基于PID控制的直流电机调速系统
磁场方向和励磁电流的关系由由有螺旋法则确定。
在微型直流电机中，也有用永久磁铁作磁极的。 （2）转子
转子是电机的转动部分，主要由电枢和换向器组成。电枢是电机中产生感应电动势的部分，主要包括电枢铁芯和点数饶组。电枢铁芯成圆柱形，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放电枢绕组。通有电流的电枢绕组在磁场中受到电磁力矩的作用，驱动转子旋转，起了能量转换的枢纽作用，故称“电枢”。
换向器又称整流子，是直流电机的一种特殊装置。它是由楔形铜片叠成，片间用云母垫片绝缘。换向片嵌放在套筒上，用压圈固定后成为换向器再压装，在转轴上电枢绕组的导线按一定的规则焊接在换向片突出的叉口中。
在换向器表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接起来，并实现将外部直流电流转化为电枢绕组内的交流电流。
? 直流电机的基本工作原理
导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。
图1-1 直流电机的原理模型
当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。
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因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电机能连续地旋转。这就是直流电机的工作原理。
? 直流电机的机械特性
直流电机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。下面一常用的他励和并励电机为例介绍其机械特性、起动、反转和调速，他励和并励电机只是连接方式上的不同，两者的特性是一样的。
图1-2 直流电机的接线图
图1-2是他励和并励直流电机的接线原理图。他励电机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由励磁电源电压Uf和电枢电源电压U两个直流供电；而在并励电机中两者是并联的，由同一电压U供电。
并励电机的励磁绕组与电枢并联，其电压与电流间的关系为：
U?EU=E+RaIa 即：Ia=Ra（Ra为电枢电压）
UIf?IfI=Ia+If≈Ia
当电源电压U和励磁电路的电阻Rf保持不变时，励磁电流If以及由它所产生的磁通Φ也保持不变，即Φ=常数。则电机的转距也就和电枢电流成正比，T= KTΦIa= KIa这是并励电机的特点。
当电机的电磁转距T必须与机械负载转距T2及空载损耗转距T0相平衡时，电机将等速转动；当轴上的机械负载发生变化时，将引起电机的转速、电流及电磁转距等发生变化。，称为：
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n n0
Δn nN
T TN 图1-3 并励电机的机
械特性曲线
n?U?IaRaRaEU???T?n0??n2KE?kE?KE?KEKT?
式中并励电机的起动与反转：
并励电机在稳定运行时，其电枢电流位：
U?ERa
因电枢电阻Ra很小，所以电机在正常运行时，电源电压U与反电动势E近
Ia?似相等。
在起动时，n=0，所以E＝kEΦn＝0。这时电枢电流及起动电流为：
URa
由于Ra很小，因此起动电流Iast可达额定电流IN的10～20倍，这时不允许的。
Iast?同时并励电机的转距正比于电枢电流Ia，这么大的起动电流引起极大的起动转距，会对生产机械的传动机构产生冲击和破坏。
限制起动电流的方法就是在起动时的电枢电路中串接起动电阻Rst，见图。这时起动电枢中的起动电流的初始值为：
Iast?URa?Rst
则起动电阻为：
Rst?U?Ra Ra
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一般：Iast=（1.5～2.5）IN
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起动时，可将起动电阻Rst放在最大值处，待起动后，随着电机转速的上升，再把它逐段切除。
注意：直流电机在起动或工作时，励磁电路一定要保持接通，不能断开（满励磁起动）。普则，由于磁路中只有很小的剩磁，就有可能发生以下：
要改变电机的转动方向，就必须改变电磁转距T的方向， 可通过改变磁通Φ（励磁电流）或电枢电流Ia的方向实现。
1.并励电机的调速
电机的调速就是在同一负载下获得不同的转速，以满足不同的要求。由转速公式：n?U?IaRa可知常用的调速方式有调磁调速和调压调速两种。 KE?2.改变磁通Φ（调磁调速 ）
当保持电源电压U为额定值不变时，调节励磁电路的电阻流If而改变磁通Φ。由式n?，改变励磁电
RaU?T可见，当磁通Φ减小时，n0升高KE?KEKT?2了，转速降Δn也增大了；但Δn与Φ2成正比，所以磁通愈小，机械特性曲线也愈陡，但仍有一定的硬度。见图1-4
n n2
n1
小 减 通 磁 n0
Un Nn ?n Tc
图1-4 改变?时的机械特性
曲线
T
由于电机一般是在额定状态下运行的，它的磁路已接近于饱和，所以在一定负载下，通常是减小磁通调速（Φ＜ΦN），转速上调（n＞nN）。
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