直流电机的三种调速方式以及新型系统的优势

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伴随着高性能永磁材料、微电子技术、自动控制技术和电力电子技术的进步，永磁无刷直流电机得到了迅速发展。由于克服了机械换向装置的固有缺点，无刷直流电机具有寿命长、调速性能优越，体积小、重量轻、效率高、转动惯量小、电磁兼容性好等诸多优点。无刷直流电机的应用和研究受到了广泛的重视，凭其技术优势在许多场合取代了其它种类的电动机。特别是在微特电机领域，在小功率、高转速的调速领域，无刷直流电机占据着主要位置。接下来和松文机电了解一下直流电机的三种调速方法：

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。电枢电流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φ。改变磁通可以以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通，从电动机额定转速向上调速、属恒功率调速方法。电枢电流变化时遇到的时间常数要大很多，响应速度较慢.但所需电源容量小。

3、改变电枢回路电阻R。在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。但是只能有级调速，调速平滑性差，机械特性较软;在调速电阻上消耗大量电能。改变电阻调速缺点很多，目前很少采用。

自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，必要时把调压调速和弱磁调速两种方法配合起来使用。调压调速的实现需要有专门的可控直流电源。自20世纪70年代以来，电力电子器件迅速发展，研制并生产出多种既能控制其导通又能控制其关断的性能优良的全控型器件，由它们构成的脉宽调制(PWM)直流调速系统近年来在中小功率直流传动中得到了迅猛的发展，与老式的可控直流电源调速系统相比，PWM调速系统有以下优点:

1、采用全控型器件的PWM调速系统，其脉宽调制电路的开关频率高，因此系统的频带宽，响应速度快，动态抗扰能力强。

2、由于开关频率高，仅靠电动机电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，同时电动机的损耗和发热都较小。

3、PWM系统中，主电路的电力电子器件工作在开关状态，损耗小，装置效率高，而且对交流电网的影响小，没有晶闸管整流器对电网的"污染"，功率因数高，效率高。

4、主电路所需的功率元件少，线路简单，控制方便。

目前，受到器件容量的限制，PWM直流调速系统只用于中、小功率的系统。无刷直流电动机的转速设定，取决于速度指令Vc的高低。当Vc设定以后，无论是负载变化、电源电压变化，还是环境温度变化，当转速低于指令转速时，反馈电压变小，调制波的占空比就会变大，电枢电流变大，使电动机产生的电磁转矩增大而产生加速度，直到电动机的实际转速与指令转速相等为止;反之，如果电动机实际转速比指令转速高时，占空比减小，电枢电流减小，发生减速度，直至实际转速与指令转速相等为止。可以说，无刷直流电动机在允许的电网波动范围内，在允许的过载能力以下，其稳态转速与指令转速相差在1%左右，并可以实现在调速范围内恒转矩运行，转速不受电压与负载变动的影响。

直流电机又贵又难控制，到底如何调速，有啥优缺点

来源 | 技成培训

• 导 读

直流电动机调速是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机调速调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。

一、直流电机的原理

要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转

二、直流电机的特点

1、调速性能好

所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。

2、起动力矩大

可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。

三、直流电机调速方法

直流电机的调速方法有两种：调节电枢电压和调节励磁电流。

1、弱磁调速，改变励磁电流，升压就降速。

2、改变电枢电压，升压就升速，降压就降速，这个采用得很多。

总之改变电压必需要有一个调压装置，可以是串电阻，可以是用直流调压器。 但在弱磁调速中，励磁电压一定要有，如果没有励磁电压将会产生飞车，那是很危险的。而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，要说有那几种调节电枢电压方法。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。还有弱磁调速，通过适当减弱励磁磁场的办法也可以调速。

四、几种调速方法的优缺点对比

不同的需要，采用不同的调速方式，应该说各有什么特点。

在全磁场状态，调电枢电压，适合应用在0~基速以下范围内调速。不能达到电机的最高转速。

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。

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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