電機原理及拖動（第4版）課件：直流電動機的調(diào)速

《電機原理及拖動》

第4版2024/12/272

直流電動機的調(diào)速一、電動機調(diào)速的基本概念

電動機調(diào)速是通過人為的改變電動機的參數(shù)獲得另外的電動機機械特性曲線，工作點發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。調(diào)速前后，電動機工作在不同的機械特性上。如果機械特性不變，僅由于負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速的變化，則不能稱為調(diào)速。2024/12/273

電力拖動系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機械調(diào)速、電氣調(diào)速或二者配合調(diào)速。

改變傳動機構(gòu)的傳動比來改變工作機構(gòu)的速度，稱為機械調(diào)速。

人為改變電動機的參數(shù)（如端電壓、勵磁電流或電樞回路電阻），使同一機械負(fù)載得到不同轉(zhuǎn)速，稱為電氣調(diào)速。一、電動機調(diào)速的基本概念2024/12/274一、電動機調(diào)速的基本概念nTTLRan0nNA0A’n1自然機械特性曲線上的工作點負(fù)載變化使工作點由A→A’速度變化：A、A’兩點是同一機械特性曲線上的穩(wěn)定點T’L2024/12/275一、電動機調(diào)速的基本概念nTTLRan0nNA0A’Bn1Ra+RC自然機械特性曲線上的工作點串電阻RC后,工作點由A→A’→B速度調(diào)節(jié)：A、B兩點是不同的電動機機械特性曲線上的穩(wěn)定點2024/12/276基速：電機調(diào)速中以電動機的額定轉(zhuǎn)速為基本轉(zhuǎn)速。雙向調(diào)速：既要求向上調(diào)速又要求向下調(diào)速。無級調(diào)速：轉(zhuǎn)速能夠連續(xù)、平滑的調(diào)節(jié)。有級調(diào)速：不能連續(xù)調(diào)節(jié)，只能以二速、三速、四速等運行一、電動機調(diào)速的基本概念2024/12/277二、電動機調(diào)速方法從他勵直流電動機的轉(zhuǎn)速特性方程看：電動機驅(qū)動生產(chǎn)機械，對電動機的轉(zhuǎn)速不僅要能調(diào)節(jié)，而且要求調(diào)節(jié)的范圍寬、過程平滑、調(diào)節(jié)的方法簡單、經(jīng)濟。電氣調(diào)速方法：1.電樞串電阻調(diào)速；2.調(diào)壓調(diào)速；3.調(diào)磁調(diào)速。2024/12/278（一）電樞回路串電阻調(diào)速nTTLRan0nAA0CBnBRa+Rc1Ra+Rc2nC

保持U＝UN且＝N不變，電樞回路中串入調(diào)速電阻Rc，使同一個負(fù)載得到不同轉(zhuǎn)速的方法，稱為電樞串電阻調(diào)速。2024/12/279（一）、電樞回路串電阻調(diào)速調(diào)速過程電流變化曲線調(diào)速前、后電流不變調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時,串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。2024/12/2710

電樞回路串電阻調(diào)速時，外串電阻也消耗電功率，銅損較大。因此調(diào)速系統(tǒng)效率降低：如果不計空載損耗p0輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降。如果電機轉(zhuǎn)速是理想空載轉(zhuǎn)速的1/2，則輸入功率的50%都損耗在電樞回路的電阻上。所以這是耗能的調(diào)速方法。同時由于機械特性變軟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差。（一）、電樞回路串電阻調(diào)速2024/12/2711（二）、降低電源電壓調(diào)速TTLAA’B調(diào)速前工作點A降壓瞬間工作點穩(wěn)定后工作點

保持電動機的＝N不變且無外接電樞電阻，僅降低施加于電動機電樞兩端電壓U達到調(diào)速的目的，稱為降壓調(diào)速。2024/12/2712調(diào)速過程電流變化曲線調(diào)速前、后電流不變調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線tt=0n1nNIaNianian結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時,電壓越低,轉(zhuǎn)速越低。（二）、降低電源電壓調(diào)速2024/12/2713

降低電源電壓調(diào)速時，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下Ia不變，銅損較小且與轉(zhuǎn)速無關(guān)，所以能獲得較高的效率。（二）、降低電源電壓調(diào)速

降低電源電壓調(diào)速時，電動機機械特性曲線硬度不變，不論高速、低速都有比較好的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。是一種性能優(yōu)越的調(diào)速方法。例題3-22024/12/2714（三）、減弱磁通調(diào)速

改變勵磁電流調(diào)速，實際上是減少勵磁磁通的調(diào)速，所以又稱弱磁調(diào)速。

弱磁調(diào)速：保持U＝UN，Rc＝0，僅減小電動機的勵磁電流If使主磁通減小，達到調(diào)速目的。2024/12/2715（三）、減弱磁通調(diào)速A’BTTLA調(diào)節(jié)磁場前工作點弱磁瞬間工作點A→A‘弱磁穩(wěn)定后的工作點2024/12/2716（三）、減弱磁通調(diào)速減弱磁通調(diào)速前、后轉(zhuǎn)速變化曲線減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線tt=0n結(jié)論：磁場越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機運行時勵磁回路不能開路。2024/12/2717（三）、減弱磁通調(diào)速

弱磁調(diào)速屬于向上調(diào)速，保持U＝UN，Rc＝0，通過減小主磁通達到調(diào)速目的。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，向上調(diào)速后電樞電流增加，由于電動機換向能力和機械強度的限制轉(zhuǎn)速不能升的過高一般在1.2~1.5nN實際生產(chǎn)中可將降壓調(diào)速與弱磁調(diào)速配合使用，實現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)。2024/12/2718三、調(diào)速的性能指標(biāo)用電機的調(diào)速性能指標(biāo)來評價調(diào)速方法。（一）調(diào)速范圍：額定負(fù)載下的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。TN2024/12/2719（二）靜差率（相對穩(wěn)定性）：δ%越小，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速的變化越小，轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定性越好靜差率是指在某一調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速下，電動機從理想空載轉(zhuǎn)速到額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速變化率。TN2024/12/2720TN降低電壓電壓調(diào)速時靜差率與調(diào)速范圍2024/12/2721調(diào)速范圍和靜差率的關(guān)系通過上述分析可知：δ%與機械特性硬度及n0有關(guān)。D與δ%相互制約:δ越小,相對穩(wěn)定性越好，但D小;在保證一定的δ指標(biāo)的前提下,要擴大D,須減少Δn,即提高機械特性的硬度。例題3-42024/12/2722（三）調(diào)速的平滑性

k越接近1，平滑性越好，當(dāng)k＝1時，稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時，級數(shù)有限，稱為有級調(diào)速。（四）調(diào)速的經(jīng)濟性

在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，調(diào)速越平滑。相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比，為平滑系數(shù)：主要指調(diào)速設(shè)備的投資、運行效率及維修費用等。2024/12/2723電樞回路串電阻調(diào)速：電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便。1）由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差；2）低速時特性曲線斜率大,靜差率大,機械特性很軟，當(dāng)負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速波動很大。靜態(tài)穩(wěn)定性差調(diào)速范圍不大。3）輕載時調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時調(diào)速范圍一般為D≦2；4）損耗大，效率低，不經(jīng)濟。對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因增通不變而使T和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。幾種調(diào)速方法比較2024/12/27241）電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)無級調(diào)速。

2）調(diào)速前后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時穩(wěn)定性好。3）無論輕載還是負(fù)載，調(diào)速范圍相同，一般可達D=2.5?12。

4）電能損耗較小。需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。降低電源電壓調(diào)速幾種調(diào)速方法比較2024/12/2725弱磁調(diào)速：弱磁調(diào)速屬于向上調(diào)速，由于在電流較小的勵磁回路調(diào)節(jié)，所以功率損耗較小控制方便，可以平滑調(diào)節(jié)。電動機轉(zhuǎn)速不能升的過高。將降壓調(diào)速與弱磁調(diào)速配合使用，可擴大調(diào)速范圍。高速時機械特性變軟，對系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性有影響。幾種調(diào)速方法比較2024/12/2726四、電動機調(diào)速時允許輸出的轉(zhuǎn)矩和功率在某一轉(zhuǎn)速下，電機既能充分利用又能安全運行時輸出的功率和轉(zhuǎn)矩稱為調(diào)速時的允許輸出功率和轉(zhuǎn)矩。在整個調(diào)速范圍允許輸出轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。在整個調(diào)速范圍內(nèi)的允許輸出功率為常數(shù)，是恒功率調(diào)速方式。

以電機在不同轉(zhuǎn)速都能得到充分利用為條件，他勵直流電動機的調(diào)速可分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速。2024/12/2727（一）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式保持I不變電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速時，磁通保持不變，若在不同轉(zhuǎn)速下保持電流不變，即電機得到充分利用，在整個調(diào)速范圍輸出轉(zhuǎn)矩為常數(shù)。2024/12/2728（二）恒功率調(diào)速方式減弱磁通調(diào)速時，磁通是變化的，在不同轉(zhuǎn)速下若保持電流不變，即電機得到充分利用。在整個調(diào)速范圍內(nèi)輸出功率為常數(shù)。2024/12/2729

當(dāng)電動機調(diào)速時，在不同的轉(zhuǎn)速下，電樞電流能否總保持為額定值，即電動機能否在不同轉(zhuǎn)速下都得到充分利用，這個問題與調(diào)速方式和負(fù)載類型的配合有關(guān)。五、負(fù)載類型與調(diào)速方式的配合

一般來說，為了使電動機得到充分利用，拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。