第八章 直流调速系统
在直流调速系统中，有旋转变流机组供电的直流调速 系统(F-D)系统、磁放大器调速系统和可控硅整流装置供电 的直流凋速系统(KZ-D)系统。随着电子技术和晶闸管技术 的发展，晶闸管直流调速系统在经济和技术性能方面都比 前两个系统更具优越性，因此得到越来越广泛的应用，并 已逐渐取代了机组和磁放大器调速系统。
直流调速系统
绝大多数调速系统为闭环调速系统。按反馈量，可分 为转速负反馈、电压负反馈、电流正反馈和电流负反馈等； 按反馈回路数量，可分为单闭环系统和多闭环系统。
本章首先介绍有关自动控制系统的一些基本概念，接 着着重讲述单闭环有静差调速系统、无静差调速系统及双 闭环调速系统的系统组成原理、系统静特性的分析，同时 也作一些动态的分析。
8.1 自动控制系统的基本概念
8.1.4 开环控制、闭环控制与复合控制 1.开环控制 开环控制系统其控制装置与被控对象之间， 只有顺向作用而没有反向联系，系统既不需要对输出量进 行测量，也不需要将它反馈到输入端与给定输入量进行比 较，故系统的输入量就是系统的给定值。开环控制系统可 用如图8-1所示方块图表示。
8.1 自动控分类
（1）开环控制系统 这类系统的特点是系统的输出量对 系统的控制作用没有直接影响。在开环控制系统中，由于 不存在输出对输入的反馈，因此对系统的输出量没有任何 闭合回路。
（2）闭环控制系统 这类系统的特点是输出量对系统的 控制作用有直接影响。在闭环控制系统中，由于系统的输 出量，经测量后反馈到输人端，故对系统的输出量形成了 闭合回路。
8.1 自动控制系统的基本概念
在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术得到了 广泛的应用。所谓自动控制，是指在无人直接参与的情况 下，利用控制装置操纵被控对象，使被控量等于给定值或 按给定信号变化规律去变化的过程。自动控制系统是指能 够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，其功能及 组成是多种多样的，结构上也是有简有繁的。它可以是一 个具体的工程系统，也可以是一个抽象的社会系统、生态 系统和经济系统等。这里主要介绍工业机电自动控制系统 的一些基本概念。
8.1 自动控制系统的基本概念
3. 按系统输出量与输入量间的关系分类 （1）线性控制系统 这类系统的输出量和输入量之间为
线性关系。系统和各环节均可用线性微分方程来描述。线 性系统的特点是可以运用叠加原理。
（2）非线性控制系统 这类系统中具有非线性性质的环 节，因此系统只能用非线性微分方程来描述。
此外，还可按其它分类方式，将自动控制系统分成连 续系统和离散系统、确定系统和不确定系统、单输入单输 出系统和多输人多输出系统、有静差系统和无静差系统等。
8.1 自动控制系统的基本概念
8.1.1 自动控制理论简介 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理
论按其发展过程，可分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。它 的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，到五十年代末期， 自动控制理论已经形成比较完整的体系，通常把这个时期以前所应用 的自动控制理论，称为经典控制理论。经典控制理论，以传递函数为 基础，主要研究单输入、单输出的反馈控制系统，采用的主要研究方 法有时域分析法、根轨迹和频率法。进入六十年代以来，随着自动控 制技术的发展，出现了新的控制理论----现代控制理论。现代控制理 论，以状态空间法为基础，主要研究多变量、变参数，非线性、高精 度及高效能等各种复杂控制系统。现代控制理论已成功地应用在航天、 航空、航海及工业生产等许多方面。目前，现代控制理论正在大系统 工程、人工智能控制等方面向纵深发展。经典控制理论和现代控制理 论，两者相辅相成，各有其应用场合。
8.1 自动控制系统的基本概念
8.1.2 自动控制技术中常用的一些术语 1. 被控对象 被控对象是一个设备，由一些机械或电器零 件组成，其功能是完成某些特定的动作，这些动作通常是 系统最终输出的目标。 2. 系统 系统是由一些部件所组成的，用以完成一定的任 务。 3. 环节 环节是系统的一个组成部分，它由控制系统中的 一个或多个部件组成，其任务是完成系统工作过程中的局 部过程。
（2）随动系统 这类系统的输入量是随意变化着的，要 求系统的输出量，能以一定的精确度跟随输入量的变化作 相应的变化，因此也称之为自动跟踪系统。如机床的仿形 控制、雷达的自动跟踪等自动控制系统均属随动系统。
（3）程序控制系统 这类系统的特点是系统的控制作用 按预先制定的规律 (程序)变化。如按预先制定的程序控制 加热炉炉温的温度控制系统。
8.1 自动控制系统的基本概念
4. 扰动 扰动是一种对系统的输出量产生反作用的信号或 因素。若扰动产生于系统内部，则称为内部扰动;若其来自 于系统外部，则称为外部扰动。 5. 反馈控制 在有扰动的情况下，反馈控制有减小系统输 出量与给定输人量之间偏差的作用，而这种控制作用正是 基于这一偏差来实现的。反馈控制仅仅是针对无法预料的 扰动而设计的，可以预料的或者已知的扰动，可以用补偿 的方法解决。
（3）复合控制系统 复合控制是开环控制与闭环控制相 结合的一种控制方式。复合控制系统是兼有开环结构和闭 环结构的控制系统。
8.1 自动控制系统的基本概念
2. 按输人量的特点分类 （1）恒值控制系统 这类系统的输入量是恒值，要求系
统的输出量也保持相应恒值。如电动机自动调速、恒温、 恒压、恒流等自动控制系统均属此类系统。
直流调速系统
第八章
直流调速系统
8.1 自动控制系统的基本概念 8.2 单闭环直流有静差调速系统 8.3 无静差直流调速系统 8.4 转速、电流双闭环调速系统
直流调速系统
按拖动电动机的类型来分，自动调速系统有直流调速 系统和交流调速系统两大类。直流电动机具有良好的起、 制动性能，可在广范围内平滑调整，所以，直流调速系统 至今仍是自动调速系统的主要形式，它广泛地应用于金属 切削机床、大型起重机、矿井卷扬机等诸多领域。
图8-1开环控制系统典型方块图
直流调速系统
绝大多数调速系统为闭环调速系统。按反馈量，可分 为转速负反馈、电压负反馈、电流正反馈和电流负反馈等； 按反馈回路数量，可分为单闭环系统和多闭环系统。
本章首先介绍有关自动控制系统的一些基本概念，接 着着重讲述单闭环有静差调速系统、无静差调速系统及双 闭环调速系统的系统组成原理、系统静特性的分析，同时 也作一些动态的分析。
8.1 自动控制系统的基本概念
8.1.4 开环控制、闭环控制与复合控制 1.开环控制 开环控制系统其控制装置与被控对象之间， 只有顺向作用而没有反向联系，系统既不需要对输出量进 行测量，也不需要将它反馈到输入端与给定输入量进行比 较，故系统的输入量就是系统的给定值。开环控制系统可 用如图8-1所示方块图表示。
8.1 自动控分类
（1）开环控制系统 这类系统的特点是系统的输出量对 系统的控制作用没有直接影响。在开环控制系统中，由于 不存在输出对输入的反馈，因此对系统的输出量没有任何 闭合回路。
（2）闭环控制系统 这类系统的特点是输出量对系统的 控制作用有直接影响。在闭环控制系统中，由于系统的输 出量，经测量后反馈到输人端，故对系统的输出量形成了 闭合回路。
8.1 自动控制系统的基本概念
在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术得到了 广泛的应用。所谓自动控制，是指在无人直接参与的情况 下，利用控制装置操纵被控对象，使被控量等于给定值或 按给定信号变化规律去变化的过程。自动控制系统是指能 够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，其功能及 组成是多种多样的，结构上也是有简有繁的。它可以是一 个具体的工程系统，也可以是一个抽象的社会系统、生态 系统和经济系统等。这里主要介绍工业机电自动控制系统 的一些基本概念。
8.1 自动控制系统的基本概念
3. 按系统输出量与输入量间的关系分类 （1）线性控制系统 这类系统的输出量和输入量之间为
线性关系。系统和各环节均可用线性微分方程来描述。线 性系统的特点是可以运用叠加原理。
（2）非线性控制系统 这类系统中具有非线性性质的环 节，因此系统只能用非线性微分方程来描述。
此外，还可按其它分类方式，将自动控制系统分成连 续系统和离散系统、确定系统和不确定系统、单输入单输 出系统和多输人多输出系统、有静差系统和无静差系统等。
8.1 自动控制系统的基本概念
8.1.1 自动控制理论简介 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理
论按其发展过程，可分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。它 的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，到五十年代末期， 自动控制理论已经形成比较完整的体系，通常把这个时期以前所应用 的自动控制理论，称为经典控制理论。经典控制理论，以传递函数为 基础，主要研究单输入、单输出的反馈控制系统，采用的主要研究方 法有时域分析法、根轨迹和频率法。进入六十年代以来，随着自动控 制技术的发展，出现了新的控制理论----现代控制理论。现代控制理 论，以状态空间法为基础，主要研究多变量、变参数，非线性、高精 度及高效能等各种复杂控制系统。现代控制理论已成功地应用在航天、 航空、航海及工业生产等许多方面。目前，现代控制理论正在大系统 工程、人工智能控制等方面向纵深发展。经典控制理论和现代控制理 论，两者相辅相成，各有其应用场合。
8.1 自动控制系统的基本概念
8.1.2 自动控制技术中常用的一些术语 1. 被控对象 被控对象是一个设备，由一些机械或电器零 件组成，其功能是完成某些特定的动作，这些动作通常是 系统最终输出的目标。 2. 系统 系统是由一些部件所组成的，用以完成一定的任 务。 3. 环节 环节是系统的一个组成部分，它由控制系统中的 一个或多个部件组成，其任务是完成系统工作过程中的局 部过程。
（2）随动系统 这类系统的输入量是随意变化着的，要 求系统的输出量，能以一定的精确度跟随输入量的变化作 相应的变化，因此也称之为自动跟踪系统。如机床的仿形 控制、雷达的自动跟踪等自动控制系统均属随动系统。
（3）程序控制系统 这类系统的特点是系统的控制作用 按预先制定的规律 (程序)变化。如按预先制定的程序控制 加热炉炉温的温度控制系统。
8.1 自动控制系统的基本概念
4. 扰动 扰动是一种对系统的输出量产生反作用的信号或 因素。若扰动产生于系统内部，则称为内部扰动;若其来自 于系统外部，则称为外部扰动。 5. 反馈控制 在有扰动的情况下，反馈控制有减小系统输 出量与给定输人量之间偏差的作用，而这种控制作用正是 基于这一偏差来实现的。反馈控制仅仅是针对无法预料的 扰动而设计的，可以预料的或者已知的扰动，可以用补偿 的方法解决。
（3）复合控制系统 复合控制是开环控制与闭环控制相 结合的一种控制方式。复合控制系统是兼有开环结构和闭 环结构的控制系统。
8.1 自动控制系统的基本概念
2. 按输人量的特点分类 （1）恒值控制系统 这类系统的输入量是恒值，要求系
统的输出量也保持相应恒值。如电动机自动调速、恒温、 恒压、恒流等自动控制系统均属此类系统。
直流调速系统
第八章
直流调速系统
8.1 自动控制系统的基本概念 8.2 单闭环直流有静差调速系统 8.3 无静差直流调速系统 8.4 转速、电流双闭环调速系统
直流调速系统
按拖动电动机的类型来分，自动调速系统有直流调速 系统和交流调速系统两大类。直流电动机具有良好的起、 制动性能，可在广范围内平滑调整，所以，直流调速系统 至今仍是自动调速系统的主要形式，它广泛地应用于金属 切削机床、大型起重机、矿井卷扬机等诸多领域。
图8-1开环控制系统典型方块图
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详解：直流调速系统
第八章直流调速系统8.3 晶闸管-电动机直流调速控制系统8.3.1 开环直流调速系统存在的问题在图8.2所示的V-M系统中和图8.3所示的PWM系统中，只通过改变触发或驱动电路的控制电压来改变功率变换电路的输出平均电压，达到调节电动机转速的目的，它们都属于开环控制的调速系统，称为开环调速系统。
在开环调速系统中，控制电压与输出转速之间只有顺向作用而无反向联系，即控制是单方向进行的，输出转速并不影响控制电压，控制电压直接由给定电压产生。
如果生产机械对静差率要求不高，开环调速系统也能实现一定范围内的无级调速，而且开环调速系统结构简单。
但是，在实际中许多需要无级调速的生产机械常常对静差率提出较严格的要求，不能允许很大的静差率。
例如，由于龙门刨床加工各种材质的工件，刀具切入工件和退出工件时为避免刀具和工件碰坏，有调节速度的要求；又由于毛坯表面不平，加工时负载常有波动，为了保证加工精度和表面光洁度，不允许有较大的速率变化。
因此，龙门刨床工作台电气传动系统一般要求调速范围D=20～40，静差率S≤5%，动态速降，快速起、制动。
多机架热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内同时轧制，为了保证被轧金属的每秒流量相等，不致造成钢材拉断或拱起，各机架出口线速度需保持严格的比例关系。
根据以上轧钢工艺要求，一般须使电力拖动系统的调速范围D=10时，静差率S≤0.2%～0.5%，动态速降，恢复时间。
在上述情况下，开环调速系统是不能满足要求的。
8.3.2 速度负反馈单闭环调速系统的组成及静特性通过上一节的分析和例题可知，开环调速系统不能满足较高的性能指标要求。
根据自动控制原理，为了克服开环系统的缺点，提高系统的控制质量，必须采用带有负反馈的闭环系统。
闭环系统的方框图如图8.25所示。
在闭环系统中，把系统的输出量通过检测装置（传感器）引向系统的输入端，与系统的输入量进行比较，从而得到反馈量与输入量之间的偏差信号。
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
《直流调速控制系统》课件
分，通过接收控制器的控制信号实现转速的调节。
02
直流调速控制系统的主要技术指标
调速范围与静差率
调速范围
指控制系统能够调节的最高和最低转速之比。例如，如果最高转速为1000转/分，最低转速为10转/分，则调速 范围为100:1。
静差率
指在给定的转速变化下，系统的输出转速变化与输入转速变化的比值。例如，如果输入转速变化1%，输出转速 变化2%，则静差率为2%。
03
控制器选择
选择合适的控制器，如单片机、 DSP等，用于实现控制算法和控 制逻辑。
04
软件设计
控制算法选择
选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制 等。
控制逻辑设计
设计合适的人机界面，方便用户对系统进行 操作和控制。
人机界面设计
根据控制算法和控制需求，设计控制逻辑， 实现系统的自动控制。
数据处理程序设计
调速平滑性
调速平滑性
指系统在调节过程中，输出转速变化的连续性和平滑程度。平滑性好的系统， 输出转速变化连续、无突变，对被控对象的振动和冲击小。
调节时间
指系统从某一转速调节到另一转速所需的时间。调节时间越短，系统的响应速 度越快。
动态响应时间与超调量
动态响应时间
指系统在阶跃输入下，达到稳态值的 90%所需的时间。动态响应时间越短 ，系统的快速性越好。
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，用于建立直流调速控制系统的仿真模 型。
仿真模型建立
根据直流调速控制系统的原理，建立仿真模型的各个模块，包括电机模型、控制器模型 、测速模型等。
仿真结果分析
对仿真结果进行分析，验证仿真模型的正确性和有效性。同时，通过对比实验结果和仿 真结果，进一步理解直流调速控制系统的性能特点和控制效果。
02
直流调速控制系统的主要技术指标
调速范围与静差率
调速范围
指控制系统能够调节的最高和最低转速之比。例如，如果最高转速为1000转/分，最低转速为10转/分，则调速 范围为100:1。
静差率
指在给定的转速变化下，系统的输出转速变化与输入转速变化的比值。例如，如果输入转速变化1%，输出转速 变化2%，则静差率为2%。
03
控制器选择
选择合适的控制器，如单片机、 DSP等，用于实现控制算法和控 制逻辑。
04
软件设计
控制算法选择
选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制 等。
控制逻辑设计
设计合适的人机界面，方便用户对系统进行 操作和控制。
人机界面设计
根据控制算法和控制需求，设计控制逻辑， 实现系统的自动控制。
数据处理程序设计
调速平滑性
调速平滑性
指系统在调节过程中，输出转速变化的连续性和平滑程度。平滑性好的系统， 输出转速变化连续、无突变，对被控对象的振动和冲击小。
调节时间
指系统从某一转速调节到另一转速所需的时间。调节时间越短，系统的响应速 度越快。
动态响应时间与超调量
动态响应时间
指系统在阶跃输入下，达到稳态值的 90%所需的时间。动态响应时间越短 ，系统的快速性越好。
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，用于建立直流调速控制系统的仿真模 型。
仿真模型建立
根据直流调速控制系统的原理，建立仿真模型的各个模块，包括电机模型、控制器模型 、测速模型等。
仿真结果分析
对仿真结果进行分析，验证仿真模型的正确性和有效性。同时，通过对比实验结果和仿 真结果，进一步理解直流调速控制系统的性能特点和控制效果。
交直流调速系统之直流调速简介介绍课件
机的转速和电流， 机的转速和电流，
实现转速和电流 实现转速和电流
的闭环控制
的闭环控制
直流调速系统的工作过程
01
输入信号：接收来 自控制器的指令信
号
02
信号处理：将指令 信号转换为控制信
号
03
驱动控制：控制直 流电机的转速和转
矩
04
反馈控制：根据直 流电机的运行状态， 调整控制信号，实
现闭环控制
05
直流调速系统的挑战与机遇
挑战：提高调速系统的效 率和稳定性，降低能耗和 成本
挑战：提高直流调速系统 的智能化水平，实现对复 杂工况的适应性
机遇：随着新能源技术的 发展，直流调速系统在电 动汽车、轨道交通等领域 的应用前景广阔
机遇：随着物联网技术的 发展，直流调速系统可以 实现远程监控和诊断，提 高系统的可靠性和维护性
直流伺服调 速系统：通 过控制直流 伺服电机的 位置和速度 来控制速度
04
直流变频调 速系统：通 过改变直流 变频器的输 出频率来控 制速度
直流调速系统的基本组成
整流器：将交 流电转换为直
流电
滤波器：滤除 直流电中的交
流成分
逆变器：将直 流电转换为交
流电
控制器：控制 逆变器的输出 频率和电压， 实现调速控制
电机的转矩
03
电压控制：通过控制电压的大小来控制
电机的转速
04
速度-电流双闭环控制：通过速度环和电
流环的协调控制来实现对电机的精确控制
直流调速系统的性能指标
0 1
调速范围：指直流调速系统能够实现的最
高转速和最低转速之间的差值
0 2
调速精度：指直流调速系统能够实现的转
直流调速系统概述
(1)调压调速（恒转矩调速）（额定转速以下调速） ①晶闸管可控整流 ②直流斩波
(2)弱磁调速（恒功率调速）
(3)电枢回路串电阻调速
※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 中通常采用的是变电压调速。
• 晶闸管整流电路实现调压调速特点
优点：晶闸管整流装置经济、可靠，门极可直接 采用电子电路控制，响应速度为毫秒级。 缺点（1）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。 （2）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”。
直流调速系统概述
概述
1.什么是调速？
将调节电动机转速，以适应生产要求的过程 称之为调速。
2.什么是调速系统？ 用于完成调速这一功能的自动控制系统就被 称为是调速系统。
3.为什么要调速？
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 表面对刀具的磨损，因此加工时要求电机低 速运行。
5.直流调速应用
（1）无缝钢管生产
（3）纺织机
（2）造纸机
直流电机
一、直流电机结构
直流电机主要由定子和转子两大部分构成。 1.定子
主磁极：产生主磁场 ，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 定子 电刷装置：把直流电压和直流电流引入
机座和端盖：起支撑和固定作用。
2.转子（电枢）
转子
电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。
平波 电抗
Ld
Id +
M Ud
-
RP2
调节器
+
(2)弱磁调速（恒功率调速）
(3)电枢回路串电阻调速
※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 中通常采用的是变电压调速。
• 晶闸管整流电路实现调压调速特点
优点：晶闸管整流装置经济、可靠，门极可直接 采用电子电路控制，响应速度为毫秒级。 缺点（1）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。 （2）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”。
直流调速系统概述
概述
1.什么是调速？
将调节电动机转速，以适应生产要求的过程 称之为调速。
2.什么是调速系统？ 用于完成调速这一功能的自动控制系统就被 称为是调速系统。
3.为什么要调速？
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 表面对刀具的磨损，因此加工时要求电机低 速运行。
5.直流调速应用
（1）无缝钢管生产
（3）纺织机
（2）造纸机
直流电机
一、直流电机结构
直流电机主要由定子和转子两大部分构成。 1.定子
主磁极：产生主磁场 ，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 定子 电刷装置：把直流电压和直流电流引入
机座和端盖：起支撑和固定作用。
2.转子（电枢）
转子
电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。
平波 电抗
Ld
Id +
M Ud
-
RP2
调节器
+
直流调速系统
第八章直流调速系统8.1.2直流调速用可控直流电源改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压或者改变励磁磁通，都需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种：（1）旋转变流机组。
用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。
（2）静止可控整流器。
用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调的直流电压。
（3）直流斩波器或脉宽调制变换器。
用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。
下面分别对各种可控直流电源以及由它供电的直流调速系统作概括性介绍。
静止可控整流器从20世纪50年代开始，采用汞弧整流器和闸流管这样的静止变流装置来代替旋转变流机组，形成所谓的离子拖动系统。
离子拖动系统克服旋转变流机组的许多缺点，而且缩短了响应时间，但是由于汞弧整流器造价较高，体积仍然很大，维护麻烦，尤其是水银如果泄漏，将会污染环境，严重危害身体健康。
因此，应用时间不长，到了20世纪60年代又让位给更为经济可靠的晶闸管整流器。
1957年，晶闸管问世，它是一种大功率半导体可控整流元件，俗称可控硅整流元件，简称“可控硅”，20世纪60年代起就已生产出成套的晶闸管整流装置。
晶闸管问世以后，变流技术出现了根本性的变革。
目前，采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统（即晶闸管－电动机调速系统，简称V-M系统，又称静止Ward-Leonard 系统）已经成为直流调速系统的主要形式。
图8.1所示是V-M系统的原理框图，图中V是晶闸管可控整流器，它可以是任意一种整流电路，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，从而改变整流输出电压平均值，实现电动机的平滑调速。
和旋转变流机组及离子拖动变流相比，晶闸管整流不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上显示出很大的优越性。
晶闸管可控整流器的功率放大倍数大约在，控制功率小，有利于微电子技术引入到强电领域；在控制作用的快速性上也大大提高，有利于改善系统的动态性能。
直流调速系统
直流调速系统
第八章
直流调速系统
8.1 自动控制系统的基本概念 8.2 单闭环直流有静差调速系统 8.3 无静差直流调速系统 8.4 转速、电流双闭环调速系统
直流调速系统
按拖动电动机的类型来分，自动调速系统有直流调速 系统和交流调速系统两大类。直流电动机具有良好的起、 制动性能，可在广范围内平滑调整，所以，直流调速系统 至今仍是自动调速系统的主要形式，它广泛地应用于金属 切削机床、大型起重机、矿井卷扬机等诸多领域。
8.1 自动控制系统的基本概念
8.1.2 自动控制技术中常用的一些术语 1. 被控对象 被控对象是一个设备，由一些机械或电器零 件组成，其功能是完成某些特定的动作，这些动作通常是 系统最终输出的目标。 2. 系统 系统是由一些部件所组成的，用以完成一定的任 务。 3. 环节 环节是系统的一个组成部分，它由控制系统中的 一个或多个部件组成，其任务是完成系统工作过程中的局 部过程。
一、清点材料
记清元件
请按材料清单一一对 应，记清每个元件的 名称与外形
2A103J
A
一、清点材料
友情提醒
打开时请小心，不要将塑料袋撕破，以免材料丢 失。 清点材料时请将表箱后盖当容器，将所有的东西都 放在里面 。 清点完后请将材料放回塑料袋备用。 暂时不用的请放在塑料袋里。
一、清点材料
电阻 共28 分流器
输入插管 4只
一、清点材料
测量二极管的极性
Ω
×1K
Ω
×1K
一、清点材料
电解电容器的极性
根据正接时漏电流小（阻值大），反接时漏电流 大来判断。
＋
－
－ +
一、清点材料
色环电颜源自 I黑0II III 倍率 误差
第八章
直流调速系统
8.1 自动控制系统的基本概念 8.2 单闭环直流有静差调速系统 8.3 无静差直流调速系统 8.4 转速、电流双闭环调速系统
直流调速系统
按拖动电动机的类型来分，自动调速系统有直流调速 系统和交流调速系统两大类。直流电动机具有良好的起、 制动性能，可在广范围内平滑调整，所以，直流调速系统 至今仍是自动调速系统的主要形式，它广泛地应用于金属 切削机床、大型起重机、矿井卷扬机等诸多领域。
8.1 自动控制系统的基本概念
8.1.2 自动控制技术中常用的一些术语 1. 被控对象 被控对象是一个设备，由一些机械或电器零 件组成，其功能是完成某些特定的动作，这些动作通常是 系统最终输出的目标。 2. 系统 系统是由一些部件所组成的，用以完成一定的任 务。 3. 环节 环节是系统的一个组成部分，它由控制系统中的 一个或多个部件组成，其任务是完成系统工作过程中的局 部过程。
一、清点材料
记清元件
请按材料清单一一对 应，记清每个元件的 名称与外形
2A103J
A
一、清点材料
友情提醒
打开时请小心，不要将塑料袋撕破，以免材料丢 失。 清点材料时请将表箱后盖当容器，将所有的东西都 放在里面 。 清点完后请将材料放回塑料袋备用。 暂时不用的请放在塑料袋里。
一、清点材料
电阻 共28 分流器
输入插管 4只
一、清点材料
测量二极管的极性
Ω
×1K
Ω
×1K
一、清点材料
电解电容器的极性
根据正接时漏电流小（阻值大），反接时漏电流 大来判断。
＋
－
－ +
一、清点材料
色环电颜源自 I黑0II III 倍率 误差
直流电机及调速系统工作原理课件
直流电机调速系统的基本原理
调速系统的组成
直流电机调速系统主要由控制器、功率驱动器和直流电机三部分组成。控制器负责接收速度指令和反馈信号，根 据指令和反馈信号计算出控制电压或电流，输出控制信号给功率驱动器。功率驱动器根据控制信号调节电机的输 入电压或电流，从而改变电机的转速。
调速系统的基本原理
调速系统的基本原理是通过改变电机的输入电压或电流，调节电机的输入功率，实现对电机转速的调节。具体来 说，当电机的输入电压或电流增加时，电机的转速增加；当电机的输入电压或电流减小时，电机的转速减小。通 过控制电机的输入电压或电流，可以实现电机的平滑调速和精确控制。
直流电机的工作原理
当直流电源通过电刷和换向器加到电 枢绕组上时，通电的电枢绕组在主磁 极产生的磁场中受到安培力而产生转 矩，驱动转子旋转。
直流电机输出的机械功率通过联轴器 或带轮等传动装置驱动负载转动。
随着转子的旋转，电枢绕组中的电流 方向不断改变，以保持电磁转矩的方 向不变。
直流电机的分类与特点
电机过热
可能是由于电机散热不良或负载过大等原因引起的，应检 查电机的散热系统和负载情况，如有需要可更换更大功率 的电机。
调速系统失灵
可能是由于控制线路故障或传感器、执行器等部件损坏等 原因引起的，应检查控制线路和相关部件，如有需要可更 换损坏的部件。
电机噪音过大
可能是由于机械部件松动或电机轴承损坏等原因引起的， 应检查电机的机械部件和轴承，如有需要可更换轴承。
1 2
医疗器械
直流电机调速系统用于医疗器械中，如呼吸机、 输液泵等，实现精确的流量和速度控制。
航空航天
在航空航天领域，直流电机调速系统用于控制舵 机、起落架等机构，确保飞行的安全和稳定。
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
点击此处添加 目录标题
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。