直流電機調速與控制原理分析

直流電機是指能將直流電能轉換成機械能(直流電動機)或將機械能轉換成直流電能(直流發電機)的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能;作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。

直流電機調速原理：

直流電機的轉速計算公式如下：n=(U-IR)/Kφ，其中U為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻，φ為每極磁通量，K為電動機結構參數?？梢钥闯?，轉速和U、I有關，并且可控量只有這兩個，我們可以通過調節這兩個量來改變轉速。我們知道，I可以通過改變電壓進行改變，而我們常提到的PWM控制也就是用來調節電壓波形的常用方法，這里我們也就是用PWM控制來進行電機轉速調節的。通過單片機輸出一定頻率的方波，方波的占空比大小絕對平均電壓的大小，也決定了電機的轉速大小。、

直流電機控制原理：

要讓電機轉動起來，首先控制部就必須根據hall-sensor感應到的電機轉子所在位置，然后依照定子繞線決定開啟（或關閉）換流器（inverter）中功率晶體管的順序，inverter中之AH、BH、CH（這些稱為上臂功率晶體管）及AL、BL、CL（這些稱為下臂功率晶體管），使電流依序流經電機線圈產生順向（或逆向）旋轉磁場，并與轉子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉動。當電機轉子轉動到hall-sensor感應出另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環電機就可以依同一方向繼續轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管（或只開下臂功率晶體管）；要電機轉子反向則功率晶體管開啟順序相反。

基本上功率晶體管的開法可舉例如下：AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組，但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開關的響應時間，所以功率晶體管在關與開的交錯時間要將零件的響應時間考慮進去，否則當上臂（或下臂）尚未完全關閉，下臂（或上臂）就已開啟，結果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。

當電機轉動起來，控制部會再根據驅動器設定的速度及加/減速率所組成的命令（Command）與hall-sensor信號變化的速度加以比對（或由軟件運算）再來決定由下一組（AH、BL或AH、CL或BH、CL或……）開關導通，以及導通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉速快或慢的方式，如何產生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。

直流電機的運行特性與它的勵磁方式有很大的關系。勵磁方式即是上述直流電機原理圖中，磁極N、S所產生的磁場的獲得方式?，F代電機大都利用電磁鐵來產生，因此需要對電磁鐵線圈通電，該電磁鐵線圈電源不同，則獲得不同的勵磁方式。直流電機按勵磁方式不同，可分為以下幾類。

1、他勵電機

他勵電機的勵磁電流是由獨立的直流電源供給的，勵磁電流僅取決于勵磁電源的電壓和勵磁回路的電阻，與電樞端電壓無關。

2、并勵電機

并勵電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯。如2圖所示。并勵電機的勵磁電流不僅與勵磁回路的電阻有關，而且還受電樞端電壓的影響。

3、串勵電機與復勵電機

串勵電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯。復勵電機的磁極上有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組并聯，另一個與電樞繞組串聯。