直流電機(jī)調(diào)速的原理與方法分析綜述 根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程：U（2-1）其中QUOTEEs=Ce?n=（2-2）式中： QUOTEnn:電機(jī)轉(zhuǎn)速； QUOTEUaUa:電樞兩端電壓； QUOTEIaIa:電樞電流； QUOTERaRa:電樞回路總電阻； QUOTECeCe:電動勢常數(shù)； QUOTE??:磁通量；由上式（2-2）可知，直流電機(jī)調(diào)速的方法可以分為三種：改變電樞回路中串聯(lián)的總電阻QUOTERaRa；改變磁通量QUOTE??；改變電樞電路兩端電壓QUOTEUaUa；1.1改變電樞回路電阻調(diào)速 通過式（2-2）可知隨著串聯(lián)的可調(diào)電阻Rp的減小，其轉(zhuǎn)速n就會增大。電樞回路電阻特性如圖1.4所示:三條曲線由上至下依次相互對應(yīng):串聯(lián)電阻為0、串聯(lián)電阻Rp1、串聯(lián)電阻Rp2。已知Rp1≤Rp2，由圖可知，隨著回路中串聯(lián)電阻阻值的增大，機(jī)械特性曲線的傾角與斜率也會隨之逐漸增大，當(dāng)在恒定轉(zhuǎn)矩Tl的條件下，a、b、c三點(diǎn)的轉(zhuǎn)速相繼降低。理論上只要平滑的調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻阻值，就可以做到對直流電機(jī)的平滑調(diào)速。但是這樣的做法一般是有級調(diào)速，即電阻只能進(jìn)行分段式的調(diào)節(jié),所以這就導(dǎo)致這種調(diào)速方法的轉(zhuǎn)速變化率偏大,因此，在輕負(fù)載的情況下很難得到低速，無法準(zhǔn)確的獲得特定的轉(zhuǎn)速，效率比較低。圖1.4直流電機(jī)改變電樞電阻調(diào)速特性曲線1.2改變磁通調(diào)速當(dāng)電樞端電壓U與電樞回路電阻R都保持恒定，僅僅在改變主磁通量之后就能直接改變他勵電動機(jī)的機(jī)械特性。因?yàn)殡姍C(jī)工作到額定勵磁電流時磁路就已經(jīng)到達(dá)了飽和，所以要想改變電機(jī)機(jī)械特性，只能靠減少磁通量φ的值。由式(2-2)可知當(dāng)磁通量減少，轉(zhuǎn)速會增大。其機(jī)械特性曲線如圖1.5所示，曲線1、2、3為磁通量逐漸減少的過程，由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩是磁通量和電樞電流的乘積，因此，當(dāng)電樞電流維持在一個定值是，只需要減小磁通量，相應(yīng)的電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也會減小。所以這種調(diào)速方法又稱之為恒功率調(diào)速。這種調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)勵磁回路串聯(lián)的電阻實(shí)現(xiàn)的。所以它有著設(shè)備簡單，操作也比較簡單的特點(diǎn)。但是由于這種調(diào)速方法受到換向的限制與機(jī)械強(qiáng)度的約束,因此，調(diào)速比不能做到很大。圖1.5直流電機(jī)改變磁通調(diào)速特性曲線1.3改變電樞電壓調(diào)速當(dāng)勵磁電流、電樞回路總電阻都不改變，僅改變電樞端電壓∪時，它的機(jī)械特性曲線如圖1.6所示，這三條曲線是平行的直線，其中Uv≥U≥U，在電機(jī)轉(zhuǎn)矩和勵磁磁通為恒定值時，A、B、C三的轉(zhuǎn)速依次減小。圖1.6直流電機(jī)改變電樞電壓調(diào)速特性曲線由于這種方法只是直接改變了電動機(jī)的供電電壓,電機(jī)的磁通和等效電阻均保持不變,在額定的電流下,不論轉(zhuǎn)速的增加或者高低,電動機(jī)都有可能直接輸出一個額定的轉(zhuǎn)矩,所以這種恒定轉(zhuǎn)矩的調(diào)速方法也就叫做恒定轉(zhuǎn)矩的調(diào)速。這種調(diào)速技術(shù)在我們采用一個反饋式控制的系統(tǒng)中,其調(diào)速幅度范圍最多可以從50:1左右到150:1,甚至更多。1.3確定調(diào)速方法分析以上三種自動調(diào)速調(diào)制方法,采用的方法是通過改變調(diào)速電路中樞上的電阻法則來進(jìn)行自動調(diào)速,這種調(diào)制方法主要是屬于有限無級的自動調(diào)速,不能真正做到平滑的無級自動調(diào)速,調(diào)速精度無法滿足要求。采用改變磁通方法進(jìn)行調(diào)速時無法實(shí)現(xiàn)較大范圍的調(diào)速,調(diào)速效果無法滿足要求。因此,在工業(yè)中我們通過改變交流電動機(jī)中樞的電壓來進(jìn)行調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速能實(shí)現(xiàn)大范圍無級調(diào)速,并且在整個調(diào)速范圍內(nèi)都能平穩(wěn)運(yùn)行。而調(diào)壓調(diào)速的方法主要有兩種:可控整流調(diào)壓法和脈寬調(diào)制法(PWM)。可控整流調(diào)壓方法主要是通過改變晶閘管的一個觸發(fā)脈沖的相位角,以此來改變晶閘管的一個導(dǎo)通頻率和時間,進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)在工作時樞端的電壓,最終達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的。脈寬調(diào)制法則主要是通過對開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時間之間的占空比進(jìn)行控制,以改變輸入電壓的大小,以此控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。本設(shè)計選用脈寬調(diào)制法作為電機(jī)的調(diào)速方法。1.4直流電機(jī)PWM調(diào)速原理PWM開關(guān)驅(qū)動功率器件控制裝置主要用途是一種為了利用一些全控型和大功率驅(qū)動器件的固定開關(guān)驅(qū)動特點(diǎn)而用來自動改變直流輸入輸出電壓的數(shù)控直流電源,它按一個固定開關(guān)頻率的驅(qū)動方式工作來自動控制開通與終止關(guān)斷一個固定開關(guān)的功率器件,并根據(jù)其實(shí)際需要自動控制改變一個生命周期內(nèi)的自動開通與終止關(guān)斷持續(xù)時間的固定長短,改變直流電機(jī)發(fā)動機(jī)電路中電機(jī)電樞輸入電壓的固定占空比后再來自行手動控制改變平均直流輸出輸入電壓的波動大小,從而自動控制直流電機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)速。因此,這種驅(qū)動裝置也就被后來人們統(tǒng)統(tǒng)地將其稱之為手動開關(guān)式電源驅(qū)動器。對于直流調(diào)速系統(tǒng),其控制方法主要是通過改變電極--樞的電壓導(dǎo)通時間和關(guān)斷工作時間之差的比率(即占空比),以控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。在一個脈沖的作用下,當(dāng)驅(qū)動電機(jī)恢復(fù)工作是運(yùn)行速度的增加;當(dāng)發(fā)動機(jī)停止供電時,速度減小。只要按一定的規(guī)律來改變電動機(jī)的通斷時刻,就能夠讓發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速獲得有效的控制其中,占空比、開關(guān)元件導(dǎo)通的時間與電動機(jī)關(guān)斷的時間以及電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相互關(guān)系表示為:δ=（2-3）V（2-4）式中： QUOTEδδ：PWM脈沖的占空比； QUOTEtonton：開關(guān)器件的導(dǎo)通時間； QUOTEtofftoff：開關(guān)器件的關(guān)斷時間； QUOTEVdVd：電機(jī)平均轉(zhuǎn)速； QUOTEVmaxVmax：電機(jī)最大轉(zhuǎn)速；圖1.7PWM調(diào)速原理圖由圖1.7可以清楚地看出,電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速和占空比之間不是一個完全線性的關(guān)系,理想情況下我們可以把它近似地看成一個線性的關(guān)系。所以也就是說