電機(jī)原理及拖動(dòng)（第4版）課件：直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

《電機(jī)原理及拖動(dòng)》

第4版2024/12/272

直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本概念

電動(dòng)機(jī)調(diào)速是通過人為的改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)獲得另外的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線，工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。調(diào)速前后，電動(dòng)機(jī)工作在不同的機(jī)械特性上。如果機(jī)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(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速或二者配合調(diào)速。

改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比來改變工作機(jī)構(gòu)的速度，稱為機(jī)械調(diào)速。

人為改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)（如端電壓、勵(lì)磁電流或電樞回路電阻），使同一機(jī)械負(fù)載得到不同轉(zhuǎn)速，稱為電氣調(diào)速。一、電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本概念2024/12/274一、電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本概念nTTLRan0nNA0A’n1自然機(jī)械特性曲線上的工作點(diǎn)負(fù)載變化使工作點(diǎn)由A→A’速度變化：A、A’兩點(diǎn)是同一機(jī)械特性曲線上的穩(wěn)定點(diǎn)T’L2024/12/275一、電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本概念nTTLRan0nNA0A’Bn1Ra+RC自然機(jī)械特性曲線上的工作點(diǎn)串電阻RC后,工作點(diǎn)由A→A’→B速度調(diào)節(jié)：A、B兩點(diǎn)是不同的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線上的穩(wěn)定點(diǎn)2024/12/276基速：電機(jī)調(diào)速中以電動(dòng)機(jī)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(yùn)行一、電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本概念2024/12/277二、電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法從他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性方程看：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，對電動(dòng)機(jī)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(jì)。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(gè)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(shí),串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。2024/12/2710

電樞回路串電阻調(diào)速時(shí)，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(jì)空載損耗p0輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降。如果電機(jī)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(shí)由于機(jī)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(diǎn)A降壓瞬間工作點(diǎn)穩(wěn)定后工作點(diǎn)

保持電動(dòng)機(jī)的＝N不變且無外接電樞電阻，僅降低施加于電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓U達(dá)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(shí),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(shí)，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(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)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(lì)磁電流調(diào)速，實(shí)際上是減少勵(lì)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(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流If使主磁通減小，達(dá)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(diǎn)弱磁瞬間工作點(diǎn)A→A‘弱磁穩(wěn)定后的工作點(diǎn)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(jī)運(yùn)行時(shí)勵(lì)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(dá)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(dòng)機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制轉(zhuǎn)速不能升的過高一般在1.2~1.5nN實(shí)際生產(chǎn)中可將降壓調(diào)速與弱磁調(diào)速配合使用，實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)。2024/12/2718三、調(diào)速的性能指標(biāo)用電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)來評價(jià)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(shí)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(dòng)機(jī)從理想空載轉(zhuǎn)速到額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速變化率。TN2024/12/2720TN降低電壓電壓調(diào)速時(shí)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(jī)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(kuò)大D,須減少Δn,即提高機(jī)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(shí)，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(shí)，級數(shù)有限，稱為有級調(diào)速。（四）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)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(yùn)行效率及維修費(fèi)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(shí)特性曲線斜率大,靜差率大,機(jī)械特性很軟，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大。靜態(tài)穩(wěn)定性差調(diào)速范圍不大。3）輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D≦2；4）損耗大，效率低，不經(jīng)濟(jì)。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(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。

2）調(diào)速前后的機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)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(dá)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(lì)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(dòng)機(jī)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(kuò)大調(diào)速范圍。高速時(shí)機(jī)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(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)允許輸出的轉(zhuǎn)矩和功率在某一轉(zhuǎn)速下，電機(jī)既能充分利用又能安全運(yùn)行時(shí)輸出的功率和轉(zhuǎn)矩稱為調(diào)速時(shí)的允許輸出功率和轉(zhuǎn)矩。在整個(gè)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(gè)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(jī)在不同轉(zhuǎn)速都能得到充分利用為條件，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)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(shí)，磁通保持不變，若在不同轉(zhuǎn)速下保持電流不變，即電機(jī)得到充分利用，在整個(gè)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(shí)，磁通是變化的，在不同轉(zhuǎn)速下若保持電流不變，即電機(jī)得到充分利用。在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)輸出功率為常數(shù)。2024/12/2729

當(dāng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，在不同的轉(zhuǎn)速下，電樞電流能否總保持為額定值，即電動(dòng)機(jī)能否在不同轉(zhuǎn)速下都得到充分利用，這個(gè)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(dòng)機(jī)得到充分利用，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。