直流调速系统原理
直流电动机调速系统
直流电动机调速系统的能耗分析
能效比
直流电动机的能效比通常较高，可以在较高的效率下运行，减少 能源浪费。
功率因数
直流电动机的功率因数较高，可以减少无功损耗，提高电网效率。
热效率
直流电动机的热效率也较高，可以在长时间运行下保持稳定的性 能。
直流电动机调速系统的稳定性分析
抗干扰能力
直流电动机的调速系统通常具有较强的抗干扰能力，可以在复杂 的工作环境下稳定运行。
直流电动机调速系统的调速性能
调速范围
直流电动机的调速范围通常较大，可以在较 宽的转速范围内实现平滑调节，满足不同工 况下的需求。
调速精度
直流电动机的调速精度较高，可以通过精确的控制 算法实现转速的精确控制，提高生产过程的稳定性 和产品质量。
动态响应
直流电动机的动态响应较快，可以在短时间 内达到稳定转速，满足动态负载变化的需求 。
输标02入题
调压调速是通过改变电枢电压来控制电动机的转速， 具有调节方便、平滑性好等优点，但调速过程中能量 损失较大。
01
03
串级调速是通过改变转子回路的电阻来控制电动机的 转速，具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节
范围较小且对电机结构有特殊要求。
04
调磁调速是通过改变励磁电流来控制电动机的转速， 具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节范围较 小。
系统调试
在系统集成完成后，进行全面的 调试，确保各部分工作正常，满 足设计要求。
性能测试
对系统的性能进行测试，包括调 速范围、动态响应、稳态精度等 指标，确保系统性能达标。
优化改进
根据测试结果和实际应用情况， 对系统进行必要的优化和改进， 提高系统的稳定性和可靠性。
04
交直流调速系统
交直流调速系统•引言•交直流调速系统基本原理•交直流调速系统组成与结构目录•交直流调速系统控制策略•交直流调速系统性能分析•交直流调速系统设计与实践•交直流调速系统应用与展望引言01CATALOGUE调速系统概述调速系统的定义调速系统是一种能够改变电动机转速的控制系统，通过调整电动机的输入电压、频率等参数，实现对电动机转速的精确控制。
调速系统的分类根据电动机类型不同，调速系统可分为直流调速系统和交流调速系统两大类。
其中，直流调速系统具有调速范围广、静差率小等优点，而交流调速系统则具有结构简单、维护方便等特点。
交直流调速系统的发展与应用发展历程交直流调速系统经历了从模拟控制到数字控制的发展历程。
早期的调速系统主要采用模拟控制技术，随着计算机技术的发展，数字控制技术逐渐取代了模拟控制技术，使得调速系统的性能得到了显著提升。
应用领域交直流调速系统广泛应用于工业生产的各个领域，如机械制造、冶金、化工、纺织等。
在现代化生产线中，交直流调速系统是实现自动化生产的关键技术之一，对于提高生产效率、降低能耗具有重要意义。
交直流调速系统基本原理02CATALOGUE直流电机通过电枢电流和磁通量的相互作用产生转矩，实现电机的旋转运动。
直流电机原理调速方式控制策略直流调速系统通过改变电枢电压、电枢电阻或磁通量来调节电机的转速。
直流调速系统常采用PID 控制、模糊控制等策略，实现电机转速的精确控制。
030201交流电机通过定子电流产生的旋转磁场与转子电流的相互作用，实现电机的旋转运动。
交流电机原理交流调速系统通过改变定子电压、频率或改变电机结构等方式来调节电机的转速。
调速方式交流调速系统常采用矢量控制、直接转矩控制等策略，实现电机转速的精确控制。
控制策略交直流混合调速系统原理混合调速原理交直流混合调速系统结合了直流和交流调速系统的优点，通过交直流变换器实现能量的双向流动和转速的精确控制。
能量转换交直流混合调速系统通过交直流变换器将直流电能转换为交流电能，或将交流电能转换为直流电能，以满足不同负载的需求。
直流电机开环调速系统工作原理
直流电机开环调速系统工作原理1. 什么是直流电机？直流电机，顾名思义，就是那种靠直流电供电的电机。
就像我们日常生活中常见的玩具车、电风扇一样，这些电机在我们生活中可谓是随处可见。
它们能把电能转化为机械能，帮我们完成各种各样的工作。
而开环调速系统，听上去很高大上，但其实就是一种简单的控制方式。
它不像闭环控制那样复杂，所以咱们今天就来聊聊这个“简单明了”的开环调速系统到底是怎么工作的。
2. 开环调速系统的基本原理2.1 电机与电源的关系直流电机的运行离不开电源。
就像人需要吃饭才能有力气一样，电机也需要电源才能转动。
开环调速系统主要是通过调节电机供电电压来实现转速的变化。
简单来说，就是你把电压调高，电机转得快；调低，转得慢。
这个过程就像是给一辆车加油，油加得多，车跑得快，油加得少，车就慢吞吞的。
2.2 转速的变化转速变化的原理其实很简单。
当你给电机输入不同的电压时，电流也会随之改变。
电流越大，产生的磁场越强，电机转动得也就越快。
就像小朋友们在游乐场上玩秋千，推得越用力，秋千摆得越高，乐趣也就越多。
而电机转速的变化也能影响到它的输出功率，就像我们跑步的速度不同，消耗的体力也不一样。
3. 开环调速系统的优势与局限3.1 优势开环调速系统的最大好处就是简单易用，成本低。
对于一些不需要精确控制转速的场合，比如说风扇、玩具车，开环系统就像一位好管家，负责把电源和电机的关系打理得妥妥当当，省去不少麻烦。
而且，系统的设计也比较简单，不需要太多复杂的传感器和控制器，这样可以大大降低维护成本，简直就是一劳永逸。
3.2 局限不过，开环调速系统也有它的不足之处。
最大的局限在于它缺乏反馈机制。
想象一下，如果你的车子没有速度表，你怎么知道自己开得快还是慢？开环系统在负载变化时，无法实时调整电机的转速，可能导致转速不稳定，尤其是在负载变化较大的情况下，电机可能会出现过载或运行不平稳的情况。
这就像一场马拉松，选手们虽然都拼劲十足，但如果没有教练的实时指导，很可能会出现偏离轨道的情况。
直流电机调速系统的设计
直流电机调速系统的设计直流电机调速系统是控制直流电机转速的一个重要工程应用领域。
在很多工业领域中，直流电机的转速控制是非常重要的，因为直流电机的转速对于机械设备的运行效率和稳定性有着重要影响。
本文将详细介绍直流电机调速系统的设计原理和步骤。
一、直流电机调速系统的基本原理直流电机调速系统的基本原理是通过改变电机的电压和电流来控制电机的转速。
一般来说，直流电机的转速与电机的电压和负载有关，转速随电压增加而增加，转速随负载增加而减小。
因此，当我们需要调节直流电机的转速时，可以通过改变电机的电压和负载来实现。
二、直流电机调速系统的设计步骤1.确定设计要求：在设计直流电机调速系统之前，首先需要确定系统的设计要求，包括所需的转速范围、响应速度、控制精度和负载要求等。
这些设计要求将指导系统的设计和选择适当的控制器。
2.选择控制器：根据设计要求，选择适当的控制器。
常见的直流电机调速控制器有PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
根据实际情况，选择最合适的控制器来实现转速调节。
3.选择传感器：为了实时监测电机的转速和位置，需要选择合适的传感器来进行测量。
常见的传感器有光电编码器、霍尔效应传感器和转速传感器等。
根据实际需求，选择合适的传感器进行安装和测量。
4.搭建电路：根据控制器的要求，搭建合适的电路来实现控制和测量功能。
通常需要安装电压和电流传感器来实时监测电机的电压和电流，并将测量结果反馈给控制器。
5.调试和测试：在电路搭建完成后，需要进行调试和测试来验证系统的性能。
首先调整控制器的参数，使得系统能够按照设计要求进行转速调节。
然后进行负载试验，测试系统在不同负载下的转速调节性能。
对系统进行调试和测试，可以发现问题并及时解决，确保系统能够正常工作。
6.性能优化：根据测试结果，对系统进行性能优化。
根据实际需求，调整控制器的参数和传感器的位置，改善系统的转速调节性能和响应速度。
优化后的系统将更好地满足设计要求。
三、直流电机调速系统的工程应用总结：本文详细介绍了直流电机调速系统的设计原理和步骤。
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。
双闭环直流调速系统工作原理
双闭环直流调速系统工作原理1.系统结构：双闭环直流调速系统主要由两个闭环控制组成，即速度内环和电流外环。
速度内环控制器接收速度设定值和速度反馈信号，通过计算得到电流设定值，并发送给电流外环控制器。
电流外环控制器接收电流设定值和电流反馈信号，通过计算得到电压设定值，并输出给电源控制器。
电源控制器接收电压设定值和电源反馈信号，通过调节电源输出电压，以确保电机输出的电压和电流符合控制要求。
2.速度内环控制：速度内环控制器是实现速度调节的关键部分。
它通过比较速度设定值和速度反馈信号，得到速度差，然后根据速度差来调节电流设定值。
控制器根据速度差的大小来调整电流设定值的大小，如果速度差较大，则增大电流设定值；如果速度差较小，则减小电流设定值。
通过不断调整电流设定值，使得速度差逐渐减小，最终达到设定的速度。
3.电流外环控制：电流外环控制器是为了保证电流的稳定性而设置的闭环控制。
它接收电流设定值和电流反馈信号，通过比较二者的差异，计算得到电压设定值。
控制器根据电流设定值和电流反馈信号的差异来调整电压设定值的大小，如果电流差较大，则增大电压设定值；如果电流差较小，则减小电压设定值。
通过不断调整电压设定值，使得电流差逐渐减小，最终达到设定的电流。
4.电源控制：电源控制器是为了保证电机输出的电压和电流符合控制要求而设置的。
它接收电压设定值和电源反馈信号，通过调节电源输出电压来实现电机的调速。
当电压设定值与电源反馈信号存在差异时，控制器会相应地改变电源输出电压，使得电机的电压和电源设定值尽可能接近。
通过不断调整电压输出，最终使得电机的电压和电流稳定在设定值。
5.系统优点：双闭环直流调速系统能够实现对电机的精确调节，具有较高的速度和电流控制精度。
通过速度内环和电流外环的联合控制，可以准确地调节电机的转速，并且能够自动调整输出电流，适应不同负载。
此外，该系统还具有较好的稳定性和抗干扰能力，在外界干扰较大时仍能保持较高的控制精度。
直流调速系统概述
直流调速系统的未来展望
应用领域：广泛应用于工业、交通、能源等领域 技术发展趋势：智能化、集成化、高效化 市场需求：随着环保和节能要求的提高市场需求将持续增长 技术挑战：需要解决直流调速系统的稳定性、可靠性和效率等问题
06
直流调速系统的优缺点 比较
与交流调速系统的比较
交流调速系统：控制复杂调 速范围窄但成本低维护简单
直流调速系统的原理
直流调速系统的基 本概念：通过改变 直流电动机的转速 来控制机械设备的 运行速度
直流调速系统的组 成：包括直流电源、 直流电动机、调速 器等
直流调速系统的工 作原理：通过改变 直流电动机的电枢 电压或励磁电流来 改变电动机的转速
直流调速系统的应 用：广泛应用于各 种需要精确控制速 度的机械设备中如 电梯、机床、起重 机等
直流调速系统概述
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汇报人：
目录 /目录
01
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04
直流调速系统 的性能指标
02
直流调速系统 的基本概念
05
直流调速系统 的应用场景和 发展趋势
03
直流调速系统 的控制方式
06
直流调速系统 的优缺点比较
01 添加章节标题
02
直流调速系统的基本概 念
直流调速系统的定义
直流调速系统是一种通过改变直流 电动机的转速来控制机械设备运行 的系统。
直流调速系统：控制简单调 速范围广但成本高维护复杂
直流调速系统：适用于大功 率、低速、高精度的场合
交流调速系统：适用于小功 率、高速、低精度的场合
与PWM控制方式的比较
直流调速系统：通过改变直流电机的电枢电压来调节转速具有结构简单、控制方便、调速范 围广等优点。
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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G(s)U N a((ss))TmTes1 2 CT ems1
精品课件
晶闸管整流电路(Thyristor Rectifier)
√优点：晶闸管整流装置不但经济、可靠而且其功 率放大倍数在104以上，门极可直接采用电子电路 控制，响应速度为毫秒级。 缺点：由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反 向，给系统的可逆运行造成困难。另一问题是当 晶闸管导通角很小时，系统的功率因素很低，并 产生较大的谐波电流，从而引起电网电压波动殃 及同电网中的用电设备，造成“电力公害”。
这就是所谓的电 源—电动机调速 系统（V—M） 系统，它属于开 环系统。
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例：某电源—电动机直流调速系统，已知电机的额定 转速为n=1000r/min，额定电流IN=305A，主回路电阻 R=0.18Ω，CeΦN=0.2，若要求电动机调速范围D=20， sn<5%，则该调速系统是否能满足要求？
目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速 系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良 好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调 速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来，随着 电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用 范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作 为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作 原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。
直流调速技术
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直流调速系统
直流调速系统：引言 转速负反馈晶闸管直流调速系统 小功率有静差直流调速系统实例分析 速度和电流双闭环直流调速系统 双极晶体管脉宽调制控制系统的直流调速系统
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直流调速系统：引言
调速系统的性能指标
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一、什么是调速
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需 要根据工艺要求调节其转速。比如：在加工毛坯工件 时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工 时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为 了要缩短工加时间，提高产品的成本效益，因此加工 时要求电机高速运行。所以，我们就将调节电动机转 速，以适应生产要求的过程就称之为调速；而用于完 成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。
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二、调速控制系统的性能指标
在前几章中我们学过，各种自动化生产机械或系统 所提出的性能指标一般都可以分成稳态指标和动态 指标。对于调速系统来说也不例外，只是它作为一 个特定的系统，其稳态和动态指标有着具体而明确 定义。 稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速
内进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳 定运行，而在某一转速下稳定运行时，尽量少受 负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标 就是调速系统的调速范围和静差率。 动态性能指标：主要是平稳性和抗干扰能力。
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直流电动机(Direct Current Motor)
由基尔霍夫定律，可得他励直流电动机电枢回路的电
压方程：
ua
iaRa
La
ddi e dt
精品课件
代入他励直流电动机的机电参数：
T e C T ia T e T L J d dt e C e n
可得： TmTedd2ntTmddntnC1 eua 两边取Laplace变换：
精品课件
而静差率为：
s n 2752.5 1 % n0 n 10 0 20 75
由此例不难发现，象这样的电源——电动机所组成的 开环调速系统，是没有能力完成其调速指标的。要把 额定负载下的转速降从开环系统中的274.5降低到满 足要求的2.63就必须采用负反馈，这也就构成了我们 所谓的闭环直流调速系统——转速负反馈直流调速。
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调速范围 生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速
nmax 与最低转速nmin之比称D为 调nma速x 范围，用D表示转速下稳定运行时，负载由理想空载
增
加到规定负载时，所对应的转速降落Δn与理想转速n0
之比，用s表示s。 即n：10% 0n0n10% 0
精品课件
1 转速负反馈晶闸管直流调速系统
给定
比较放大
晶闸管触 发整流
反馈电位器
他励直流电动机 测速发电机
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1.1 系统的组成
由图可见，该系统的控制对象是直流电动机M，被 控量是电动机的转速n，晶闸管触发及整流电路为功 率放大和执行环节，由运算放大器构成的比例调节 器为电压放大和电压(综合)比较环节，电位器RP1为 给定元件，测速发电机TG与电位器RP2为转速检测 元件。该调速系统的组成框图如下:
解：如果要满足D=20，Sn<5%的要求，则其在额定条件 下的转速降为：
n n es 10 0 0 .0 05 2 .6% 3 D (1s) 2(1 0 0 .0)5
而由已知条件并设系统电流连续，则其额定转速下 的转速降为：
nINR30 0 5 .18 27 .5r 4 /min
C e N
0.2
n0
n0
两者之间的关系是：D
ns n(1s)
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他励直流电机的调速方案
他励直流电动机的转速公式：
n E UIR CE CE
式中：U为他励电动的电枢电压 I为电枢电流 E为电枢电动势 R为电枢回路的总电阻 n为电机的转速 Φ为励磁磁通 CE为由电机结构决定的电动势系数
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E UIR n
CE CE 由直流他励电机有调速方式有三种调速方式：电枢
回路串电阻的变电阻调速，改变电枢电压的变电压 调速以及减小气隙磁通量的弱磁调速。 由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他励电机的 机械特性变软，所以在实际应用中我们通常采用的 是变电压调速。
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用晶闸管触发整流 整流电路实现电枢 电压可调，从而达 到改变电机转速的 目的。
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线性放大区
晶闸管整流电路的调节特性 为输出的平均电压 U c与触发
电路的控制电压 U d之间的关
系，即 Ud f(Uc)。图7-4为 晶闸管整流装置的调节特性。 由图可见，它既有死区，又 会饱和。
如果在一定范围内将非线性 特性线性化，可以把它们之 间的关系视为由死区和线性 放大区两个部分级成。其中 线性放大区有：