直流电机的调速性能研究

直流电机的调速性能研究

作者：郁文梁

来源：《科技传播》2011年第11期

摘要 直流电机目前应用比较广泛，其调速性能的优劣很大程度上影响着其工作状态。本文对直流电机的调速性能进行了研究。 关键词 直流电机；调速性能；结构

中图分类号TM345 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）44-0096-01 1 直流电机工作原理

直流电机在使用过程中做好不同的调速控制，其主要指对内部机械结构装置的控制。从机械行业角度看，直流转速控制系统实际上就是两个机械结构之间的调整，以满足实际设计控制的需要。单片机运用于直流电机控制后，需要根据实际操控情况加以处理更新。一个简单的直流电动机它的两个磁极（N极和S极）在空间固定不动，两磁极之间有一铁质的圆柱体（称为电枢铁芯）。电枢铁芯与磁极之间的间隙称为气隙，两根导体ab和cd连成一个线圈，并嵌置在电枢铁芯表面上，通常称为电枢绕组。线圈的首、末端分别连接到两个圆弧形的铜片（称为换向片）上，换向片固定在转轴上，换向片之间以及换向片与转轴之间都是互相绝缘的。电机转动部分称为电枢，为了把电枢绕组和外电路接通，装置了两个在空间固定不动的电刷A和B，当电枢转动时，电刷A只能与转到上面的一片换向片接触，而电刷B只能与转到下面的一片换向片接触。在电刷A、B两端接上直流电流电源U，电刷A接至电源的负极，电刷B接至电源的正极，则线圈中有电流流过。我们知道，位于磁场中的载流导体必将受到电磁力的作用，至于电磁力的方向可用左手定则确定，这一电磁力形成了作用于电枢铁芯的电磁转矩，由图可见，转矩的方向是逆时针的，电动机的电枢在此转矩的作用下，将逆时针方向旋转，从而拖动与电机轴相联的负载机械运转，成为一台直流电动机。 2 直流电机的结构

由于产品结构形式及使用性能的不同，直流电机根据用途不同和功率不同，其结构形式也各有不同，因此，在生产、生活现实中使用着各种结构形式的直流电机，但不管其结构形式如何，从原理上讲它都是由一些基本部分组成，图1和图2分别为直流电机的结构示意图和剖面图。

总体上说，直流电机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两大部分所组成，定子的作用是用来产生磁场和作电机本身的机械支撑，它包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承等，静止的电刷装置也固定在定子上，转子上用来感应电势和通过电流从而实现能量转换的部分称

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为电枢，它包括电枢铁芯和电枢绕组，电枢铁芯固定在转轴上，转轴两端分别装有换向器和风扇等，由于习惯，人们常将直流电机的转子称为电枢。 3 直流电机的调速特性

直流电机主要是把直流电能转换为机械能的一种装置，其本质上是一种能量的转换控制。直流电机在运行过程中可以对内部速度进行严格操控，保持转速系统的速度、功率等均处于一个标准的控制范围。这一方面可以保证直流电机的有效运行，另一方面也能加强各个转速控制系统更好地受单片机系统操作，满足了现代电机运行的实际需要。目前，从工业企业的实际运用状况看，我国的直流电机在使用过程中发挥出现的作用集中体现在了“转速控制”上，对内部的机械结构实施有效的处理。直流电机的调速方法具体包括：

1）改变电枢电路外串接电阻，电阻是影响电路连接的重要装置，在操控过程中通过改变电阻值的大小能对电机的转速控制系统严格。有的机电产品在转速调节上功能较多，往往难以发挥理想的控制作用。而直流电机使用后对于速度方面的控制作用变得更加显著。但就这一方面来说，由于直流电机对电阻的改变存在许多缺陷，一般工业上很少用这种功能； 2）改变电动机电枢供电电压U。电压是保证机电系统正常运行的重要基础，在使用系统运行阶段可以通过调整控制系统电压大小实现控制设计。本次设计中尝试了采用其它装置进行电压调试，但发现装置在使用过程中会出现不同的失稳状态，电压供给不均衡而影响到整体操控上的效果；

3）改变直流电机的速度。这种特点表现在多个方面，主要包括了：可以平滑无极调速，但只能弱磁调速，即在额定转速以上调节；调速特性软，且受电动机换向条件等的；当电源电压连续变化时，转速可以平滑无极调节，一般只能再额定转速以下调节；调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定性高，调速范围较大；调速时，电动机转矩不变，属于恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进行调速；可以靠调节电枢电压来启动电机，而不用其它设备；

4）改变励磁磁通运行状态。这种控制方式同样可以达到不同的标准要求，具体显现在：可以平滑无极调速，但只能弱磁调速，即在额定转速以上调节；调速特性软，且受电动机换向条件等的；调速时维持电枢电压和电枢电流不变，即功率不变，属于恒功率调速。 经过综合分析之后，对于此次直流电机转速控制系统的设计决定选择改变电动机电枢供电电压U的方法来控制电机的转速，这不仅能维持电压的稳定运输，且可以确保各项装置在使用时能发挥较好的控制作用。 参考文献

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[1]张靖武.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[J].电子工业出版社，2007，4. [2]成都，叶琛.单片机系统常用软件抗干扰措施[N].电子报.2000.

[3]江友华，曹以龙，龚幼民.高压大功率电机调速方案的探讨和比较[J].变频器世界，2005(5).

[4]陈郁.全数字直流调速装置在轧辊磨床拖板电控系统中的运用[J].冶金标准化与质量，2003(5).

[5]张军.AVR单片机应用系统开发典型实例[M].中国电力出版社，2005，8. 注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”