电机原理及拖动（第4版）课件：直流电动机的调速

《电机原理及拖动》

第4版2024/12/272

直流电动机的调速一、电动机调速的基本概念

电动机调速是通过人为的改变电动机的参数获得另外的电动机机械特性曲线，工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。如果机械特性不变，仅由于负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。2024/12/273

电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。

改变传动机构的传动比来改变工作机构的速度，称为机械调速。

人为改变电动机的参数（如端电压、励磁电流或电枢回路电阻），使同一机械负载得到不同转速，称为电气调速。一、电动机调速的基本概念2024/12/274一、电动机调速的基本概念nTTLRan0nNA0A’n1自然机械特性曲线上的工作点负载变化使工作点由A→A’速度变化：A、A’两点是同一机械特性曲线上的稳定点T’L2024/12/275一、电动机调速的基本概念nTTLRan0nNA0A’Bn1Ra+RC自然机械特性曲线上的工作点串电阻RC后,工作点由A→A’→B速度调节：A、B两点是不同的电动机机械特性曲线上的稳定点2024/12/276基速：电机调速中以电动机的额定转速为基本转速。双向调速：既要求向上调速又要求向下调速。无级调速：转速能够连续、平滑的调节。有级调速：不能连续调节，只能以二速、三速、四速等运行一、电动机调速的基本概念2024/12/277二、电动机调速方法从他励直流电动机的转速特性方程看：电动机驱动生产机械，对电动机的转速不仅要能调节，而且要求调节的范围宽、过程平滑、调节的方法简单、经济。电气调速方法：1.电枢串电阻调速；2.调压调速；3.调磁调速。2024/12/278（一）电枢回路串电阻调速nTTLRan0nAA0CBnBRa+Rc1Ra+Rc2nC

保持U＝UN且＝N不变，电枢回路中串入调速电阻Rc，使同一个负载得到不同转速的方法，称为电枢串电阻调速。2024/12/279（一）、电枢回路串电阻调速调速过程电流变化曲线调速前、后电流不变调速过程转速变化曲线结论：带恒转矩负载时,串电阻越大,转速越低。2024/12/2710

电枢回路串电阻调速时，外串电阻也消耗电功率，铜损较大。因此调速系统效率降低：如果不计空载损耗p0输出功率却随转速的下降而下降。如果电机转速是理想空载转速的1/2，则输入功率的50%都损耗在电枢回路的电阻上。所以这是耗能的调速方法。同时由于机械特性变软，系统转速稳定性较差。（一）、电枢回路串电阻调速2024/12/2711（二）、降低电源电压调速TTLAA’B调速前工作点A降压瞬间工作点稳定后工作点

保持电动机的＝N不变且无外接电枢电阻，仅降低施加于电动机电枢两端电压U达到调速的目的，称为降压调速。2024/12/2712调速过程电流变化曲线调速前、后电流不变调速过程转速变化曲线tt=0n1nNIaNianian结论：带恒转矩负载时,电压越低,转速越低。（二）、降低电源电压调速2024/12/2713

降低电源电压调速时，恒转矩负载下Ia不变，铜损较小且与转速无关，所以能获得较高的效率。（二）、降低电源电压调速

降低电源电压调速时，电动机机械特性曲线硬度不变，不论高速、低速都有比较好的转速稳定性。是一种性能优越的调速方法。例题3-22024/12/2714（三）、减弱磁通调速

改变励磁电流调速，实际上是减少励磁磁通的调速，所以又称弱磁调速。

弱磁调速：保持U＝UN，Rc＝0，仅减小电动机的励磁电流If使主磁通减小，达到调速目的。2024/12/2715（三）、减弱磁通调速A’BTTLA调节磁场前工作点弱磁瞬间工作点A→A‘弱磁稳定后的工作点2024/12/2716（三）、减弱磁通调速减弱磁通调速前、后转速变化曲线减弱磁通前、后的电枢电流变化曲线tt=0n结论：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。2024/12/2717（三）、减弱磁通调速

弱磁调速属于向上调速，保持U＝UN，Rc＝0，通过减小主磁通达到调速目的。对于恒转矩负载，向上调速后电枢电流增加，由于电动机换向能力和机械强度的限制转速不能升的过高一般在1.2~1.5nN实际生产中可将降压调速与弱磁调速配合使用，实现双向调节。2024/12/2718三、调速的性能指标用电机的调速性能指标来评价调速方法。（一）调速范围：额定负载下的最高转速和最低转速之比。TN2024/12/2719（二）静差率（相对稳定性）：δ%越小，负载变化时转速的变化越小，转速相对稳定性越好静差率是指在某一调节转速下，电动机从理想空载转速到额定负载时的转速变化率。TN2024/12/2720TN降低电压电压调速时静差率与调速范围2024/12/2721调速范围和静差率的关系通过上述分析可知：δ%与机械特性硬度及n0有关。D与δ%相互制约:δ越小,相对稳定性越好，但D小;在保证一定的δ指标的前提下,要扩大D,须减少Δn,即提高机械特性的硬度。例题3-42024/12/2722（三）调速的平滑性

k越接近1，平滑性越好，当k＝1时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。（四）调速的经济性

在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数：主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。2024/12/2723电枢回路串电阻调速：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；2）低速时特性曲线斜率大,静差率大,机械特性很软，当负载变化时，转速波动很大。静态稳定性差调速范围不大。3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≦2；4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使T和Ia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。几种调速方法比较2024/12/27241）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。

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。3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达D=2.5〜12。

4）电能损耗较小。需要一套电压可连续调节的直流电源。降低电源电压调速几种调速方法比较2024/12/2725弱磁调速：弱磁调速属于向上调速，由于在电流较小的励磁回路调节，所以功率损耗较小控制方便，可以平滑调节。电动机转速不能升的过高。将降压调速与弱磁调速配合使用，可扩大调速范围。高速时机械特性变软，对系统转速稳定性有影响。几种调速方法比较2024/12/2726四、电动机调速时允许输出的转矩和功率在某一转速下，电机既能充分利用又能安全运行时输出的功率和转矩称为调速时的允许输出功率和转矩。在整个调速范围允许输出转矩为常数，恒转矩调速方式。在整个调速范围内的允许输出功率为常数，是恒功率调速方式。

以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速。2024/12/2727（一）恒转矩调速方式保持I不变电枢串电阻调速和降压调速时，磁通保持不变，若在不同转速下保持电流不变，即电机得到充分利用，在整个调速范围输出转矩为常数。2024/12/2728（二）恒功率调速方式减弱磁通调速时，磁通是变化的，在不同转速下若保持电流不变，即电机得到充分利用。在整个调速范围内输出功率为常数。2024/12/2729

当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与调速方式和负载类型的配合有关。五、负载类型与调速方式的配合

一般来说，为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用恒转矩调速方式。