他励直流电动机的调速

1、2.6 他励直流电动机的调速 为了提高劳动生产率和保证产品质量，要求生产机械在不同的情况下有不同的工作速度，如轧钢机在轧制不同的品种和不同厚度的钢材时，就必须有不同的工作速度以保证生产的需要，这种人为改变速度的方法称为调速。 可以用机械的方法或电气的方法实现调速。这里只分析电气的调速方法及其性能特点。 电气调速是人为地改变电气参数，有意识地使电动机工作点由一条机械特性曲线转换到另一条机械特性曲线上，为了生产需要而对电动机转速进行的一种控制，它与电动机在负载或电压随机波动时而引起的转速扰动变化是两个不同的概念。 根据直流电动机的转速公式eC)(paaaRRIUn 可见，当电枢电流 不变时（即负载

2、不变），只要在电枢电压U、电枢电路中的附加电阻 和每极磁通 三个参数中，任意改变一个，都能引起转速的变化。因此，他励直流电动机可以有三种调速方法。 为了评价各种调速方法的优缺点，对调速方法提出了一定的技术经济指标，通常称为调速指标。下面先对调速指标做一简要说明。 aIpaR图2.26 不同机械特性的静差率 调速指标 1调速范围调速范围 调速范围是指电动机在额定负载下调速时，其最高转速 与最低转速 之比，用D表示，即 （2-20） 不同的生产机械对调速范围的要求不同，如车床D20100，龙门刨床D =1040，轧钢机D1.203等。 电动机最高转速 受电动机的换向及机械强度限制，最低转速受转速相

3、对稳定性（即静差率）要求的限制。 maxnmaxnminnminmaxnnD 2静差率静差率(调速的相对稳定性) 静差率或称转速变化率是指电动机在一条机械特性上额定负载时的转速降落 与该机械特性的理想空载转速 之比，用 表示，即 （2-21）式中，n为额定负载转矩 时的转速n0n000nnnnnLemTTTNTnn0N01nmin nN 从式（2-21）可看出，在 相同时，机械特性越“硬”，额定负载时转速降 越小，静差率 越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速变化也越小。图2.26中机械特性1比机械特性2“硬”，所以 。静差率除与机械特性硬度有关外， 还与理想空载转速 成反比。对于同样“

4、硬度”的特性，如图2.26中特性1和特性3，虽然转速降相同 ，但其静差率却不同 。为了保证转速的相对稳定性，常要求静差率 应不大于某一允许值（负载允许值）。 0nn210n31nn31图2.26 不同机械特性的 静差率 调速范围D与静差率 两项性能指标是互相制约的，当采用同一种方法调速时，静差率要求较低时，则可以得到较宽的调速范围；反之，静差率要求较高时，则调速范围小。如果静差率要求一定时，采用不同的调速方法，其调速范围不同，如改变电枢电源电压调速比电枢串电阻调速的调速范围大。调速范围与静差率是互相制约着，因此需要调速的生产机械，必须同时给出静差率与调速范围这两项指标，以便选择适当的调速方法。

5、 3调速的平滑性调速的平滑性 调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度，用平滑系数 表示，即 （2-22） 平滑系数 越接近1，说明调速的平滑性越好。如果转速连续可调，其级数趋于无穷多，称为无级调速， =1，其平滑性最好；调速不连续，级数有限，称为有级调速。 1iinn 4调速的经济性调速的经济性 经济性包含两方面的内容，一是指调速所需的设备投资和调速过程中的能量损耗，另一方面是指电动机调速时能否得到充分利用。一台电动机当采用不同的调速方法时，电动机容许输出的功率和转矩随转速变化的规律是不同的，但电动机实际输出的功率和转矩是由负载需要所决定的，而不同的负载，其所需要的功率和转矩随转速变化的规律也

6、是不同的，因此在选择调速方法时，既要满足负载要求，又要尽可能使电动机得到充分利用。经分析可知，电枢回路串电阻调速以及降低电枢电压调速适用于恒转矩负载的调速，而弱磁调速适用于恒功率负载的调速。2.6.1 电枢串电阻调速 他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及励磁电流为额定值不变，在电枢回路中串入不同值的电阻，电动机将运行于不同的转速，如图2.27所示，图中的负载为恒转矩负载。 从图2.27可以看到，当电枢回路串入电阻R时，电动机的机械特性的斜率 将增大，电动机和负载的机械特性的交点将下移，即电动机稳定运行转速降低。 2TeCCNaRR图2.27 电枢串电阻调速机械特性 如图2.27中串入的

7、电阻值 ，交点A2的转速n2低于交点A1的转速n1，它们都比原来没有外串电阻的交点A的转速n低。 电枢回路串接电阻调速方法的优点是设备简单，调节方便，缺点是调速范围小，电枢回路串入电阻后电动机的机械特性变“软”，使负载变动时电动机产生较大的转速变化，即转速稳定性差，而且调速效率较低。12RR 图2.27 电枢串电阻调速机械特性 2.6.2 改变电枢电源电压调速改变电枢电源电压调速 他励直流电动机的电枢回路不串接电阻，由一可调节的直流电源向电枢供电，最高电压不应超过额定电压。励磁绕组由另一电源供电，一般保持励磁磁通为额定值。电枢电源电压不同时，电动机拖动负载将运行于不同的转速上，如图2.28所示

8、，图中的负载为恒转矩负载。 图2.28 改变电枢电压调速机械特性 从图2.28中可以看出，当 电枢电源电压为额定值 时，电动机和负载的机械特性的交点为A，转速为n；电压降到U1后，交点为A1，转速为n1；电压为U2，交点为A2，转速为n2；电压为U3，交点为A3，转速为n3；电枢电源电压越低，转速也越低。同样，改变电枢电源电压调速方法的调速范围也只能在额定转速与零转速之间调节。 NU图2.28 改变电枢电压调速机械特性 改变电枢电源电压调速时，电动机机械特性的“硬度”不变，因此，即使电动机在低速运行时，转速随负载变动而变化的幅度较小，即转速稳定性好。当电枢电源电压连续调节时，转速变化也是连续的

9、，所以这种调速称为无级调速。 改变电枢电源电压调速方法的优点是调速平滑性好，即可实现无级调速，调速效率高，转速稳定性好，缺点是所需的可调压电源设备投资较高。这种调速方法在直流电力拖动系统中被广泛应用。 2.6.3 弱磁调速弱磁调速 保持他励直流电动机电枢电源电压不变，电枢回路也不串接电阻，在电动机拖动负载转矩不很大（小于额定转矩）时，减少直流电动机的励磁磁通，可使电动机转速升高。他励直流电动机带恒转矩负载时弱磁调速，如图2.29所示。 从图2.29中可以看出，当励磁磁通为额定值 时，电动机和负载的机械特性的交点为A，转速为n；励磁磁通减少为 时，理想空载转速增大，同时机械特性斜率也变大，交点为A1，转速为n1；励磁磁通减少为 时，交点为A2，转速为n2 。弱磁调速的范围是在额定转速与电动机所允许最高转速之间进行调节，至于电动机所允许最高转速值是受换向与机械强度所限制，一般约为1.2 nN左右，特殊设计的调速电动机，可达3 nN或更高。单独使用弱磁调速方法，调速的范围不会很大。 N12图2.29 弱磁调速机械特性 弱磁调速的优点是设备简单，调节方便，运行效率也较高，