直流电机调速方案及优缺点教学文案
直流电机调速电路
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
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。
直流电机调速方案设计
示，最终再由单片机输出 PWM 脉冲信号，通过测速电路把转速反馈给
器。引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放
CPU 并且通过 CPU 把转速显示在 LED 显示器上，从而到达想要设定的转
大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外
魏
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占空比的调整。
LED 采纳动态显示方式，通过四位数码管显示电机的实际转速，
2.1 直流电机调速的设计方案
方便系统的监控，系统用四位共阳数码管、采纳 9012 三极管开关电路
驱动电路用光耦隔离爱护电路，掌握部分由单片机和外围电路组
驱动、掌握数码管的显示。
成，实现各种掌握要求，外围电路主要完成对输入信号的采集、操作、
来转变平均电压的大小，从而掌握电动机的转速。因此，PWM 又
能单一，调试困难。本方案采纳单片机掌握系统，使得很多掌握功能及
被称为“开关驱动装置”.PWM 的`占空比确定输出到直流电机的平均
算法可以采纳软件技术来完成，为直流电动机的掌握提供了更大的敏捷
电压。所以通过调整占空比，可以实现调整输出电压无级连续调整。
0 引言
在 PWM 驱动掌握的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，
直流电机是工业生产中常用的驱动设备，具有良好的起动、制动性
并依据需要转变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过转
能。早期直流电动机的掌握均以模拟电路为基础，采纳运算放大器、非
变直流电机电枢上电压的“占空比”
线性集成电路以及少量的数字电路组成。掌握系统的硬件部分冗杂、功
转速，并且能实时监控直流电动机的速度。由于采纳的是 PWM 掌握技
《直流电机调速》课件
直流电机调速的分类
直流电机调速可以分为线性调速和PWM调速两种方式。线性调速是通过改变电 机的输入电压或电流来实现调速的，而PWM调速则是通过改变电机输入电压的 占空比来实现调速的。
PWM调速具有更高的调速精度和更小的电机发热量，因此在许多应用中得到了 广泛的应用。
02
直流电机调速的方法
改变电枢电压调速
总结词
通过改变电枢两端的电压，可以调节直流电机的转速。
详细描述
当电枢两端电压增加时，电机转速相应增加；反之，当电压减小时，电机转速 相应降低。这种方法调速范围广，但需要可调直流电源，控制电路相对复杂。
改变励磁电流调速
总结词
通过改变励磁绕组的电流，可以调节 直流电机的磁场强度，进而调节电机 转速。
详细描述
02
直流电机调速是一种常见的电机 调速方式，具有调速范围广、调 速线性度好、动态响应快等优点 。
直流电机调速的原理
直流电机调速的原理基于直流电机的电磁转矩与电枢电流成 正比的特性。通过改变电枢电流的大小，可以改变电机的输 出转矩，从而调节电机的转速。
另外，直流电机还具有电枢反电动势，它与电枢电流的大小 成正比。改变电机的输入电压或电流，可以改变电机的输入 功率，进一步调节电机的转速。
控制复杂度较高
直流电机调速系统的控制算法相对复 杂，需要专业的技术人员进行维护和 调试。
05
直流电机调速的发展趋势
高性能直流电机调速系统的研究
总结词
随着工业自动化水平的提高，对直流电机调 速系统的性能要求也越来越高，高性能直流 电机调速系统的研究成为重要的发展趋势。
详细描述
为了满足高精度、高动态响应的调速需求， 研究者们不断探索新的控制算法和优化策略 ，以提高直流电机调速系统的调节精度、稳 定性和动态响应能力。
直流电机调速的三种方法及公式
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
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。
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直流电机调速方案及优缺点
1、电枢回路串联电阻调速
可在电源电压不变的情况下，改变电枢回路中的电阻，达到调速的目的。
调速的机械特性如下图所示。
当电枢回路中串联的电阻越大，直线的倾斜率越小。
电枢回路串联电阻调速优缺点
1、 由于电阻智能分段调节，因此调速的平滑性比较差。
2、 低速时，调速电阻上有较大电流，损耗大，电机效率低。
3、 轻载时调速范围比较小。
4、 串入电阻阻值越大，机械特性越软，稳定越差。
2、降低电源电压调速
根据直流电动机机械特性方程式可以知道，改变电额定电压，因此电枢电压只能在额定电压一下进行调节。
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降低电源电压调速的优点
1、电压便于平滑性调节，调速平滑性好，可实现无级调速。
2、调速前后机械斜率不变，机械特性硬度高，稳定性好，调速范围广。
3、调速是损耗小，调速经济性好。
4、改变励磁磁通道调速
根据机械特性方程可以知道，当u为恒定时，调节励磁磁通，也可以实现电动机转速的目的。
额定运行的电动机，其磁通已基本饱和，因此改变磁通只能从额定值往下掉。
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改变励磁磁通道调速的优点
1、调节平滑，可实现无级调速。
2、励磁电流小，能量损耗小，调节前后电动机的效率不变，经济性好。
3、机械特性较硬，转速稳定。
4、本次我们用的是pwm即脉冲宽度调节。
它主要是通过改变输出方波的占空比，使得负载上的平均接通时间从0-100％变化，以达到调整负载速度的目的。
脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。
图2-3a所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。
该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。
语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。
因此，从图2-3中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。
图2-3脉冲宽度调制过程
通过图2-3b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻t k时的语音信号幅度值。
因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。
在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs<<Ts的情况，
均匀采样和非均匀采样差异非常小。
如果假定采样为均匀采样，第k个矩形脉冲可以表示为：（1）
其中，x{t}是离散化的语音信号；Ts是采样周期；是未调制宽度；m是调制指数。
然而，如果对矩形脉冲作如下近似：脉冲幅度为A，中心在t = k Ts处，在相邻脉冲间变化缓
慢，则脉冲宽度调制波x p(t)可以表示为：
（2）
其中，。
无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语音信号
x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。
当时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。