速的定义与工作原理 二、直流电动机调速的种类与方法 三、直流电动机调速方法的特点
一、直流电动机调速的定义与工作原理
• 定义：直流电机调速器就是调节直流电动机速度 的设备。
• 工作原理:是通过改变输出方波的占空比使负载上 的平均电流功率从0-100%变化、从而改变负载、 灯光亮度/电机速度。利用脉宽调制(PWM)方式、 实现调光/调速、它的优点是电源的能量功率、能 得到充分利用、电路的效率高。
直流调速器的工作原理
直流调速器的工作原理直流调速器是一种用来控制电动机转速的装置，它可以通过调整输入电压、电流或者改变电机绕组的接线方式来实现电机的调速。
直流调速器广泛应用于各个领域，包括工业控制、机械设备、交通运输等。
直流调速器的工作原理可以简单地描述为通过改变电机终端的电压和电流，来改变电机的转速。
这一过程通过控制电源电压和电流以及电机绕组的接线方式来实现。
在直流调速器中，控制电源一般为直流电源供应。
控制电源可以通过变压器或者其他装置来获得所需的电压和电流。
调速器通过控制电源的输出来改变电机的输入电压和电流，从而实现调速的目的。
直流调速器可以通过不同的方式来改变电机终端的电压和电流。
其中一种常见的方式是通过采用可变阻尼调速器，也即通过改变绕组接线方式来改变电机的速度。
可变阻尼调速器中，电机的绕组通常由串联、并联或者混合接线方式来实现不同的速度调节。
另外一种常见的方式是通过PWM（脉宽调制）技术来实现调速。
PWM技术是一种调制技术，通过改变一个周期内高电平与低电平的时间比例来改变电源输出的电压和电流。
在直流调速器中，PWM控制器可以根据所需的转速设置一个合适的占空比，从而控制输出电压和电流的大小。
此外，直流调速器还可以利用其他的控制技术，例如PID控制技术、闭环控制等来实现更精确的调速效果。
PID控制技术是一种常见的比例-积分-微分控制技术，它通过根据输入和输出之间的误差来实时调整控制器的参数，从而使得系统稳定在所需的转速范围内。
总的来说，直流调速器是通过控制电源输出的电压和电流以及改变电机绕组的接线方式来实现电机调速的装置。
不同的调速器采用不同的原理和技术，但它们的目标都是在不同的工况下实现电机的可靠调速。
通过正确选择和使用直流调速器，可以实现电机的高效运行和精确控制，从而满足各种应用需求。
直流电机pwm调速原理
直流电机pwm调速原理直流电机PWM调速原理是通过改变电源给电机的电压和电流，从而控制电机转速的一种方法。
PWM，即脉冲宽度调制，是一种用来调节电平电路中电平的技术，利用脉冲信号的占空比（高电平与周期时间之比）来控制电平的平均值。
在直流电机PWM调速中，首先需要了解电机的电刷子与换向器的工作原理。
电刷子负责切换电极的极性，而换向器则根据电刷子的位置将电流传送到正确的电极上。
当电流在电机的绕组中流动时，会形成磁场，这个磁场会与永磁体产生相互作用，从而产生电机的转动力。
为了控制电机的转速，可以通过改变供电电压的幅值和频率来实现。
在PWM调速中，电源输出的电压信号被分解为一系列的脉冲信号。
脉冲信号的占空比根据所需的电机转速来确定，占空比越大，电机转速越快。
在每个脉冲周期中，脉冲信号的高电平部分代表电源给电机供电的时间，而低电平部分则代表停止供电的时间。
通过改变脉冲信号的占空比，可以控制电机的平均电压和平均电流。
当占空比增大时，电机平均得到更多的能量供应，转速也会相应增加。
反之，当占空比减小时，电机平均得到更少的能量供应，转速会减慢。
这样，通过不断调整脉冲信号的占空比，就可以实现对直流电机的精准调速。
需要注意的是，在PWM调速中，电机的换向也需要考虑进去。
换向器需要根据电机的转向来控制电刷子的位置，使电流能够按正确的路径流动。
这样能够保证电机的正常运转，并提供足够的转矩和稳定性。
综上所述，直流电机PWM调速是通过改变电源给电机的电压和电流的脉冲信号的占空比来实现的。
通过调节脉冲信号的占空比，可以控制电机的平均电压和电流，从而实现对电机转速的精确控制。
同时，需考虑电机的换向，以保证电机能够正常运转。
直流电机调速公式
直流电机调速公式
直流电机调速公式是用来描述直流电机转速与电压和负载之间的关系的数学公式。
直流电机调速是指通过调节电压或改变负载来控制电机的转速。
直流电机调速公式可以用以下方式表示：
N = k * V / Φ
其中，N表示电机的转速，k是一个常数，V表示电压，Φ表示磁通量。
这个公式可以解释为：电机的转速与电压成正比，与磁通量成反比。
当电压增加时，电机转速也会增加；当磁通量增加时，电机转速会减小。
直流电机调速公式的推导基于电机的基本原理和电磁感应定律。
直流电机是通过电流在电枢线圈中产生的磁场和永磁体之间的相互作用来产生转矩的。
当电压和负载发生变化时，电机内部的磁场也会发生变化，从而影响电机的转速。
调速公式的推导过程比较复杂，需要考虑电机的内部结构、磁场分布、电流分布等因素。
在实际应用中，可以通过调节电压或改变负载来实现对电机转速的控制。
例如，通过增加电压可以提高电机的转速，而通过改变负载可以降低电机的转速。
直流电机调速公式在工业生产和科学研究中具有重要意义。
它可以
帮助工程师和研究人员设计和优化电机控制系统，实现精确的转速调节。
同时，它也为电机的故障诊断和维修提供了理论基础。
直流电机调速公式是描述电机转速与电压和负载之间关系的重要工具。
掌握和理解这个公式可以帮助人们更好地理解和应用直流电机调速技术。
通过合理地调节电压和负载，可以实现对电机转速的精确控制，满足不同应用场景的需求。
直流调速器的工作原理
直流调速器的工作原理直流调速器是一种能够按照需求改变直流电源输出电压和电流的电路装置。
它具有广泛的应用领域，例如电动机控制、电能调节、电动车辆和风力发电等。
其工作原理是通过控制开关器件的导通和断开，实现直流电压的调节。
下面将详细介绍直流调速器的工作原理。
直流调速器的主要组成部分包括整流器、滤波器、功率开关器件、控制电路、逆变器和环境监控电路。
整流器将交流电源转换成直流电源，滤波器用于去除直流电源中的脉动，功率开关器件负责控制电流的输入和输出，控制电路实现对功率开关器件的控制，逆变器将直流电源转换为交流电源，以满足不同的负载要求，环境监控电路用于监测和控制器件的工作温度和电流等。
直流调速器的工作过程可以分为整流和逆变两个阶段。
首先，在整流阶段，交流电源经过整流器转换成直流电源。
整流器通常由采用可控硅作为开关器件的桥式整流电路构成。
当输入电压通过桥式整流电路时，低频变压器将交流电压转换为带有脉动的直流电压。
控制电路将调制信号与桥式整流电路中的可控硅触发电路相连接，控制可控硅导通和截止。
这样，整流电路会根据调制信号的不同，实现对交流电源的整流，从而改变输出电压和电流。
接下来，在逆变阶段，直流电源经过逆变器转换为交流电源。
逆变器通常由功率开关器件和滤波电路构成。
功率开关器件通常是晶体管或IGBT。
在逆变器的工作过程中，控制电路将调制信号与功率开关器件相连接，以控制开关器件的导通和断开。
当开关器件导通时，电流流经负载，实现能量的输出；当开关器件截止时，电流停止流动，实现能量的截止。
逆变器输出的交流电压的频率和幅值可以通过控制开关器件的导通时间和断开时间来调节，从而实现对交流电源输出电压和电流的调整。
除了上述基本的工作原理外，直流调速器还可以根据具体的应用需求进行一些改进和调整。
例如，在电动机控制方面，可以采用脉宽调制技术，通过改变开关器件的导通比例，使得电机的转速和转矩得以控制。
在故障保护方面，可以使用环境监控电路来监测功率开关器件的温度和电流等参数，以实时检测设备的运行状态，并采取相应的措施以保护设备。
直流调速系统原理及应用
系统组成与工作原理
系统组成
直流调速系统主要由直流电动机、电源装置、控制器和执行器等组成。
工作原理
通过控制器对电源装置进行控制，改变直流电动机的端电压或电枢电流，从而实 现对电动机转速的调节。控制器根据设定的转速与实际转速的偏差，采用相应的 控制算法对电源装置进行调节，使电动机转速趋近于设定值。
02
粒子群优化算法
通过模拟鸟群觅食行为来寻找最优解。这种方法具有并行 计算和简单易实现的优点，但容易陷入局部最优解。
模拟退火算法
模拟固体退火过程来寻找全局最优解。这种方法可以避免 陷入局部最优解，但需要合适的退火计划和较长的计算时 间。
05
系统设计与实现举例
设计要求与性能指标
调速范围
满足设备在不同工作条件下的 调速需求，通常调速范围应达
• 缺点：需要配合适当的滤波电路以减小电流脉动对电机和电源的影响； 高速时电机特性变硬，输出转矩增大，可能导致电机过载。
04
控制策略及优化方法
传统控制策略简介
转速负反馈控制
通过测量电机转速，并将其与设定值进行比较，产生误差信号来 控制电机转速。这种方法简单有效，但动态响应较慢。
电压负反馈控制
将输出电压作为反馈信号，通过调节输出电压来控制电机转速。这 种方法可以提高系统的稳定性，但调速范围有限。
直流电机原理及特性
直流电机基本结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定子
电刷与换向器
包括主磁极、换向极、机座和端盖等 部分，主要作用是产生磁场和作为电 机的机械支撑。
电刷与换向器一起构成直流电机的电 流换向装置，使电枢绕组中的电流方 向交变，以产生恒定的电磁转矩。
转子
又称电枢，主要由电枢铁心、电枢绕 组、换向器、轴和风扇等组成，是直 流电机中产生感应电动势和电磁转矩 进行能量转换的部件。
直流调速原理
TeN 图1-23 不同转速下的静差率
Te
静差率与机械特性硬度的区别（续）
• 例如：在1000r/min时降落10r/min，只占1%； 在100r/min时同样降落10r/min，就占10%； 如果在只有10r/min时，再降落10r/min，就占 100%，这时电动机已经停止转动，转速全部 降落完了。
调压调速特性曲线
I
（2）调阻调速
工作条件： 保持励磁 = N ； 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。
n n0
nN n1 n2 n3
Ra R1 R2 R3
O
IL
调阻调速特性曲线
I
（3）调磁调速
在干线铁道电力机车、工矿电力机车、 城市有轨和无轨电车和地铁电机车等电力 牵引设备上，常采用直流串励或复励电动 机，由恒压直流电网供电，过去用切换电 枢回路电阻来控制电机的起动、制动和调 速，在电阻中耗电很大。
1. 直流斩波器的基本结构
u
控制电路
+
+
Us
ton Ud
VT Us
_
VD
M M
_
O
T
a）原理图 b）电压波形图
t
性能比较（续）
理想起动过程波形 如图，这时，起动 电流呈方形波，转 速按线性增长。这 是在最大电流（转 矩）受限制时调速 系统所能获得的最 快的起动过程。
Id
Idm n
IdL
O
t
图2-1 b) 理想的快速起动过程
3. 解决思路 为了实现在允许条件下的最快起动， 关键是要获得一段使电流保持为最大值 Idm的恒流过程。 按照反馈控制规律，采用某个物理量 的负反馈就可以保持该量基本不变，那 么，采用电流负反馈应该能够得到近似 的恒流过程。
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第一部分直流电机的基本工作原理
一、直流电机的用途
直流电动机的优点：
1 调速范围广，易于平滑调节
2 过载、启动、制动转矩大
3 易于控制，可靠性高
4 调速时的能量损耗较小
缺点：换向困难，维修比较麻烦，制造成本高（与相
同功率的交流异步电机比较。
应用：机床方面的应用：龙门刨床、导轨磨床、龙门铣床等设备的工作驱动电机，导轨磨床、镗床、铣床等设备的主轴电机；
轧钢机、电车、电气铁道牵引、造纸、纺织拖动；
直流发电机：用作电解、电镀、电冶炼、充电、交流发电机励磁等的直流电源。
二、直流电机的工作原理
原理：任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上。
1、直流电机的工作原理
工作原理：导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势e；e=B×l×v；
B：磁密
L：导体长度；
V：导体与磁场的相对速度。
正方向：用右手定则判断。
电势e正方向表示电位升高的方向，与U相反。
如果同一元件上e和U正方向相同时，e= -U。
理解：电磁感应原理的变形（变化的磁通产生感应电动势）
3、直流电动机的工作原理图。
（1）构成：
磁场：图中N和S是一对静止的磁极，用以产生磁场，其磁感应强度沿圆周为正弦分布。
励磁绕组——容量较小的发电机是用永久磁铁做磁极的。
容量较大的发电机的磁场是由直流电流通过绕在磁极铁心上的绕组产生的。
用来形成N极和S极的绕组称为励磁绕组，励磁绕组中的电流称为励磁电流If。
电枢绕组：在N极和S极之间，有一个能绕轴旋转的圆柱形铁心，其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中只画出一匝线圈)，电枢绕组中的电流称为电枢电流Ia。
换向器：电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片——换向片上，组成一个换向器。
换向器上压着固定不动的炭质电刷。
电枢：铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。
电动机向负载输出机械功率的同时，却向电动机输入电功率，电动机起着将电能转换为机械能的作用。
能量转换：
电能->电磁转矩->负载（机械能）
3、电机的结构要求：
1 电磁要求: 产生磁场，感应出电动势，通过电流，产生电磁转矩
2机械要求：传递转矩，保持坚固稳定，冷却的要求，检修，运行可靠。
一、定子
定子的作用是产生磁场和作为电机机械支撑。
它由主磁极、换向磁极、电刷、机座、端盖和轴承等组成
二、转子
转子又称电枢，是电机的旋转部分。
它由电枢铁心、绕组、换向器等组成。
三、铭牌和额定值
为了使电机安全而有效地运行，制造厂对电机的工作条件都加以技术规定。
按照规定的工作条件进行运行的状态叫做额定工作状态。
电机在额定工作时的各种技术数据叫做额定值，一般加下标e表示。
这些额定值都列在电机的铭牌上，使用电机前，应熟悉铭牌。
使用中的实际值，一般不应超过铭牌所规定的额定值。
(一)型号：它表示电机的类别。
例如：Z2--12
Z：直流；2：设计序号；1：铁心长度；2：机座号
(二)额定电流Ie：指电源输入到电动机的允许电流。
(三)额定电压Ue：指输入到电动机上的允许电压。
(四)额定转速ne：这是指电机在额定工作状态时，应达到的转速。
(五)额定功率(额定容量) Pe：指在额定电压、额定电流和额定转速下，电动机轴上输出的机械功率Pe=Ue×Ie×ηe
(六)额定效率ηe：额定功率与输入功率之比，称为电机的额定效率，即ηe=（额
定功率/输入功率）×100 %
直流电机的励磁方式
按励磁方式不同，电机可分为
（一）他励直流电机电枢和励磁绕组由两个独立的直流电源供电。
（二）并励直流电机电枢和励磁绕组并联后由一个独立的直流电源供电。
（三）串励直流电机电枢和励磁绕组串联后由一个独立的直流电源
供电
（四）复励直流电机复励电机有两个绕组，一个并励绕组，一个串励
绕组，并励绕组和电枢并联，和串励绕组串联后由
一个独立的直流电源供电。
直流电机调速特性
一、直流电机的转速公式：
：电机磁通量，与励磁电流有关；
：电枢回路电阻；
：电机的扭矩；
：电枢电压；
问题：直流电机调速的方式有几种？
二、直流电机的机械特性
目前我们使用的直流调速器主要通过上述哪些方式进行调速？
你所知道的哪些设备是采用这种方式进行启动的？为什么要采用这种启动方式？有什么好处？
三、他励直流电机的能耗制动：
直流调速器基本原理功能
一、直流电机调速器的工作原理
4Q系列三相交流电源电枢回路控制框图：
通过对大功率晶闸管的导通角的控制，将交流电整流为所需的直流电，提供给直流电动机使用；上图为三相全桥整流，4Q(4象限运行)动力部分基本原理图；可实现回馈制动功能；
单相交流电源供电原理与上图基本相同，上图中减少一对晶闸管即可；（单相供电主要应用于小功率驱动器）
1Q系列三相交流电源电枢回路控制框图：
上图为三相全桥整流，1Q(1)象限运行)动力部分基本原理图；（与4Q相比较,j减少使用6只晶闸管）；没有回馈制动功能；
励磁回路控制原理图，通过控制两只晶闸管的导通角，可以控制输出的直流电压；
直流调速器从控制核心的角度分为：模拟控制和数字控制；
模拟式直流调速器的特点：电路简单，价格较为便宜，性价比较好，但参数可调整的较少，调整参数不直观，更多的凭经验办事，且无法直观了解调速器的运行状态；
数字式直流调速器的特点：功能强大，价格较同规格的模拟式产品贵，参数调整较为方便、故障诊断功能强大；调速稳定性好，不会因为时间长而发生信号漂移的问题；
直流调速器主要以调节上述两个指标为整个控制目标，（在选型时可根据需要选择是否带励磁控制功能；）
调速的基本原则：
A、
B、在额定转速下，以调节电枢电压的目标；（在该速度段，电机可输出最大的扭矩）
C、
D、当直流电动机需要运行在高于额定转速情况时，设置电枢电压上升到设定的最大值
后，通过减少励磁电流来达到提高转速的目的；（在该速度段，电机的最大输出扭矩随转速的提升而下降）。