穩(wěn)態(tài)調速性能指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性

2.2穩(wěn)態(tài)調速性能指標和

直流調速系統(tǒng)的機械特性

任何一臺需要控制轉速的設備，其生產工藝對調速性能都有一定的要求。歸納起來，對于調速系統(tǒng)的轉速控制要求有以下三個方面：

1/31/20231一、調速要求對于調速系統(tǒng)轉速控制的要求：（1）調速——在一定的最高轉速和最低轉速范圍內，分擋地（有級）或平滑地（無級）調節(jié)轉速；（2）穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉速波動，以確保產品質量；（3）加、減速——頻繁起、制動的設備要求加、減速盡量快；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起、制動盡量平穩(wěn)。1/31/20232二、調速指標1、調速范圍生產機械要求電動機提供的最高轉速nmax和最低轉速nmin之比稱為調速范圍，用字母D表示，即 （2-25）nmax和nmin是電動機在額定負載時的最高和最低轉速；對于少數(shù)負載很輕的機械，例如精密磨床，也可用實際負載時的最高和最低轉速。1/31/202332、靜差率s當系統(tǒng)在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值所對應的轉速降落ΔnN與理想空載轉速n0之比： （2-28）用百分數(shù)表示 （2-29）式中nN=n0-nN

二、調速指標1/31/20234靜差率與機械特性硬度的區(qū)別圖2-14不同轉速下的靜差率特性a和b的硬度相同，特性a和b額定速降相同，特性a和b的靜差率不相同。

然而靜差率和機械特性硬度又是有區(qū)別的。一般調壓調速系統(tǒng)在不同轉速下的機械特性是互相平行的。對于同樣硬度的特性，理想空載轉速越低時，靜差率越大，轉速的相對穩(wěn)定度也就越差。1/31/20235例如：在1000r/min時降落10r/min，只占1%；在100r/min時同樣降落10r/min，就占10%；如果在只有10r/min時，再降落10r/min，就占100%，這時電動機已經(jīng)停止轉動，轉速全部降落完了。因此，調速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此

孤立的，必須同時提才有意義。

調速系統(tǒng)的靜差率指標應以最低速時所能達到的數(shù)值為準。靜差率與機械特性硬度的區(qū)別（續(xù)）1/31/202363.調速范圍、靜差率和額定速降之間的關系

電機額定轉速nN為最高轉速，額定速降為nN，則按照上面分析的結果，該系統(tǒng)的靜差率應該是最低速時的靜差率，即：于是，最低轉速為：

1/31/20237而調速范圍為：將上面的式代入nmin，得：（2-28）

3.調速范圍、靜差率和額定速降之間的關系1/31/20238對于同一個調速系統(tǒng)，nN

值一定，由式（2-28）可見，如果對靜差率要求越嚴，即要求s值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調速范圍也越小。靜差率用來衡量調速系統(tǒng)在在負載變化下轉速的的穩(wěn)定度；機械特性越硬，靜差率越小，轉速穩(wěn)定度越高；調速范圍和靜差率兩個指標合稱為調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標。結論：1/31/20239注意調速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。調速系統(tǒng)的靜差率指標應以最低速時所能達到的數(shù)值為準。調速系統(tǒng)的調速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉速可調范圍。

1/31/202310例題2-1

某直流調速系統(tǒng)電動機額定轉速為nN=1430r/min，額定速降ΔnN=115r/min，

1)當要求靜差率s≤30%時，允許多大的調速范圍？

2)如果要求靜差率s≤20%，則調速范圍是多少？

3)如果希望調速范圍達到10，所能滿足的靜差率是多少？1/31/202311解1)在要求s≤30%時，允許的調速范圍為

2)若要求s≤20%，則允許的調速范圍只有

3)若調速范圍達到10，則靜差率只能是1/31/202312二、直流調速系統(tǒng)的機械特性（開環(huán)調速）開環(huán)調速系統(tǒng)，即無反饋控制的直流調速系統(tǒng)。調節(jié)控制電壓Uc就可以改變電動機的轉速。晶閘管整流器和PWM變換器都是可控的直流電源，用UPE來統(tǒng)一表示可控直流電源。如果負載的生產工藝對運行時的靜差率要求不高

，開環(huán)系統(tǒng)都能滿足一定范圍內的無級調速。但如果對靜差率有一定的要求，開環(huán)系統(tǒng)往往不能滿足要求。1/31/202313圖2－15開環(huán)調速系統(tǒng)的原理圖開環(huán)調速系統(tǒng)的組成及工作原理1/31/202314機械特性開環(huán)調速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關系如下： 電力電子變換器 直流電動機

開環(huán)調速系統(tǒng)的機械特性為（2-31）

1/31/202315圖2-16 開環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖開環(huán)調速系統(tǒng)靜態(tài)結構圖

1/31/202316圖2-17開環(huán)直流調速系統(tǒng)的機械特性額定速降ΔnN=RIN/Ce制約了開環(huán)直流調速系統(tǒng)中的調速范圍和靜差率開環(huán)調速系統(tǒng)的機械特性1/31/202317例題2-2

某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18Ω，電動機電動勢系數(shù)Ce=0.2Vmin/r。如果要求調速范圍D=20，靜差率s≤5%，采用開環(huán)調速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降ΔnN最多能有多少？1/31/202318解:當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的額定速降為開環(huán)系統(tǒng)在額定轉速時的靜差率為如要求，，即要求1