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直流速度控制单元的作用是将转速指令信号转换成电枢的电压值，达到速度调节的目的。现代直流电机速度控制单元常多采用晶闸管（可控硅，scr）调速系统和晶体管脉宽调制（pwm）调速系统。
1.晶闸管调速系统
1）晶闸管调速系统主电路
晶闸管调速系统采用的是大功率晶闸管，它的作用有两个，一是用作整流，将电网交流变为直流；二是在可逆控制电路中，电机制动时，把电机运转的惯性能转变为电能，并回馈给交流电网，实现逆变。为了对晶闸管进行控制，必须设有触发脉冲发生器，以产生合适的触发脉冲。晶闸管的整流电路有许多种，在中常用是三相桥式反并联可逆电路。
如图所示的就是三相桥式反并联可逆电路。其由12个可控硅大功率晶闸管组成，晶闸管分两组，s11 ～s16为一组， s21 ～s26为一组。每组按三相桥式联接，两组反并联，分别实现正转和反转。反并联是指两组变流桥反极性并联，由一个交流电源供电。每组晶闸管都有两种工作状态：整流和逆变。一组处于整流工作时，另一组处于待逆变状态。在电机降速时，逆变组工作。
三相全控桥式电路的电压波形如图所示。图上所标出的晶闸管触发角 α为π/3。晶闸管以π/3的间隔按次序开通，每6个脉冲电机转1转。由于晶闸管 以较快的速率被触发，所以流经电机的电流几乎是连续的。
其工作过程如下：当ωt=π/6+α时，s11开通而在此之前s16已被开通了。因此，当a相电压波形在π/6+α＜ωt＜π/6+α+π/3区间时，晶闸管s11和s16导通，电机端子与a 相和b相接通，故ud=uab。当ωt=α+π/3+π/6时，晶闸管s12开通，电流流经s12，而s16由于受反向偏置而关断(自然或电网换向)。这时s11和s12导通，电机两端电压ud=uac。就这样，每隔π/3又有一只晶闸管被开通，之后就重复上述过程。
由波形图可见，只要改变触发角α的值，则就可以改变电机电压的输入值，进而调节直流电机电枢的电流值，达到调节直流电机速度的目的。
在图中，rw1为转速定位器
，为转速偏差电压，un为转速反馈电压，δun为反馈偏差电压，a为比例放大器，uct为触发控制电压，gt为晶闸管的触发控制装置。
系统的工作情况及自动调速过程如下：
当系统在某一较小的转速给定电压
作用下启动时，开始一瞬间电机并未转动，故转速反馈电压un=0，反馈偏差电压δun=
，通过放大器后，输出较大的uct，触发器输出的触发角α将由起始状态时的90o下降，整流器输出电压也由ud=0上升到某一较大的值，在这一电压作用下（电流不超过允许值时）启动运转。随着转速的上升，反馈电压un上升，则转速偏差电压δun下降，uct随之下降，α上升，整流器输出电压ud也下降，电动机转差率也下降，直到转速n接近给定转速，即反馈电压un接近，电机即平稳运转。如前所述，电机转速只能接近给定转速，偏差大小与放大倍数紧密相关。但这种系统从原理上说就是有偏差的，故称为有差调速系统。
4）晶闸管供电转速电流双闭环直流调速系统
前面所述的转速负反馈单闭环调速系统实际上是不能用于数控机床进给系统，对于数控机床上要求高的调速系统，则要求快速启动、制动，动态速降要小等，通常采用转速电流双闭环系统。
转速电流双闭环调速系统如图所示。为了实现转速和电流两种反馈分别起作用，系统中设置了两个调节器，分别对转速和电流进行调节，两者之间实行串级联接。
2.晶体管直流脉宽（pwm）调速系统
1）晶体管调速系统主电路
开关功率放大器是脉宽调制速度单元的主回路，其结构形式有两种，一种是h型(也称桥式) ，另一种是t型。每种电路又有单极性工作方式和双极性工作方式之分，而各种不同的工作方式又可组成可逆开关放大电路和不可逆开关放大电路。
图示为广泛使用的h型开关电路的工作原理图，它是由四个和四个功率管组成的桥式回路。直流供电电源+ed由三组全波整流电源供电。脉宽调制器输出的脉冲波u1、u2、u3、u4经光电隔离器，转换成与各脉冲相位和极性相同的脉冲信号u1、u2、u3、u4，并将其加到开关功率管vt1～vt4的基极。当电机正常工作时，在0<t<t1的时间区间内，u2、u3为高电平，功率晶体管 vt2、vt3导通，此时电源、+ed加到电枢的两端，向电机供电，电流方向是从电源+ed经vt3→电机→vt2→回到电源。在t1≤t<t2时间段u1、u3均是低电平，vt1和vt3截至，+ed被切断。而此时u2仍为高电平，此时，由于电枢电感的作用，电流经vt2和续流二极管vd4继续流通。在t2≤t<t3时，u2、u3又同时为正，+ed又经vt2和vt3加至电机两端，电流继续流通。在t3≤t<t时，u2、u4同时为负，电源又被切断，而u3为正，所以电枢电流经vt3和vd1续流，如此往复循环。主回路得到的电压uab是在+ed和o之间变化的脉冲电压。
双极性和单极性的电路原理图是一样的，所不同的是右边两个管子的驱动信号不同。
2）晶体管直流脉宽（pulse width modulation,pwm）调速系统
（1）直流pwm伺服驱动装置的工作原理
pwm驱动装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内接通与断开时间的长短，通过改变直流伺服电动机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。
pwm控制的示意图如图所示，可控开关s以一定的时间间隔重复地接通和断开，当s接通时，供电电源u通过开关s施加到电动机两端，电源向电机提供能量，电动机储能；当开关s断开时，则中断电动机的能量供给。在开关s断开期间电枢电感所储存的能量则通过续流二极管vd使电动机电流继续流通。
假如加在电机两端为图所示的电压波形，则电机所获得的平均电压即为：
有式知：改变ton和toff即可改变转速，但这必须有相应的装置才能实现。图示的即为一种pwm驱动装置系统原理框图。
由图知：pwm驱动装置的控制结构可分为两大部分：从主电源将能量传递给电动机的功率转换电路以及控制电路。功率转换电路可为h型、t型功率放大电路；控制电路通常由恒频率波形发生器、脉冲宽度调制电路、基极驱动电路、保护电路等基本电路组成。
当三角形波电压uδ 与直流电压uk送入放大器后，如三角波高于控制电压时，输出为“空”；反之，输出为“占”，改变控制电压uk就可以改变占空比。其输出波形如图。
脉冲分配电路它根据功率转换电路工作制式，对v/w变换的信号进行适当的逻辑变换，分配给基极驱动电路以满足功率转换电路工作时通、断时序脉冲的电压要求。
转子上安装磁钢的叫做永磁式步进电机，如永磁式爪极步进电机和转子上安装磁钢的混合式步进电机。
（a）剖视图 （b）磁化极性
图1 永磁式爪极步进电机
永磁式爪极步进电机的剖视图如图1（a）所示。它的定子由几个金属盒叠成，齿由圆形金属片冲出。然后，将这个圆片拉成钟状，齿被拉到里面形成爪圾。定子的每一段由连结在一起的两个钟型罩壳构成，两者的齿相互相“啮合”。金属盒里面绕有激磁线圈。在这种电机里，定子齿或爪极由在定子线圈里流过的电流产生不同极性的磁场。转子的图柱形磁钢具有如图1（b）所示的磁化极性。对7.5°步距而言，典型的极数为24。这种类型的电机通常有两段。若两个定子段里的转子磁化状态是对齐的，则两段里的定子齿将错开l／4齿距。激磁线圈可以以双向通电的两相方式或单向通电的四相方式绕制。以四相方式绕制时，相l和相3形成双线绕组，放在a段里。相2和相4双线绕组放在b段里。相l和相3以产生符号相反的磁极极性的方式连接；相2和相4也如此。图2是四相方案和两相方案的励磁时序。在两相方案中，外加的电流是交流方波。利用图3可说明这种电机以两相排列时的工作原理。观看a段里转子磁极和定子齿的位置关系。开始，转子处在状态(1)位置。以正向电流激励a相，产生图中所示的磁极。很明显，依靠磁力线的张力，转子将向左运动。状态(2)是a相受正向激磁的平衡位置。下一步，a相截止，b相以正向电流激磁。因为b段里的定子齿相对a段里的齿错开l／4齿距，故转子将在同一方向进一步受到驱动。状态(3)是这次激磁的结果。为了进一步使转子向左运动，应撤消b相激励，并以反向电流使a相励磁。于是，转子转到下一个状态(4)，…。这就是它的步进动作过程。
(a)四相(b)两相
图2电流时序 图3两相排列动作过程
爪极电机具有制造成本低等优点，故应用比较广泛。如：用作送纸机构和字车机构的动力源，小规模磁盘驱动器中的磁头驱动电机等。
拉丝机是金属线材加工中的重要设备，其生产质量和效率对于企业来讲至关重要。一般来讲，拉丝机可分为滑轮式、活套式、直线式三种。随着生产技术的发展，电气控制中交流变频技术和PLC程序控制已逐步取代直流传动和力矩电机，确立了主导地位。
下面以安徽某通讯电缆有限公司拉丝机的改造为例，介绍三垦VM05系列变频器中卷绕控制的特长和使用方法。
线材 通讯电缆用铜线
线径 伸线前 约Φ5mm 伸线后 约Φ1mm
线速 50Hz运转時…703m/分
卷取线轴 内径：Φ280mm 外径：Φ390mm
张力架 上下滑动的配重式张力架 扇形同轴电位器输出信号范围 0～10V
张力基准 约2kg
变频器 拉伸侧…SHF-18.5K-A 卷取侧…SHF-4K-B
制动电阻 无…两台变频器直流母线连接
拉丝机60年代上海制造，原为直流电机拖动
设备简图
三垦VM05系列变频器独有的张力架高速补偿功能在此例中得到充分的体现。
高速张力架补偿，是瞬时补偿启动时和停止时或由于外部原因造成的张力架的大的瞬时変化的功能。此功能是对从张力架的不动作区偏离部分进行PI控制，使它返回不动作区内的功能。与低速张力架补偿相比,用十分快的动作来补偿而进行増益设定。而且在张力架的Up＊Low水平以上时,可以保持补偿量不变。
张力架高速补偿功能使卷绕控制的相应特性大大提高，从而满足用户高速、恒张力的控制要求。
①变频器和控制柜接线
②2台变频器单独运转，转速表测量牵引轮和收线轮的的线速度（m/分）后联动运转。
——>卷取側变频器增益调整。
③张力架基准值确认，各动作区电压值确认和输入。
④铜线穿线，低频下基本动作确认后，慢慢高速动作确认。
⑤⑦满卷后更换新轴后再起动确认負荷电流确认。
⑥途中停止、再起动确认。
——>注意卷取侧MCL开关复位
与磁阻式一样，混合式电机也由定子和转子两部分组成。常见的定子有8个极或4个极，极面上均布一定数量的小齿，极上线圈能以两个方向通电，形成a相和a相，b相和b相。它的转子也由圆周上均布一定数量小齿的两块齿片等组成。这两块齿片相互错开半个齿距。两块齿片中间夹有一只轴向充磁的环形磁钢。很明显，同一段转子片上的所有齿都具有相同极性，而两块不同段的转子片的极性相反。图1是电机里两种磁场通路的示意图。
图1(a)是由转子上的磁钢磁场产生的磁通回路；图1（b)是在电机x、y两处剖开的剖面图。每相绕组绕在8个定子磁极中的4个极上，如：绕组a绕在1、3、5、7磁极上，则绕组b绕在2、4、6、8磁极上；而且，每相相邻的磁极以相反方向绕，即，如果绕组a以正向电流激励，则3和7磁极的磁场径向向外，而l和5磁极的磁场径向向内。b相与a相的情况类似。因此，整个电机的通电情况与磁场方向可用表1概括。其电机里的转矩，由气隙中的两种磁场共同作用产生。
图1 混合式步进电机的剖面图
(a)平行轴的剖面 (b)垂直轴的剖面
表1 电机的通电情况与磁场方向表
图2为四相混合式步进电机以圆周展开的剖面模型。上图是转子s极所处的剖面，下图是n极所处剖面。图中，定子齿距和转子齿距相同。先考虑磁极ⅰ和磁极ⅲ下面的磁场。定子线圈通电后，磁极ⅰ产生n极，磁极ⅲ产生s极。它们构成的磁场分布情况如实线所示。同一图中的虚线表示磁钢产生的磁通通路。
因为n极这段的转子齿和s极转子齿相互错开
图2四相混合式步进电机工作原理剖面图
半个齿距，所以，仅靠定
子电流磁场并不能像磁阻式电机那样产生有意义的转矩。但是，把磁钢产生的磁场叠加上去，情况完全变了。因为磁极ⅰ下面的两个磁场相互增强，因此，将产生朝左的驱动力；而磁极ⅲ下而的两个分量相互抵销，向右的力大大削弱。同理下图中，磁极ⅲ下面的定子磁场和转子磁场方向相同，磁极ⅰ下面的磁场方向相反，所以，也产生同样方向的力，终得到向左的合力。转子在驱动力的作用下，将转过1／4齿距，驱动力降为零，达到平衡位置。
如果切断磁极ⅰ、ⅲ的激磁，同时向磁极ⅱ、ⅳ的线圈通入电流，分别产生s极和n极。转子将向左再走一步。按照特定的时序激磁，如：a—b—a—b—a一…，电机就能沿逆时针方向连续旋转。改变激磁时序，以a—b—a—b—a一…激磁，电机将沿顺时针方向连续旋转。
典型的混合式步进电机是四相200步的电机，步距角为1.8°；当然，也有象3.6°、2°或5°步距角的混合式电机。混合式电机的一个完整激磁周期常由四个状态组成，转子转动四步。这时，步距角θb为：θb＝360／(mz ) (°)
可将混合式电机与磁阻式电机作一比较。系统设计者选用哪种电机全由应用决定。说某种型式好，这是不妥当的。（http://www.diangon.com/版权所有）通常，对给定的电机体积，混合式电机产生的转矩比磁阻式电机大；加上混合式电机的步距角常做得较小，因此，在工作空间受到限制而需要小步距角和大转矩的应用中，常常可选用混合式电机。混合式电机的绕组未受激磁时，磁钢所产生的磁通能产生自定位转矩。虽然这比一组或多组绕组激磁时的转距小很多，但它确实是一种很有用的特性：供电切断时，仍然能保持转子的原来位置。磁阻式步进电机，因为它的转子上没有磁钢，所以，转子的机械惯量比混合式电机的转子惯量低。因为转子惯量常常是电机总惯量的主要部分，因此，转子惯量小，可以更快加速。此外，当负载需要移动相当大距离时，如电机转几转，则使用大步距角的磁阻式电机可以减少步数。
