直流電機調速電路原理

　　今天我們來看一下直流電機的調速電路，原理非常的簡單，通過串聯不同的電阻實現不同的轉速。

　　電路分為三部分

　　電路分為三部分，因為是直流電機所以要有整流電路，外加主電路和控制電路，主電路的電源是交流220伏的，控制線路的接入電源是380伏。最主要的三個電氣原件，一個KM1和2個中間繼電器。

　　三部分電路

　　電源是交流220伏，經過變壓器變為交流127伏，再經過整流電路變為直流110伏。三個按鈕開關控制三個速度，當按下SB2的時候，接觸器KM1自鎖，這時候等于電機串了R1R2兩個電阻，是最低速狀態。

　　最低速的電流走向

　　如果想增加速度，可以按下按鈕開關SB3，這時候繼電器KA1會自鎖。同時它的常開點會閉合，電流跳過R2直接連接電機，實現了加速。

　　中速的電流走向

　　需要最快速就按下按鈕開關SB4，這時候KA2自鎖，同時它的常閉點斷開使KA1斷電，常開點閉合直接跳過R1電阻。

　　高速的電流走向

　　完全的實物接線

　　接觸器的符號是KM，中間繼電器的符號是KA，其實圖中的KA1和KA2是2個中間繼電器，當然也可以用接觸器代替，必須和KM1的線圈電壓保持一致。

　　怎么排查故障

　　KM1和KA1和KA2都有自鎖的狀態，如果實際應用中哪個元件不工作，就單獨檢查對應的自鎖電路。

　　直流電機調速方式

　　直流電機調速，往往說的是他勵有刷直流電機調速，根據直流電機的轉速方程，轉速n=（電樞電壓U-電壓電流Ia*內阻Ra）÷（常數Ce*氣隙磁通Φ），因為電樞的內阻Ra非常小，所以電壓電流Ia*內阻Ra≈0，這樣轉速n=（電樞電壓U）÷（常數Ce*氣隙磁通Φ），只要在氣隙磁通Φ恒定下調整電樞電壓U，就可以調整直流電機的轉速n；或者在電樞電壓U恒定下調整氣隙磁通Φ，同樣可以調整電機的轉速n，前者叫恒轉矩調速，后者稱之為恒功率調速。

　　直流電機恒轉矩調速方式：

　　恒轉矩模式下，要先保持氣隙磁通Φ恒定，直流電機的定子和轉子磁場是正交狀態的，互相沒有影響。要保持Φ恒定，只要保證勵磁線圈的電流穩定在一個值就可以了。理論上給一個恒流源來控制勵磁線圈的電流是比較完美的，但是因為電流源不好找，而一般給勵磁線圈施加一個穩定的電壓值，也可以近似讓勵磁電流穩定，進而讓氣隙磁通Φ恒定。如果是永磁直流電機，用永磁鐵來替代了勵磁線圈，磁通是永久恒定的，所以不用操這個心了。

　　簡單的調整電壓，并不能滿足負載波動比較厲害的場合，所以引進了串級調速系統，通過檢測電機的電流和轉速，分別弄出電流環內環和速度環外環了，使用PID算法，有效的滿足了負載波動狀況下的調速，讓直流電機的調速工作特性非常“硬”，也就是最大轉矩不會受到轉速的波動而變化，實現了真正的恒扭矩輸出。這種調速方式，一直是交流調速系統的模仿對方，比如變頻器矢量控制，就是模仿這種方式而實現的。如果只用電流環內環，還可以直接控制電機輸出一定的扭矩，滿足不同的拉伸和卷曲等控制要求。

　　電樞電壓控制，在晶閘管和IGBT這些沒有被發明前，控制起來也不是容易的事情了，畢竟功率比較大，早期是通過一臺發電機直流發電來控制的，通過調整發電機的磁通就可以控制發電機的輸出電壓，進而調整了電樞電壓大小的。

　　在晶閘管可控硅被發明出來以后，通過給可控硅施加交流輸入電壓，利用移相觸發技術控制可控硅的導通角，就可以把交流電整流成一定脈動的直流電，因為直流電機是大感性負載，脈動直流電會被大電感緩沖穩定下來。這個直流電的電壓是可以調整的，和可控硅的導通角成一定的比例關系。這種調速技術是非常成熟可靠的，在上個世紀中后期得到了廣泛的工業應用。

　　另外場效應管和IGBT之類的器件出現以后，直流電機調速還可以做得更加精密了，可以利用PWM斬波技術，讓輸出的直流電壓非常穩定，這樣直流電機的轉速波動非常小，如果讓電機的轉子變長點，轉動慣量變小了，外加了位置環進去，還可以實現精確的定位控制，這個就是所謂的直流伺服系統了。

　　直流電機恒功率調速方式：

　　就是所謂的弱磁調速，這種調速方式，本質是恒轉矩調速方式的一種補充，主要是有些場合，需要比較寬的調速范圍，比如有些龍門床，需要電機加工時候進刀非常慢，扭矩要很高；而退回來時候扭矩很輕看是要跑非常快，這時候進刀時候用恒轉矩調速模式，而退回來時候用弱磁調速方式，這時候電機的最大功率是不變的。

　　也有些電動車，低速上坡時候要跑很慢，需要很大扭力，而平路阻力小又想跑非常快，這時候也需要用到恒功率調速，類似于機械變檔或者調減速比的方式來調速。一般弱磁調速，是不適合于永磁電機的，因此磁通Φ無法單獨控制。

　　要弱磁，就是直接減少氣隙磁通Φ的大小，這時候可以降低勵磁線圈的電流，一般也會在勵磁線圈使用可控硅或者場效應管這些來做一個PI調整回來輸出一個電流源來實現。

　　弱磁調速的時候，電機轉速越高，電機輸出的最大扭矩會越小，這個是需要注意的，而且一般也不會無限制的減小下去，大概能控制在額定勵磁電流的90%左右。