《电机技术应用》课件 3.3.2 直流电机的调速

直流电动机的调速直流电机

为了提高生产效率或满足生产工艺要求，许多生产机械在工作过程中都需要调速，例如在车床切削工件时，精加工用高速，粗加工用低速；轧钢机在轧制不同品种和不同厚度的钢材时，也必须有不同的加工速度。

电动机调速可采用机械调速和电气调速，或二者配合调速。通过改变传动机构速度比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电气参数进行调速的方法称为电气调速。概述

1）调速范围:2）静差率:δ%越小，相对稳定性越好；δ%与机械特性硬度和n0有关。

2、调速技术指标：调速指标

1、调速性能要求：

（1）调速范围大（2）调速平滑（3）经济性好（4）方法简便可靠3）调速的平滑性:相邻两级转速之比为平滑系数，φ越接近1，平滑性越好，当φ=1时，称为无级调速；调速不连续时，称为有级调速。电气调速方法电气调速方法：通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速，改变电动机参数就是人为改变电动机的机械特性，从而使负载工作点发生变化，转速随之而改变。根据他励直流电动机的转速公式，电气调速的方法主要有三种：1.调压调速2.电枢串电阻调速3.调磁调速1、电枢回路串电阻调速工作条件：保持励磁磁通Φ=ΦN，保持电压U=UN调节过程：增加电阻RaRan，n0不变

调节特性：转速下降，机械特性曲线斜率变大，特性变软nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3Ra<R1<R2<R

3优点电枢串电阻调速设备简单，操作方便。缺点1由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；缺点2低速时特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的相对稳定性差缺点3轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≦2；缺点4损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因磁通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。1、电枢回路串电阻调速2、降低电源电压调速工作条件：保持励磁Φ=ΦN，保持电阻R=Ra调节过程：改变电压UNUn，n0调节特性：转速下降，机械特性曲线平行下移nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3UN>U1>U2>U

3缺点需要一套电压可连续调节的直流电源。优点1电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。优点2调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好。优点3无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达D=2.5〜12。优点4电能损耗较小。2、降低电源电压调速3、减弱磁通调速工作条件：保持励磁Φ=ΦN，保持保持电阻R=Ra调节过程：减小磁通ΦN

Φn，n0调节特性：转速上升，机械特性曲线变软nn0OTTL

N

1

2

3nNn1n2n3Φ

N>Φ

1>Φ2>Φ

3缺点2转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般D≤2；优点控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，经济性是比较好。缺点1机械特性的斜率变大，特性变软；

为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压调速。3、减弱磁通调速4、三种调速方法的比较改变电阻调速：设备简单，调速方便，但技术指标和经济性能较差，工作效率低，只能实现有级调速，目前在大功率直流电机的启动等方面有所应用。减弱磁通调速：控制方便，平滑性较好，设备容量小，消耗功率小。虽然可以平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（电机额定转速）以上做小范围的升速。调节电枢电压调速：调速平滑，调速范围大，经济性能好，但投资大，还可能出现谐波公害。现代直流调速系统主要以调压调速为主。1、电动机的Tem是驱动性质的转矩，Tem增大时，n反而下降，这是什么原因？2、

一台他励直流发电机和一台并励直流发电机，如果其他条件不变，将转速提高5%，问空载电压哪一台提得更高？为什么？答：当转速提高后，并励发电机空载电压提得更高些。因空载电压就等于发电机的电枢电势E，由E=CeΦn可知，E∝Φn。对于他励发电机，其If与电枢回路无关，Φ是常量，故E∝n，当n提高5%时，E也增高5%。而对于并励发电机，其If∝E，当n升高时会使得E增加，并且E的增加会使得If增加，并导致Φ增加，将进一步使E增加。所以转速提高后，并励发电机的空载电压将升得更高些。思考与练习3、

某串励电动机，PN=14.7KW，UN=220V，IN=78.5A，nN=585r/min，Ra=0.26Ω（包括电刷接触电阻）。欲在负载转矩不变条件下把转速降到350,需串入多大电阻？答：对于串励电动机

思考与练习4、

他励直流电动机额定数据：PN＝5.6kW，UN＝220V，IN＝30A，nN＝1000r/min,电枢回路总电阻Ra＝0.4,TZ=0.8TN.试求：（1）如果电枢回路中串入电阻Ra＝0.8,求稳定后的转速和电流；（2）采用降压调速使转速降为500r/min，端电压应降为多少？稳定后电流为多少？（3）如将磁通减少15％，稳定后的转速与电流；（4）如果端电压与磁通都降低10％，求稳定后的转速与电流。答：额定运行时，（1）串入电阻RZ＝0.8()，TZ=0.8TN，因电磁转矩不变，所以Ia1＝0.8IN=24(A)（2）n2＝500r/min，因负载转矩不变，所以稳定后电流不变，Ia2＝0.8IN=24(A)

，因负载转矩不变，稳定后电流（4）U4＝0.9UN,稳定后电流：思考与练习5、他励直流电动机的额定数据与题4相同，该机采用调压调速，试问：（1）若该机带动TZ＝TN的恒转矩负载，当端电压降为U＝1/3UN时，电动机的稳定电流与转速为多少？能否长期运行？（2）若