第9講 調(diào)速方式與負(fù)載類型匹配分析

1、 1、調(diào)速與負(fù)載類型、調(diào)速與負(fù)載類型 2、調(diào)速的性能指標(biāo)、調(diào)速的性能指標(biāo) 3、電動運行、電動運行第第9講講 他勵直流電動機的調(diào)速、他勵直流電動機的調(diào)速、電動制動運行電動制動運行一、電動機的容許輸出與充分利用概念一、電動機的容許輸出與充分利用概念1 1、電動機的容許輸出、電動機的容許輸出固定轉(zhuǎn)速下，長期可靠工作時所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩和功率。固定轉(zhuǎn)速下，長期可靠工作時所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩和功率。其主要約束是其主要約束是電機的發(fā)熱電機的發(fā)熱。發(fā)熱取決于。發(fā)熱取決于電樞電流電樞電流。 所以，工程上確定一臺電動機的容許輸出轉(zhuǎn)矩和功率做法所以，工程上確定一臺電動機的容許輸出轉(zhuǎn)矩和功率做法是：是：固定轉(zhuǎn)速下，對

2、應(yīng)固定轉(zhuǎn)速下，對應(yīng)額定電流額定電流時的輸出轉(zhuǎn)矩和功率。時的輸出轉(zhuǎn)矩和功率。2 2、電動機的充分利用、電動機的充分利用 固定轉(zhuǎn)速下，電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩和功率達到了它的容固定轉(zhuǎn)速下，電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩和功率達到了它的容許輸出值，即電樞電流達到了額定值。許輸出值，即電樞電流達到了額定值。 顯然，電動機在大于額定電流下工作，會過熱燒壞；在小顯然，電動機在大于額定電流下工作，會過熱燒壞；在小于額定電流下工作，電動機會得不到充分利用而造成浪費。于額定電流下工作，電動機會得不到充分利用而造成浪費。 所以，正確地使用電動機，應(yīng)當(dāng)保證其總是處于額定電流所以，正確地使用電動機，應(yīng)當(dāng)保證其總是處于額定電流下工作

3、。下工作。3 3、電動機調(diào)速時的充分利用、電動機調(diào)速時的充分利用 轉(zhuǎn)速不需要改變時轉(zhuǎn)速不需要改變時，通常工作在額定狀態(tài)，特別是，通常工作在額定狀態(tài)，特別是電樞電流為額定值，此時電動機很容易做到充分利用。電樞電流為額定值，此時電動機很容易做到充分利用。 轉(zhuǎn)速需要改變時轉(zhuǎn)速需要改變時，電動機的工作點發(fā)生變化，能否，電動機的工作點發(fā)生變化，能否在不同轉(zhuǎn)速下都得到充分利用，需要針對在不同轉(zhuǎn)速下都得到充分利用，需要針對不同的負(fù)載類不同的負(fù)載類型型選擇合適的選擇合適的調(diào)速方法調(diào)速方法。一、電動機的容許輸出與充分利用概念一、電動機的容許輸出與充分利用概念二、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速二、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速

4、以電動機在不同轉(zhuǎn)速下都能得到充分利用為條件以電動機在不同轉(zhuǎn)速下都能得到充分利用為條件，通常，通常把他勵直流電動機的調(diào)速分為把他勵直流電動機的調(diào)速分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和和恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速。 其中，其中，電樞串電阻調(diào)速電樞串電阻調(diào)速和和降壓調(diào)速降壓調(diào)速屬于屬于恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，調(diào)速方式，而而弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速屬于屬于恒功率恒功率調(diào)速方式。調(diào)速方式。1 1、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 電樞串電阻調(diào)速電樞串電阻調(diào)速和和降壓調(diào)速降壓調(diào)速時，保持額定磁通時，保持額定磁通( (= =N N) )不變不變; ;考慮到電機的充分利用，應(yīng)該在不同轉(zhuǎn)速下保持電樞考慮到電機的充分利用，應(yīng)該在不同轉(zhuǎn)速下保

5、持電樞電流為額定電流電流為額定電流( (I I= =I IN N) )不變。此時：不變。此時：nCTnPICTTNNTem19550constant容許輸出功率：容許輸出轉(zhuǎn)矩： 所以，所以，電樞串電阻調(diào)速電樞串電阻調(diào)速和和降電壓調(diào)速降電壓調(diào)速時，電動機的時，電動機的容容許輸出功率許輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，而與轉(zhuǎn)速成正比，而容許輸出轉(zhuǎn)矩容許輸出轉(zhuǎn)矩為恒值，故這兩為恒值，故這兩種調(diào)速方法為種調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。方式。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式的定義：方式的定義：在電機調(diào)速過程中，保持電樞電流在電機調(diào)速過程中，保持電樞電流和每極磁通都為額定值，電磁轉(zhuǎn)矩也為額定值。和每極磁通都為額定值，電

6、磁轉(zhuǎn)矩也為額定值。2 2、恒功率調(diào)速方式、恒功率調(diào)速方式 弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速時，磁通時，磁通是變化的，考慮到電機的充分利是變化的，考慮到電機的充分利用，應(yīng)該在不同轉(zhuǎn)速下保持電樞電流為額定電流用，應(yīng)該在不同轉(zhuǎn)速下保持電樞電流為額定電流( (I I= =I IN N) )不變。不變。此時：此時：Constant95502TnPnCInCRIUCICTTNeaNNTNTem容許輸出功率：容許輸出轉(zhuǎn)矩： 所以，所以，弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速時，電動機的時，電動機的容許輸出轉(zhuǎn)矩容許輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成與轉(zhuǎn)速成反比，而反比，而容許輸出功率容許輸出功率為恒值，故這種調(diào)速方法為為恒值，故這種調(diào)速方法為恒功率調(diào)恒功率調(diào)速速方

7、式。方式。恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速方式的定義：方式的定義：在電機調(diào)速過程中，保持電樞電流在電機調(diào)速過程中，保持電樞電流為額定值，采用弱磁升速但保持電磁功率不變。為額定值，采用弱磁升速但保持電磁功率不變。三、調(diào)速方式和負(fù)載類型的配合三、調(diào)速方式和負(fù)載類型的配合nC9550TnPconstantICTT恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式：1NNTemConstant9550TnPnCnCRIUCICTT恒功率調(diào)速方式：2eaNNTNTem他勵電動機調(diào)速時的他勵電動機調(diào)速時的容許輸出轉(zhuǎn)矩曲線和容許輸出轉(zhuǎn)矩曲線和容許輸出功率曲線：容許輸出功率曲線：理想情況下，調(diào)速運行的電動理想情況下，調(diào)速運行的電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率

8、機的實際輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率應(yīng)該按照圖示曲線規(guī)律變化。應(yīng)該按照圖示曲線規(guī)律變化。然而，由于負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性和功然而，由于負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性和功率特性不同，導(dǎo)致與電動機的曲率特性不同，導(dǎo)致與電動機的曲線不能重合，需要研究調(diào)速方式線不能重合，需要研究調(diào)速方式與負(fù)載類型的配合問題。與負(fù)載類型的配合問題。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載風(fēng)機類負(fù)載風(fēng)機類負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式調(diào)速方式恒功率恒功率調(diào)速方式調(diào)速方式三、調(diào)速方式和負(fù)載類型的配合三、調(diào)速方式和負(fù)載類型的配合1 1、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載-恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 此時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩此時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L與電機的容許輸出轉(zhuǎn)矩與電機的容許輸出

9、轉(zhuǎn)矩T T均為常數(shù)，均為常數(shù)，負(fù)載功率與電機的容許輸出功率均與轉(zhuǎn)速成正比。負(fù)載功率與電機的容許輸出功率均與轉(zhuǎn)速成正比。 所以，只要所以，只要選擇電機的容許輸出轉(zhuǎn)矩（即額定轉(zhuǎn)矩）與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相選擇電機的容許輸出轉(zhuǎn)矩（即額定轉(zhuǎn)矩）與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等等，則在任何轉(zhuǎn)速下，均滿足，則在任何轉(zhuǎn)速下，均滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N即滿足了負(fù)載要求，又即滿足了負(fù)載要求，又得到了充分利用，是一種理想的配合。得到了充分利用，是一種理想的配合。 該調(diào)速系統(tǒng)中，該調(diào)速系統(tǒng)中，額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速是調(diào)速是調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速。2 2、恒功率負(fù)載、恒功率負(fù)載-恒

10、功率調(diào)速方式恒功率調(diào)速方式 此時，負(fù)載功率此時，負(fù)載功率P PL L與電機的容許輸出功率與電機的容許輸出功率P P均為常數(shù)，均為常數(shù)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電機的容許輸出轉(zhuǎn)矩均與轉(zhuǎn)速成反比。負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電機的容許輸出轉(zhuǎn)矩均與轉(zhuǎn)速成反比。 所以，只要選擇所以，只要選擇電機的容許輸出功率（即額定功率）與負(fù)載功率相電機的容許輸出功率（即額定功率）與負(fù)載功率相等等，則在任何轉(zhuǎn)速下，均滿足，則在任何轉(zhuǎn)速下，均滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N，即滿足了負(fù)載要求，即滿足了負(fù)載要求，又得到了充分利用，是一種理想的配合。又得到了充分利用，是一種理想的配合。 該調(diào)速系統(tǒng)中，

11、轉(zhuǎn)速是從額定轉(zhuǎn)該調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速是從額定轉(zhuǎn)速往上調(diào)的，電動機的速往上調(diào)的，電動機的額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速是調(diào)是調(diào)速系統(tǒng)的速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速。3 3、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載-恒功率調(diào)速方式恒功率調(diào)速方式 此時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩此時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L= =常數(shù)；恒功率調(diào)速方式要求電機的常數(shù)；恒功率調(diào)速方式要求電機的容許輸出轉(zhuǎn)矩容許輸出轉(zhuǎn)矩T T與轉(zhuǎn)速成反比變化。顯然，二者的曲線不能與轉(zhuǎn)速成反比變化。顯然，二者的曲線不能重合。重合。 所以，只能選擇所以，只能選擇電機的容許輸出轉(zhuǎn)矩的最小值（此時轉(zhuǎn)速最高）等電機的容許輸出轉(zhuǎn)矩的最小值（此時轉(zhuǎn)速最高）等于恒定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。于恒定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。則只有在最高轉(zhuǎn)速這一

12、點上，才滿足則只有在最高轉(zhuǎn)速這一點上，才滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N?？梢宰C明，在最低速時，電機的實際輸出功率（負(fù)載功率）只有?？梢宰C明，在最低速時，電機的實際輸出功率（負(fù)載功率）只有電動機額定功率的電動機額定功率的1/D1/D倍（倍（D D是調(diào)速范圍）。是調(diào)速范圍）。 所以，這種配合造成了電機容量所以，這種配合造成了電機容量的浪費，不是合理的配合。的浪費，不是合理的配合。LminminLminmaxmaxLLmaxNDP9550nTnn9550nTPP最大功率，則：負(fù)載所需要的選擇電機額定功率等于4 4、恒功率負(fù)載、恒功率負(fù)載-恒轉(zhuǎn)矩

13、調(diào)速方式恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 此時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比；恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式要求電此時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比；恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式要求電機的容許輸出轉(zhuǎn)矩為常數(shù)。顯然，二者的曲線不能重合。機的容許輸出轉(zhuǎn)矩為常數(shù)。顯然，二者的曲線不能重合。 所以，只能選擇恒定的所以，只能選擇恒定的電機容許輸出轉(zhuǎn)矩等于變化的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最電機容許輸出轉(zhuǎn)矩等于變化的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最大值（此時轉(zhuǎn)速最低）。大值（此時轉(zhuǎn)速最低）。則只有在最低轉(zhuǎn)速這一點上，才滿足則只有在最低轉(zhuǎn)速這一點上，才滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N?？梢宰C明，在最低速時，電機的實際輸出功率（恒定的負(fù)。可以證明，在最低速

14、時，電機的實際輸出功率（恒定的負(fù)載功率）只有電動機額定功率的載功率）只有電動機額定功率的1/D1/D倍（倍（D D是調(diào)速范圍）。是調(diào)速范圍）。 所以，這種配合同樣造成了電機所以，這種配合同樣造成了電機容量的浪費，不是合理的配合。容量的浪費，不是合理的配合。LminLmaxminmaxmaxLmaxNNNDP9550nTnn9550nT9550nTP轉(zhuǎn)矩，則：額定轉(zhuǎn)矩等于最大負(fù)載負(fù)載的最大轉(zhuǎn)速，選擇電機額定轉(zhuǎn)速等于5 5、風(fēng)機類負(fù)載、風(fēng)機類負(fù)載-兩種調(diào)速方式兩種調(diào)速方式 由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的升高而增大，為了使電動機在最高轉(zhuǎn)速時由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的升高而增大，為了使電動機在最高轉(zhuǎn)速時（所需的轉(zhuǎn)矩最

15、大）仍能滿足負(fù)載的需要，所以，應(yīng)該選擇（所需的轉(zhuǎn)矩最大）仍能滿足負(fù)載的需要，所以，應(yīng)該選擇電機最大速電機最大速度時的輸出轉(zhuǎn)矩等于變化的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最大值（此時轉(zhuǎn)速最高）。度時的輸出轉(zhuǎn)矩等于變化的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最大值（此時轉(zhuǎn)速最高）。 則只有在最高轉(zhuǎn)速這一點上，才滿足則只有在最高轉(zhuǎn)速這一點上，才滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N。而在其他。而在其他轉(zhuǎn)速下均有轉(zhuǎn)速下均有T TL LT T，P PL L P P，I Ia a I IN N，電動機都得不到充分利用，但該，電動機都得不到充分利用，但該類負(fù)載配恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式比配恒功率調(diào)速方式更經(jīng)濟一些。類負(fù)載

16、配恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式比配恒功率調(diào)速方式更經(jīng)濟一些。 由以上分析可得，調(diào)速方式與負(fù)載類型的適當(dāng)配合為：由以上分析可得，調(diào)速方式與負(fù)載類型的適當(dāng)配合為：（1 1）電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，適）電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，適用于用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。（2 2）弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速方式，適用于）弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速方式，適用于恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載。（3 3）對于）對于風(fēng)機類負(fù)載風(fēng)機類負(fù)載，三種調(diào)速方法都不太合適，但采用，三種調(diào)速方法都不太合適，但采用電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速要比弱磁調(diào)速更好一點。電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速要比弱磁調(diào)速更好一點。四、調(diào)速的性能指標(biāo)四、調(diào)

17、速的性能指標(biāo)評價調(diào)速性能好壞的指標(biāo)主要有四個方面：評價調(diào)速性能好壞的指標(biāo)主要有四個方面：（1 1）調(diào)速范圍；）調(diào)速范圍；（2 2）靜差率（轉(zhuǎn)速變化率或相對穩(wěn)定性）；）靜差率（轉(zhuǎn)速變化率或相對穩(wěn)定性）；（3 3）平滑性；）平滑性；（4 4）經(jīng)濟性。）經(jīng)濟性。1.1.調(diào)速范圍：調(diào)速范圍：指電動機拖動額定負(fù)載時，所能達到的最指電動機拖動額定負(fù)載時，所能達到的最大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之比。大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之比。 最高轉(zhuǎn)速受電動機的換向極機械強度限制，最低轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速受電動機的換向極機械強度限制，最低轉(zhuǎn)速受生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定性（靜差率）要求的限制。受生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定性（靜差率）要求的限制。 maxm

18、innDn2.靜差率靜差率 （轉(zhuǎn)速變化率）：（轉(zhuǎn)速變化率）：指電動機在某一機械特指電動機在某一機械特性曲線上運行時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降對理想空載轉(zhuǎn)速性曲線上運行時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降對理想空載轉(zhuǎn)速的變化率。即：的變化率。即：000nnnnn 四、調(diào)速的性能指標(biāo)四、調(diào)速的性能指標(biāo) 靜差率越小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性越好，負(fù)載波動時，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性越好，負(fù)載波動時，轉(zhuǎn)速變化也小。從上面公式可以得出：轉(zhuǎn)速變化也小。從上面公式可以得出：（1）當(dāng)）當(dāng)n0一定時，機械特性越硬一定時，機械特性越硬，額定轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速降越小，靜差率，額定轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速降越小，靜差率越小。如右圖所示，分別畫出他勵越小。如右

19、圖所示，分別畫出他勵直流電動機的固有機械特性和電樞直流電動機的固有機械特性和電樞串電阻的人為機械特性。固有機械串電阻的人為機械特性。固有機械特性的轉(zhuǎn)速降較小，人為機械特性特性的轉(zhuǎn)速降較小，人為機械特性的轉(zhuǎn)速降較大，兩條機械特性上的靜差率也不一樣。若串的轉(zhuǎn)速降較大，兩條機械特性上的靜差率也不一樣。若串最大電阻的靜差率滿足要求，其它各條機械特性的靜差率最大電阻的靜差率滿足要求，其它各條機械特性的靜差率也滿足要求。也滿足要求。四、調(diào)速的性能指標(biāo)四、調(diào)速的性能指標(biāo)（2）機械特性硬度相同時，理想空載轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)差率）機械特性硬度相同時，理想空載轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)差率越小。如右圖所示，分別為固有機械特性和降低電

20、源電壓越小。如右圖所示，分別為固有機械特性和降低電源電壓的機械特性。轉(zhuǎn)速降的機械特性。轉(zhuǎn)速降nN相同，相同，但靜差率不同，若電壓最低的機械但靜差率不同，若電壓最低的機械特性的靜差率滿足要求，其它調(diào)壓特性的靜差率滿足要求，其它調(diào)壓的機械特性也能滿足要求。的機械特性也能滿足要求。 調(diào)速范圍調(diào)速范圍D與靜差率與靜差率之間相之間相互制約。采用同一種方法調(diào)速時，互制約。采用同一種方法調(diào)速時，靜差率靜差率要求低時，可以得到較要求低時，可以得到較大的調(diào)速范圍；如果靜差率一定，采用不同的調(diào)速方法，大的調(diào)速范圍；如果靜差率一定，采用不同的調(diào)速方法，調(diào)速范圍調(diào)速范圍D不同。不同。四、調(diào)速的性能指標(biāo)四、調(diào)速的性能指標(biāo) 由于調(diào)速范圍和靜差率既有關(guān)系又相互制約，因此，由于調(diào)速范圍和靜差率既有關(guān)系又相互制約，因此，需要調(diào)速的生產(chǎn)機械，必須同時考慮這兩