第9讲 调速方式与负载类型匹配分析

1、 1、调速与负载类型、调速与负载类型 2、调速的性能指标、调速的性能指标 3、电动运行、电动运行第第9讲讲 他励直流电动机的调速、他励直流电动机的调速、电动制动运行电动制动运行一、电动机的容许输出与充分利用概念一、电动机的容许输出与充分利用概念1 1、电动机的容许输出、电动机的容许输出固定转速下，长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。固定转速下，长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。其主要约束是其主要约束是电机的发热电机的发热。发热取决于。发热取决于电枢电流电枢电流。 所以，工程上确定一台电动机的容许输出转矩和功率做法所以，工程上确定一台电动机的容许输出转矩和功率做法是：是：固定转速下，对

2、应固定转速下，对应额定电流额定电流时的输出转矩和功率。时的输出转矩和功率。2 2、电动机的充分利用、电动机的充分利用 固定转速下，电动机的实际输出转矩和功率达到了它的容固定转速下，电动机的实际输出转矩和功率达到了它的容许输出值，即电枢电流达到了额定值。许输出值，即电枢电流达到了额定值。 显然，电动机在大于额定电流下工作，会过热烧坏；在小显然，电动机在大于额定电流下工作，会过热烧坏；在小于额定电流下工作，电动机会得不到充分利用而造成浪费。于额定电流下工作，电动机会得不到充分利用而造成浪费。 所以，正确地使用电动机，应当保证其总是处于额定电流所以，正确地使用电动机，应当保证其总是处于额定电流下工作

3、。下工作。3 3、电动机调速时的充分利用、电动机调速时的充分利用 转速不需要改变时转速不需要改变时，通常工作在额定状态，特别是，通常工作在额定状态，特别是电枢电流为额定值，此时电动机很容易做到充分利用。电枢电流为额定值，此时电动机很容易做到充分利用。 转速需要改变时转速需要改变时，电动机的工作点发生变化，能否，电动机的工作点发生变化，能否在不同转速下都得到充分利用，需要针对在不同转速下都得到充分利用，需要针对不同的负载类不同的负载类型型选择合适的选择合适的调速方法调速方法。一、电动机的容许输出与充分利用概念一、电动机的容许输出与充分利用概念二、恒转矩调速和恒功率调速二、恒转矩调速和恒功率调速

4、以电动机在不同转速下都能得到充分利用为条件以电动机在不同转速下都能得到充分利用为条件，通常，通常把他励直流电动机的调速分为把他励直流电动机的调速分为恒转矩调速恒转矩调速和和恒功率调速恒功率调速。 其中，其中，电枢串电阻调速电枢串电阻调速和和降压调速降压调速属于属于恒转矩恒转矩调速方式，调速方式，而而弱磁调速弱磁调速属于属于恒功率恒功率调速方式。调速方式。1 1、恒转矩调速方式、恒转矩调速方式 电枢串电阻调速电枢串电阻调速和和降压调速降压调速时，保持额定磁通时，保持额定磁通( (= =N N) )不变不变; ;考虑到电机的充分利用，应该在不同转速下保持电枢考虑到电机的充分利用，应该在不同转速下保

5、持电枢电流为额定电流电流为额定电流( (I I= =I IN N) )不变。此时：不变。此时：nCTnPICTTNNTem19550constant容许输出功率：容许输出转矩： 所以，所以，电枢串电阻调速电枢串电阻调速和和降电压调速降电压调速时，电动机的时，电动机的容容许输出功率许输出功率与转速成正比，而与转速成正比，而容许输出转矩容许输出转矩为恒值，故这两为恒值，故这两种调速方法为种调速方法为恒转矩调速恒转矩调速方式。方式。恒转矩调速恒转矩调速方式的定义：方式的定义：在电机调速过程中，保持电枢电流在电机调速过程中，保持电枢电流和每极磁通都为额定值，电磁转矩也为额定值。和每极磁通都为额定值，电

6、磁转矩也为额定值。2 2、恒功率调速方式、恒功率调速方式 弱磁调速弱磁调速时，磁通时，磁通是变化的，考虑到电机的充分利是变化的，考虑到电机的充分利用，应该在不同转速下保持电枢电流为额定电流用，应该在不同转速下保持电枢电流为额定电流( (I I= =I IN N) )不变。不变。此时：此时：Constant95502TnPnCInCRIUCICTTNeaNNTNTem容许输出功率：容许输出转矩： 所以，所以，弱磁调速弱磁调速时，电动机的时，电动机的容许输出转矩容许输出转矩与转速成与转速成反比，而反比，而容许输出功率容许输出功率为恒值，故这种调速方法为为恒值，故这种调速方法为恒功率调恒功率调速速方

7、式。方式。恒功率调速恒功率调速方式的定义：方式的定义：在电机调速过程中，保持电枢电流在电机调速过程中，保持电枢电流为额定值，采用弱磁升速但保持电磁功率不变。为额定值，采用弱磁升速但保持电磁功率不变。三、调速方式和负载类型的配合三、调速方式和负载类型的配合nC9550TnPconstantICTT恒转矩调速方式：1NNTemConstant9550TnPnCnCRIUCICTT恒功率调速方式：2eaNNTNTem他励电动机调速时的他励电动机调速时的容许输出转矩曲线和容许输出转矩曲线和容许输出功率曲线：容许输出功率曲线：理想情况下，调速运行的电动理想情况下，调速运行的电动机的实际输出转矩和输出功率

8、机的实际输出转矩和输出功率应该按照图示曲线规律变化。应该按照图示曲线规律变化。然而，由于负载的转矩特性和功然而，由于负载的转矩特性和功率特性不同，导致与电动机的曲率特性不同，导致与电动机的曲线不能重合，需要研究调速方式线不能重合，需要研究调速方式与负载类型的配合问题。与负载类型的配合问题。恒转矩负载恒转矩负载恒功率负载恒功率负载风机类负载风机类负载恒转矩恒转矩调速方式调速方式恒功率恒功率调速方式调速方式三、调速方式和负载类型的配合三、调速方式和负载类型的配合1 1、恒转矩负载、恒转矩负载-恒转矩调速方式恒转矩调速方式 此时，负载转矩此时，负载转矩T TL L与电机的容许输出转矩与电机的容许输出

9、转矩T T均为常数，均为常数，负载功率与电机的容许输出功率均与转速成正比。负载功率与电机的容许输出功率均与转速成正比。 所以，只要所以，只要选择电机的容许输出转矩（即额定转矩）与负载转矩相选择电机的容许输出转矩（即额定转矩）与负载转矩相等等，则在任何转速下，均满足，则在任何转速下，均满足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N即满足了负载要求，又即满足了负载要求，又得到了充分利用，是一种理想的配合。得到了充分利用，是一种理想的配合。 该调速系统中，该调速系统中，额定转速额定转速是调速是调速系统的系统的最大转速最大转速。2 2、恒功率负载、恒功率负载-恒

10、功率调速方式恒功率调速方式 此时，负载功率此时，负载功率P PL L与电机的容许输出功率与电机的容许输出功率P P均为常数，均为常数，负载转矩与电机的容许输出转矩均与转速成反比。负载转矩与电机的容许输出转矩均与转速成反比。 所以，只要选择所以，只要选择电机的容许输出功率（即额定功率）与负载功率相电机的容许输出功率（即额定功率）与负载功率相等等，则在任何转速下，均满足，则在任何转速下，均满足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N，即满足了负载要求，即满足了负载要求，又得到了充分利用，是一种理想的配合。又得到了充分利用，是一种理想的配合。 该调速系统中，

11、转速是从额定转该调速系统中，转速是从额定转速往上调的，电动机的速往上调的，电动机的额定转速额定转速是调是调速系统的速系统的最低转速最低转速。3 3、恒转矩负载、恒转矩负载-恒功率调速方式恒功率调速方式 此时，负载转矩此时，负载转矩T TL L= =常数；恒功率调速方式要求电机的常数；恒功率调速方式要求电机的容许输出转矩容许输出转矩T T与转速成反比变化。显然，二者的曲线不能与转速成反比变化。显然，二者的曲线不能重合。重合。 所以，只能选择所以，只能选择电机的容许输出转矩的最小值（此时转速最高）等电机的容许输出转矩的最小值（此时转速最高）等于恒定的负载转矩。于恒定的负载转矩。则只有在最高转速这一

12、点上，才满足则只有在最高转速这一点上，才满足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N。可以证明，在最低速时，电机的实际输出功率（负载功率）只有。可以证明，在最低速时，电机的实际输出功率（负载功率）只有电动机额定功率的电动机额定功率的1/D1/D倍（倍（D D是调速范围）。是调速范围）。 所以，这种配合造成了电机容量所以，这种配合造成了电机容量的浪费，不是合理的配合。的浪费，不是合理的配合。LminminLminmaxmaxLLmaxNDP9550nTnn9550nTPP最大功率，则：负载所需要的选择电机额定功率等于4 4、恒功率负载、恒功率负载-恒转矩

13、调速方式恒转矩调速方式 此时，负载转矩与转速成反比；恒转矩调速方式要求电此时，负载转矩与转速成反比；恒转矩调速方式要求电机的容许输出转矩为常数。显然，二者的曲线不能重合。机的容许输出转矩为常数。显然，二者的曲线不能重合。 所以，只能选择恒定的所以，只能选择恒定的电机容许输出转矩等于变化的负载转矩的最电机容许输出转矩等于变化的负载转矩的最大值（此时转速最低）。大值（此时转速最低）。则只有在最低转速这一点上，才满足则只有在最低转速这一点上，才满足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N。可以证明，在最低速时，电机的实际输出功率（恒定的负。可以证明，在最低速

14、时，电机的实际输出功率（恒定的负载功率）只有电动机额定功率的载功率）只有电动机额定功率的1/D1/D倍（倍（D D是调速范围）。是调速范围）。 所以，这种配合同样造成了电机所以，这种配合同样造成了电机容量的浪费，不是合理的配合。容量的浪费，不是合理的配合。LminLmaxminmaxmaxLmaxNNNDP9550nTnn9550nT9550nTP转矩，则：额定转矩等于最大负载负载的最大转速，选择电机额定转速等于5 5、风机类负载、风机类负载-两种调速方式两种调速方式 由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最高转速时由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最高转速时（所需的转矩最

15、大）仍能满足负载的需要，所以，应该选择（所需的转矩最大）仍能满足负载的需要，所以，应该选择电机最大速电机最大速度时的输出转矩等于变化的负载转矩的最大值（此时转速最高）。度时的输出转矩等于变化的负载转矩的最大值（此时转速最高）。 则只有在最高转速这一点上，才满足则只有在最高转速这一点上，才满足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N。而在其他。而在其他转速下均有转速下均有T TL LT T，P PL L P P，I Ia a I IN N，电动机都得不到充分利用，但该，电动机都得不到充分利用，但该类负载配恒转矩调速方式比配恒功率调速方式更经济一些。类负载

16、配恒转矩调速方式比配恒功率调速方式更经济一些。 由以上分析可得，调速方式与负载类型的适当配合为：由以上分析可得，调速方式与负载类型的适当配合为：（1 1）电枢串电阻调速和降压调速属于恒转矩调速方式，适）电枢串电阻调速和降压调速属于恒转矩调速方式，适用于用于恒转矩负载恒转矩负载。（2 2）弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于）弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于恒功率负载恒功率负载。（3 3）对于）对于风机类负载风机类负载，三种调速方法都不太合适，但采用，三种调速方法都不太合适，但采用电枢串电阻调速和降压调速要比弱磁调速更好一点。电枢串电阻调速和降压调速要比弱磁调速更好一点。四、调速的性能指标四、调

17、速的性能指标评价调速性能好坏的指标主要有四个方面：评价调速性能好坏的指标主要有四个方面：（1 1）调速范围；）调速范围；（2 2）静差率（转速变化率或相对稳定性）；）静差率（转速变化率或相对稳定性）；（3 3）平滑性；）平滑性；（4 4）经济性。）经济性。1.1.调速范围：调速范围：指电动机拖动额定负载时，所能达到的最指电动机拖动额定负载时，所能达到的最大转速与最小转速之比。大转速与最小转速之比。 最高转速受电动机的换向极机械强度限制，最低转速最高转速受电动机的换向极机械强度限制，最低转速受生产机械对转速相对稳定性（静差率）要求的限制。受生产机械对转速相对稳定性（静差率）要求的限制。 maxm

18、innDn2.静差率静差率 （转速变化率）：（转速变化率）：指电动机在某一机械特指电动机在某一机械特性曲线上运行时，在额定负载下的转速降对理想空载转速性曲线上运行时，在额定负载下的转速降对理想空载转速的变化率。即：的变化率。即：000nnnnn 四、调速的性能指标四、调速的性能指标 静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速变化也小。从上面公式可以得出：转速变化也小。从上面公式可以得出：（1）当）当n0一定时，机械特性越硬一定时，机械特性越硬，额定转矩时转速降越小，静差率，额定转矩时转速降越小，静差率越小。如右图所示，分别画出他励越小。如右

19、图所示，分别画出他励直流电动机的固有机械特性和电枢直流电动机的固有机械特性和电枢串电阻的人为机械特性。固有机械串电阻的人为机械特性。固有机械特性的转速降较小，人为机械特性特性的转速降较小，人为机械特性的转速降较大，两条机械特性上的静差率也不一样。若串的转速降较大，两条机械特性上的静差率也不一样。若串最大电阻的静差率满足要求，其它各条机械特性的静差率最大电阻的静差率满足要求，其它各条机械特性的静差率也满足要求。也满足要求。四、调速的性能指标四、调速的性能指标（2）机械特性硬度相同时，理想空载转速越高，转差率）机械特性硬度相同时，理想空载转速越高，转差率越小。如右图所示，分别为固有机械特性和降低电

20、源电压越小。如右图所示，分别为固有机械特性和降低电源电压的机械特性。转速降的机械特性。转速降nN相同，相同，但静差率不同，若电压最低的机械但静差率不同，若电压最低的机械特性的静差率满足要求，其它调压特性的静差率满足要求，其它调压的机械特性也能满足要求。的机械特性也能满足要求。 调速范围调速范围D与静差率与静差率之间相之间相互制约。采用同一种方法调速时，互制约。采用同一种方法调速时，静差率静差率要求低时，可以得到较要求低时，可以得到较大的调速范围；如果静差率一定，采用不同的调速方法，大的调速范围；如果静差率一定，采用不同的调速方法，调速范围调速范围D不同。不同。四、调速的性能指标四、调速的性能指标 由于调速范围和静差率既有关系又相互制约，因此，由于调速范围和静差率既有关系又相互制约，因此，需要调速的生产机械，必须同时考虑这两