激光設(shè)備控制技術(shù)教材——第一章第九節(jié)講解

1、第九節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速在工業(yè)生產(chǎn)中，有大量的生產(chǎn)機(jī)械為了滿足生產(chǎn)工藝要求，需要改變工作速度，例如金屬切削機(jī)床，由于工件的材料和精度的要求不同，工作速度也就不同， 又如軋鋼機(jī)，因軋制不同品種和不同厚度的鋼材，要采取不同的最佳速度。這種人為改變電動(dòng)機(jī)速度以滿足生產(chǎn) 工藝要求，通常稱為調(diào)速。調(diào)速可用機(jī)械方法、電氣方法或機(jī)械電氣相結(jié)合的方法， 本節(jié)只討論電氣調(diào)速。電氣調(diào) 速是人為的給便電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行于不同的人為機(jī)械特性上， 從而在相同 的負(fù)載下，得到不同的運(yùn)行速度。這不同于由于負(fù)載變化，使電動(dòng)機(jī)在同一條特性上，發(fā)生的轉(zhuǎn)速變化。根據(jù)機(jī)械特性方程式山亠a"亠TCe"

2、; CeCe CeCJ人為改變電樞電壓 U、電樞回路總電阻 R和主磁通都可以改變轉(zhuǎn)速n。所以，調(diào)速的方法 有：降壓調(diào)速，電樞回路串電阻調(diào)速和弱磁調(diào)速三種。一、調(diào)速指標(biāo)直流電動(dòng)機(jī)具有極可貴的調(diào)速性能，可在寬廣范圍內(nèi)平滑而經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，特別適用于調(diào)速要求較高的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中。電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能的好壞，常用下列各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量用系數(shù)D(1-19)1.調(diào)速范圍D 調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)額定負(fù)載時(shí)，所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，表示，即Dnmax=nmin不同的生產(chǎn)機(jī)械要求不同的調(diào)速 范圍，例如軋鋼機(jī) D=3120,龍門刨床 D=IO40，造紙機(jī) D=320等。由上式可知，要 擴(kuò)大調(diào)速范圍D ,必須提高

3、nmax和降低nmin，但nmax受到電動(dòng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和換向條件的限 制，nmin受到相對(duì)穩(wěn)定性的限制，所以電機(jī)的調(diào)速范圍應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求綜合考慮。2.調(diào)速的平滑性電動(dòng)機(jī)相鄰兩個(gè)調(diào)速檔的轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速的平滑性，其比值0稱為平滑系數(shù)。在一定的范圍內(nèi)，調(diào)速檔數(shù)越多，相鄰級(jí)轉(zhuǎn)速差越小，0越接近于1,平滑性越好。0 =1時(shí)稱為無(wú)級(jí)調(diào)速。企（1-20）3.調(diào)速的穩(wěn)定性調(diào)速的穩(wěn)定性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨之變化的程度。工程上常用靜差率3來(lái)衡量，它是指電動(dòng)機(jī)在某一機(jī)械特性上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由理想空載至額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降nN對(duì)理想空載轉(zhuǎn)速的百分比。4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性n° nNn。100%(1

4、-21 )調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性由調(diào)速設(shè)備的投資及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的能量消耗來(lái)決定。5.調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的允許輸出在電動(dòng)機(jī)得到充分利用的情況下（一般是指電流為額定值），調(diào)速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。在電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，實(shí)際輸出的功率和轉(zhuǎn)矩由負(fù)載的需要來(lái)決定，故應(yīng)使調(diào)速方法適應(yīng)負(fù)載的要求。二、調(diào)速方法1降壓調(diào)速在其他參數(shù)不變的條件下，改變電樞電壓U,使空載轉(zhuǎn)速 no變，可以得到不同空載轉(zhuǎn)速no的平行直線。圖1-38所示是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變電壓調(diào)速的人工機(jī)械特性，從圖中可 見(jiàn)，在負(fù)載相同的情況下，不同的電樞電壓，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是不同的。NI改變電樞電壓調(diào)速的特點(diǎn)： 改變電樞電壓調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性的斜率不變，所以

5、調(diào)速的穩(wěn)定性好。 電壓可作連續(xù)變化，調(diào)速的平滑性好，調(diào)速范圍廣。 屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電動(dòng)機(jī)不允許電壓超過(guò)額定值，只能由額定值往下降低電壓調(diào)速，即只能減速。 電源設(shè)備的投資費(fèi)用較大，但電能損耗小，效率高。還可用于降壓起動(dòng)。這種調(diào)速方法適用于對(duì)調(diào)速性能要求較高的設(shè)備，如造紙機(jī)、軋鋼機(jī)等。2. 電樞回路串電阻調(diào)速如圖1-39所示，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)原來(lái)工作在固有特性a點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為n當(dāng)電樞回路串入電阻后，工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的人為機(jī)械特性上，從而得到較低的運(yùn)行速度。整個(gè)調(diào)速過(guò)程如下：調(diào)整開(kāi)始時(shí)，在電樞回路中串入電阻Rpa，電樞總電阻Ri= Ra+Rpa這時(shí)因轉(zhuǎn)速來(lái)不及突變，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移到b點(diǎn)。此后由于

6、b點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩T'< Tl,使電動(dòng)機(jī)減速， 隨著轉(zhuǎn)速n的降低，Ea減小，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T相應(yīng)增大，直到工作點(diǎn)移到人為機(jī) 械特性c點(diǎn)時(shí)，T=Tl，電動(dòng)機(jī)就以較低的速度 n2穩(wěn)定運(yùn)行。2H 4圖1-39電樞回路串電阻調(diào)速的人工機(jī)械特性電樞串入的電阻值不同， 可以保持不同的穩(wěn)定速度、串入的電阻值越大， 最后的穩(wěn)定運(yùn)行速度就越低。串電阻調(diào)速也屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，轉(zhuǎn)速只能從額定值往下調(diào)，因此nmax=nN。在低速時(shí)由于特性很軟，調(diào)速的穩(wěn)定性差，因此門皿山不宜過(guò)低。另外，一般串電阻時(shí)，電阻分段串入，故屬于有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差。從調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，設(shè)備投資不大，但能耗 較大。這種調(diào)速方法

7、只適用于容量不大，低速運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)于調(diào)速性能要求不高的設(shè)備， 如用于電車和中小型起重機(jī)械等。需要指出的是，調(diào)速電阻應(yīng)按照長(zhǎng)期工作設(shè)計(jì)，而起動(dòng)電阻是短時(shí)工作的，因此不能把起動(dòng)電阻當(dāng)做調(diào)速電阻使用。3. 弱磁調(diào)速這是一種改變電動(dòng)機(jī)磁通大小來(lái)進(jìn)行調(diào)速的方法。為了防止磁路飽和，一般只采用減弱磁通的方法。小容量電動(dòng)機(jī)多在勵(lì)磁回路中串接可調(diào)電阻，大容量電動(dòng)機(jī)可采用單獨(dú)的可控整流電源來(lái)實(shí)現(xiàn)弱磁調(diào)速。圖1-40中曲線1為電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線，曲線2為減弱磁通后的人為機(jī)械特性曲線。調(diào)速前電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在 a點(diǎn)，調(diào)速開(kāi)始后，電動(dòng)機(jī)從 a點(diǎn)平移到c點(diǎn)，再沿曲線2上升 到b點(diǎn)。考慮到勵(lì)磁回路的電感較大以及磁滯現(xiàn)象，磁通不可能突變，電磁轉(zhuǎn)矩的變化實(shí)際如圖1-40中的曲線3所示。弱磁調(diào)速的調(diào)速范圍窄，由于在功率較小的勵(lì)磁電路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此控制方便，能量損耗低，調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性比較好，并且調(diào)速的平滑性也較好，可以做到無(wú)級(jí)調(diào)速。這種調(diào)速方法適用于需要向上調(diào)速的恒功率調(diào)速系統(tǒng)，通常與向下調(diào)速方法如降壓調(diào)速配合使用，來(lái)獲得寬范圍的、高校的、平滑而又經(jīng)濟(jì)的調(diào)速。 常用于重型機(jī)床，如龍門刨床、