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2、调速的性能指标3、电动运行,第9讲他励直流电动机的调速、电动制动运行,一、电动机的容许输出与充分利用概念,1、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。,其主要约束是电机的发热。发热取决于电枢电流。,所以，工程上确定一台电动机的容许输出转矩和功率做法是：固定转速下，对应额定电流时的输出转矩和功率。,2、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

2、于额定电流下工作。,3、电动机调速时的充分利用,转速不需要改变时，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。,转速需要改变时，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，需要针对不同的负载类型选择合适的调速方法。,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,以电动机在不同转速下都能得到充分利用为条件，通常把他励直流电动机的调速分为恒转矩调速和恒功率调速。,其中，电枢串电阻调速和降压调速属于恒转矩调速方式，而弱磁调速属于恒功率调速方式。,1、恒转矩调速方式,电枢串电阻调速和降压调速时，保持额定磁通(=N)不变;考虑到电机的充分利用，

3、应该在不同转速下保持电枢电流为额定电流(I=IN)不变。此时：,所以，电枢串电阻调速和降电压调速时，电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值，故这两种调速方法为恒转矩调速方式。,恒转矩调速方式的定义：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。,2、恒功率调速方式,弱磁调速时，磁通是变化的，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(I=IN)不变。此时：,所以，弱磁调速时，电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值，故这种调速方法为恒功率调速方式。,恒功率调速方式的定义：在电机调速过程中，保持电枢电流为额定值，采用弱磁升

4、速但保持电磁功率不变。,三、调速方式和负载类型的配合,他励电动机调速时的容许输出转矩曲线和容许输出功率曲线：,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，需要研究调速方式与负载类型的配合问题。,三、调速方式和负载类型的配合,1、恒转矩负载-恒转矩调速方式,此时，负载转矩TL与电机的容许输出转矩T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。,所以，只要选择电机的容许输出转矩（即额定转矩）与负载转矩相等，则在任何转速下，均满足T=TL，P=PL，Ia=IN即满足了负载要求，又得到了充分

5、利用，是一种理想的配合。,该调速系统中，额定转速是调速系统的最大转速。,2、恒功率负载-恒功率调速方式,此时，负载功率PL与电机的容许输出功率P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。,所以，只要选择电机的容许输出功率（即额定功率）与负载功率相等，则在任何转速下，均满足T=TL，P=PL，Ia=IN，即满足了负载要求，又得到了充分利用，是一种理想的配合。,该调速系统中，转速是从额定转速往上调的，电动机的额定转速是调速系统的最低转速。,3、恒转矩负载-恒功率调速方式,此时，负载转矩TL=常数；恒功率调速方式要求电机的容许输出转矩T与转速成反比变化。显然，二者的曲线不能重合。,所以，

6、只能选择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。则只有在最高转速这一点上，才满足T=TL，P=PL，Ia=IN。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1/D倍（D是调速范围）。,所以，这种配合造成了电机容量的浪费，不是合理的配合。,4、恒功率负载-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）。则只有在最低转速这一点上，才满足T=TL，P=PL，Ia=IN。可以证明，在最低速时，电机的实际输出

7、功率（恒定的负载功率）只有电动机额定功率的1/D倍（D是调速范围）。,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。,5、风机类负载-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（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T=TL，P=PL，Ia=IN。而在其他转速下均有TLT，PLP，IaIN，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。,由以上分析可得，调速方式与负载类型的适当配合为：（1）电枢串电阻调速和降压调

8、速属于恒转矩调速方式，适用于恒转矩负载。（2）弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于恒功率负载。（3）对于风机类负载，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。,四、调速的性能指标,评价调速性能好坏的指标主要有四个方面：,（1）调速范围；（2）静差率（转速变化率或相对稳定性）；（3）平滑性；（4）经济性。,1.调速范围：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。,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。,2.静差率（转速变化率）：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

9、转速的变化率。即：,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，转速变化也小。从上面公式可以得出：（1）当n0一定时，机械特性越硬，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。,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nN相同，但静差率不同，若电压最低的机械特性的静差率满足要求，其它调压的机械特性也能满足要求。调速范围D与静差率之间相互制约。采用同一种方法调速时，静差率要求低时，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，调速范围D不同。,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，需要调速的生产机械，必须同时考虑这两项指标，以便选择适当的调速方法。3、调速的平滑性无级调速的平滑性好，有级调速的平滑性用平滑系数表示，定义为相邻两级调速中，高一级转速ni与低一级转速ni-1之比：越小，调速越平滑。4、调速的经济性调速的经济性主要考虑设备的初投资、调速时的电能损耗、运行时的维修费用。,四、调