直流伺服電機速度控制單元的作用是將轉(zhuǎn)速指令信號轉(zhuǎn)換成電樞的電壓值，達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的?，F(xiàn)代直流電機速度控制單元常多采用晶閘管（可控硅，scr）調(diào)速系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制（pwm）調(diào)速系統(tǒng)。
1.晶閘管調(diào)速系統(tǒng)
1）晶閘管調(diào)速系統(tǒng)主電路
晶閘管調(diào)速系統(tǒng)采用的是大功率晶閘管，它的作用有兩個，一是用作整流，將電網(wǎng)交流電源變?yōu)橹绷鳎欢窃诳赡婵刂齐娐分?，電機制動時，把電機運轉(zhuǎn)的慣性能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，并回饋給交流電網(wǎng)，實現(xiàn)逆變。為了對晶閘管進(jìn)行控制，必須設(shè)有觸發(fā)脈沖發(fā)生器，以產(chǎn)生合適的觸發(fā)脈沖。晶閘管的整流電路有許多種，在數(shù)控機床中最常用是三相橋式反并聯(lián)可逆電路。
如圖所示的就是三相橋式反并聯(lián)可逆電路。其由12個可控硅大功率晶閘管組成，晶閘管分兩組，s11 ～s16為一組， s21 ～s26為一組。每組按三相橋式聯(lián)接，兩組反并聯(lián)，分別實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。反并聯(lián)是指兩組變流橋反極性并聯(lián)，由一個交流電源供電。每組晶閘管都有兩種工作狀態(tài)：整流和逆變。一組處于整流工作時，另一組處于待逆變狀態(tài)。在電機降速時，逆變組工作。
三相全控橋式電路的電壓波形如圖所示。圖上所標(biāo)出的晶閘管觸發(fā)角 α為π/3。晶閘管以π/3的間隔按次序開通，每6個脈沖電機轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)。由于晶閘管 以較快的速率被觸發(fā)，所以流經(jīng)電機的電流幾乎是連續(xù)的。
其工作過程如下：當(dāng)ωt=π/6+α?xí)r，s11開通而在此之前s16已被開通了。因此，當(dāng)a相電壓波形在π/6+α＜ωt＜π/6+α+π/3區(qū)間時，晶閘管s11和s16導(dǎo)通，電機端子與a 相和b相接通，故ud=uab。當(dāng)ωt=α+π/3+π/6時，晶閘管s12開通，電流流經(jīng)s12，而s16由于受反向偏置而關(guān)斷(自然或電網(wǎng)換向)。這時s11和s12導(dǎo)通，電機兩端電壓ud=uac。就這樣，每隔π/3又有一只晶閘管被開通，之后就重復(fù)上述過程。
由波形圖可見，只要改變觸發(fā)角α的值，則就可以改變電機電壓的輸入值，進(jìn)而調(diào)節(jié)直流電機電樞的電流值，達(dá)到調(diào)節(jié)直流電機速度的目的。
在圖中，rw1為轉(zhuǎn)速定位器，為轉(zhuǎn)速偏差電壓，un為轉(zhuǎn)速反饋電壓，δun為反饋偏差電壓，a為比例放大器，uct為觸發(fā)控制電壓，gt為晶閘管的觸發(fā)控制裝置。
系統(tǒng)的工作情況及自動調(diào)速過程如下：
當(dāng)系統(tǒng)在某一較小的轉(zhuǎn)速給定電壓作用下啟動時，開始一瞬間電機并未轉(zhuǎn)動，故轉(zhuǎn)速反饋電壓un=0，反饋偏差電壓δun=，通過放大器后，輸出較大的uct，觸發(fā)器輸出的觸發(fā)角α將由起始狀態(tài)時的90o下降，整流器輸出電壓也由ud=0上升到某一較大的值，電動機在這一電壓作用下（電流不超過允許值時）啟動運轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)速的上升，反饋電壓un上升，則轉(zhuǎn)速偏差電壓δun下降，uct隨之下降，α上升，整流器輸出電壓ud也下降，電動機轉(zhuǎn)差率也下降，直到轉(zhuǎn)速n接近給定轉(zhuǎn)速，即反饋電壓un接近，電機即平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。如前所述，電機轉(zhuǎn)速只能接近給定轉(zhuǎn)速，偏差大小與放大倍數(shù)緊密相關(guān)。但這種系統(tǒng)從原理上說就是有偏差的，故稱為有差調(diào)速系統(tǒng)。
4）晶閘管供電轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
前面所述的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實際上是不能用于數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)，對于數(shù)控機床上要求高的調(diào)速系統(tǒng)，則要求快速啟動、制動，動態(tài)速降要小等，通常采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)如圖所示。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種反饋分別起作用，系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別對轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，兩者之間實行串級聯(lián)接。
2.晶體管直流脈寬（pwm）調(diào)速系統(tǒng)
1）晶體管調(diào)速系統(tǒng)主電路
開關(guān)功率放大器是脈寬調(diào)制速度單元的主回路，其結(jié)構(gòu)形式有兩種，一種是h型(也稱橋式) ，另一種是t型。每種電路又有單極性工作方式和雙極性工作方式之分，而各種不同的工作方式又可組成可逆開關(guān)放大電路和不可逆開關(guān)放大電路。
圖示為廣泛使用的h型開關(guān)電路的工作原理圖，它是由四個二極管和四個功率管組成的橋式回路。直流供電電源+ed由三組全波整流電源供電。脈寬調(diào)制器輸出的脈沖波u1、u2、u3、u4經(jīng)光電隔離器，轉(zhuǎn)換成與各脈沖相位和極性相同的脈沖信號u1、u2、u3、u4，并將其加到開關(guān)功率管vt1～vt4的基極。當(dāng)電機正常工作時，在0<t<t1的時間區(qū)間內(nèi)，u2、u3為高電平，功率晶體管 vt2、vt3導(dǎo)通，此時電源、+ed加到電樞的兩端，向電機供電，電流方向是從電源+ed經(jīng)vt3→電機→vt2→回到電源。在t1≤t<t2時間段u1、u3均是低電平，vt1和vt3截至，+ed被切斷。而此時u2仍為高電平，此時，由于電樞電感的作用，電流經(jīng)vt2和續(xù)流二極管vd4繼續(xù)流通。在t2≤t<t3時，u2、u3又同時為正，+ed又經(jīng)vt2和vt3加至電機兩端，電流繼續(xù)流通。在t3≤t<t時，u2、u4同時為負(fù)，電源又被切斷，而u3為正，所以電樞電流經(jīng)vt3和vd1續(xù)流，如此往復(fù)循環(huán)。主回路得到的電壓uab是在+ed和o之間變化的脈沖電壓。
雙極性和單極性的電路原理圖是一樣的，所不同的是右邊兩個管子的驅(qū)動信號不同。
2）晶體管直流脈寬（pulse width modulation,pwm）調(diào)速系統(tǒng)
（1）直流pwm伺服驅(qū)動裝置的工作原理
pwm驅(qū)動裝置是利用大功率晶體管的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個固定的頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)接通與斷開時間的長短，通過改變直流伺服電動機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。
pwm控制的示意圖如圖所示，可控開關(guān)s以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，當(dāng)s接通時，供電電源u通過開關(guān)s施加到電動機兩端，電源向電機提供能量，電動機儲能；當(dāng)開關(guān)s斷開時，則中斷電動機的能量供給。在開關(guān)s斷開期間電樞電感所儲存的能量則通過續(xù)流二極管vd使電動機電流繼續(xù)流通。
假如加在電機兩端為圖所示的電壓波形，則電機所獲得的平均電壓即為：
有式知：改變ton和toff即可改變轉(zhuǎn)速，但這必須有相應(yīng)的裝置才能實現(xiàn)。圖示的即為一種pwm驅(qū)動裝置系統(tǒng)原理框圖。
由圖知：pwm驅(qū)動裝置的控制結(jié)構(gòu)可分為兩大部分：從主電源將能量傳遞給電動機的功率轉(zhuǎn)換電路以及控制電路。功率轉(zhuǎn)換電路可為h型、t型功率放大電路；控制電路通常由恒頻率波形發(fā)生器、脈沖寬度調(diào)制電路、基極驅(qū)動電路、保護(hù)電路等基本電路組成。
當(dāng)三角形波電壓uδ 與直流電壓uk送入放大器后，如三角波高于控制電壓時，輸出為“空”；反之，輸出為“占”，改變控制電壓uk就可以改變占空比。其輸出波形如圖。
脈沖分配電路它根據(jù)功率轉(zhuǎn)換電路工作制式，對v/w變換的信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪壿嬜儞Q，分配給基極驅(qū)動電路以滿足功率轉(zhuǎn)換電路工作時通、斷時序脈沖的電壓要求。