《電機(jī)控制技術(shù)》課件-3.3.3直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概念1

目錄1

直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速234

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概念1

為了提高生產(chǎn)效率或滿足生產(chǎn)工藝的要求，許多生產(chǎn)機(jī)械在工作過(guò)程中都需要調(diào)速。例如車床切削工件時(shí)，精加工用高轉(zhuǎn)速，粗加工用低轉(zhuǎn)速；軋鋼機(jī)在軋制不同品種和不同厚度的鋼材時(shí)，也必須有不同的工作速度。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)速或二者配合起來(lái)調(diào)速。通過(guò)改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速比的方法稱為機(jī)械調(diào)速；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)的方法稱為電氣調(diào)速。本節(jié)只介紹他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速。

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概念1

改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)就是人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而使負(fù)載工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速隨之變化?？梢姡谡{(diào)速前后，電動(dòng)機(jī)必然運(yùn)行在不同的機(jī)械特性上。如果機(jī)械特性不變，因負(fù)載變化而引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，則不能稱為調(diào)速。

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概念1

可知，當(dāng)電樞電流Is不變時(shí)（即在一定的負(fù)載下），只要改變電樞電壓U、電樞回路串聯(lián)電阻Rs及勵(lì)磁磁通

Φ三者之中的任意一個(gè)量，就可改變轉(zhuǎn)速n。因此，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有三種調(diào)速方法：調(diào)壓調(diào)速,電樞串電阻調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。為了評(píng)價(jià)各種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)調(diào)速方法提出了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，稱為調(diào)速指標(biāo)。根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概念1評(píng)價(jià)調(diào)速性能好壞的指標(biāo)如下：（1）調(diào)速范圍調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下可能運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速

nmax與最低轉(zhuǎn)速

之比，通常又用D表示，即

（3-5）不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍有不同的要求。要擴(kuò)大調(diào)速范圍，必須盡可能地提高電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和降低電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受電動(dòng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度、換向條件、電壓等級(jí)等方面的限制，而最低轉(zhuǎn)速則受到低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性的限制。

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概念1（2）靜差率（相對(duì)穩(wěn)定性）轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性是指負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度。轉(zhuǎn)速變化小，其相對(duì)穩(wěn)定性好。轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性用靜差率

δ表示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在某一機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，由理想空載增加到額定負(fù)載，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降落△Nn=n0-nN

與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，就稱為靜差率，用百分?jǐn)?shù)表示為：

（3-6）

顯然，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性越硬，其靜差率越小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性就越高。但是靜差率的大小不僅僅是由機(jī)械特性的硬度決定的，還與理想空載轉(zhuǎn)速的大小有關(guān)。

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概念1靜差率與調(diào)速范圍兩個(gè)指標(biāo)是相互制約的，設(shè)圖3-16中曲線1和曲線4為電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速時(shí)的機(jī)械特性，則電動(dòng)機(jī)的范圍D與最低轉(zhuǎn)速是的靜差率δ

關(guān)系如下：

（3-7）

式中，

為最低轉(zhuǎn)速機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速降；

為最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率，即系統(tǒng)的最大靜差率。

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概念1由式（3-6）可知，若對(duì)靜差率這一指標(biāo)要求過(guò)高，即

δ值越小，則調(diào)速范圍D就越?。环粗?，若要求調(diào)速范圍D越大，則靜差率

δ也越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性越差。不同的生產(chǎn)機(jī)械，對(duì)靜差率的要求不同，普通車床要求

，而高精度的造紙機(jī)則要求

δ≤0.01%。保證一定靜差率指標(biāo)的前提下，要擴(kuò)大調(diào)速范圍，就必須減小轉(zhuǎn)速降落△Nn

。

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概念1（3）調(diào)速的平滑性在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)越多，就認(rèn)為調(diào)速越平滑，相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比稱為平滑系數(shù)φ

：

（3-8）

φ值越接近1，則平滑性越好，當(dāng)

φ=1時(shí)，稱為無(wú)級(jí)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(jí)數(shù)有限，稱為有級(jí)調(diào)速。（4）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性主要指調(diào)速設(shè)備的投資、運(yùn)行效率及維修費(fèi)用等。直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速2

電動(dòng)機(jī)的工作電壓不允許超過(guò)額定電壓，因此電樞電壓只能在額定電壓以下進(jìn)行調(diào)節(jié)。降低電源電壓調(diào)速的原理及調(diào)速過(guò)程可用圖3-17說(shuō)明。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL在固有特性上A點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為nN。若電源電壓由UN下降至U1，則達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，工作點(diǎn)將移到對(duì)應(yīng)人為特性曲線上的B點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速下降為n1。從圖中可以看出，電壓越低，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速也越低。3.17降壓調(diào)速特性直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速2

轉(zhuǎn)速由nN下降至n1的調(diào)速過(guò)程如下：電動(dòng)機(jī)原來(lái)在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，Tem=TL，n=nN。當(dāng)電壓降至U1后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)橹本€n01B。在降壓瞬間，轉(zhuǎn)速n不突變，Ea不突變，所以Ia和Tem突變減小，工作點(diǎn)平移到A＇點(diǎn)。在A＇點(diǎn)，Tem<TL，電動(dòng)機(jī)開始減速，隨著n減小，Ea減小，Ia和Tem增大，工作點(diǎn)沿A＇B方向移動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，達(dá)到了新的平衡：Tem=TL，此時(shí)電動(dòng)機(jī)便在較低轉(zhuǎn)速n1下穩(wěn)定運(yùn)行。降壓調(diào)速過(guò)程與電樞串電阻調(diào)速過(guò)程類似，調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時(shí)間的變化也類似。直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速2

降壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）電源電壓能夠平衡調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；

（