電機(jī)與電力拖動(dòng)（第2版）（十一五國家規(guī)劃）第二章第6節(jié)

2.6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速什么是調(diào)速：人為改變速度稱為調(diào)速。如軋鋼機(jī)在軋制鋼材時(shí)，有調(diào)速要求。意義：提高生產(chǎn)率和保證質(zhì)量。調(diào)速方法：機(jī)械、電氣均能實(shí)現(xiàn)調(diào)速。電氣調(diào)速：人為改變電氣參數(shù)，使電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)由一條機(jī)械特性曲線轉(zhuǎn)換到另一條機(jī)械特性曲線上。與轉(zhuǎn)速擾動(dòng)是不同的概念。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速由直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可見，當(dāng)不變時(shí)（即負(fù)載不變），只要在U、和

三個(gè)參數(shù)中，任意改變一個(gè)，都能實(shí)現(xiàn)調(diào)速。即有三種調(diào)速方法。為了評(píng)價(jià)各種調(diào)速方法的性能，對(duì)調(diào)速方法提出了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，稱調(diào)速指標(biāo)。圖2.29不同機(jī)械特性的靜差率

調(diào)速指標(biāo)

1．調(diào)速范圍在額定負(fù)載時(shí)，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，即不同生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速范圍的要求不同。電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速受電動(dòng)機(jī)的換向及機(jī)械強(qiáng)度限制，最低轉(zhuǎn)速受轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定性（即靜差率）要求的限制。

2．靜差率靜差率是指電動(dòng)機(jī)在一條機(jī)械特性上額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落與該機(jī)械特性的理想空載轉(zhuǎn)速之比，用表示，即

調(diào)速指標(biāo)

由式可知，在相同時(shí)，特性越“硬”，轉(zhuǎn)速降越小，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性越好。圖2.26中特性1比2“硬”，所以。靜差率與特性硬度有關(guān)外，還與理想空載轉(zhuǎn)速成反比。對(duì)于同樣“硬度”的特性，如特性1和3，轉(zhuǎn)速降相同，但其靜差率卻不。為了保證轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性，常要求靜差率應(yīng)不大于某一允許值（負(fù)載允許值）。調(diào)速指標(biāo)

D與δ是互相制約的，當(dāng)采用同一種方法調(diào)速時(shí)，δ要求低時(shí)，可得到較寬的D；反之亦然。如果δ要求一定時(shí)，采用不同的調(diào)速方法，其D不同，如改變電壓比串電阻的D大。因此需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，必須同時(shí)給出靜差率與調(diào)速范圍這兩項(xiàng)指標(biāo)，以便選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)速方法。

調(diào)速指標(biāo)

3．調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性是指相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速的接近程度，用平滑系數(shù)

表示，即

平滑系數(shù)

越接近1，說明調(diào)速的平滑性越好。如果轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，其級(jí)數(shù)趨于無窮多，稱為無級(jí)調(diào)速，

=1，其平滑性最好；調(diào)速不連續(xù)，級(jí)數(shù)有限，稱為有級(jí)調(diào)速。

調(diào)速指標(biāo)

4．調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性兩方面：一是指調(diào)速所投資和能耗，另一是調(diào)速時(shí)容量能否得到充分利用。調(diào)速方法不同，電動(dòng)機(jī)容許輸出的功率和轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律是不同的。實(shí)際輸出功率和轉(zhuǎn)矩是由負(fù)載所決定的。不同的負(fù)載，其所需要的功率和轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律也是不同的，因此在選擇調(diào)速方法時(shí)，既要滿足負(fù)載要求，又要盡可能使電動(dòng)機(jī)得到充分利用。經(jīng)分析可知，電樞回路串電阻調(diào)速以及降低電樞電壓調(diào)速適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速，而弱磁調(diào)速適用于恒功率負(fù)載的調(diào)速。2.6.1電樞串電阻調(diào)速電壓、磁通為額定值不變，電樞串阻，運(yùn)行速度不同，如圖2.30所示，圖中為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。從圖可知，串電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性的交點(diǎn)將下移，即電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速降低。圖2.30電樞串電阻調(diào)速機(jī)械特性電樞串電阻調(diào)速如圖2.30中串入的電阻值越大，運(yùn)行的速度越低。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，調(diào)節(jié)方便。缺點(diǎn)：調(diào)速范圍小，串電阻后機(jī)械特性變“軟”，即轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，而且調(diào)速效率較低。圖2.30電樞串電阻調(diào)速機(jī)械特性

2.6.2改變電樞電源電壓調(diào)速

電樞不串電阻，磁通為額定值，由一可調(diào)節(jié)的直流電源向電樞供電，如圖2.31所示，圖中的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

圖2.31改變電樞電壓調(diào)速機(jī)械特性改變電樞電源電壓調(diào)速

由圖可知：電樞電源電壓越低，轉(zhuǎn)速也越低。改變電樞電源電壓調(diào)速方法的調(diào)速范圍也只能在額定轉(zhuǎn)速與零轉(zhuǎn)速之間調(diào)節(jié)。

圖2.31改變電樞電壓調(diào)速機(jī)械特性改變電樞電源電壓調(diào)速

調(diào)壓調(diào)速時(shí)，特性的“硬度”不變，低速運(yùn)行的穩(wěn)定性好。當(dāng)電樞電源電壓連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)，為無級(jí)調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速平滑性好，即可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速效率高，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：所需的可調(diào)壓電源設(shè)備投資較高。這種調(diào)速方法在直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

例題2.6.1一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定功率PN＝90kW，額定電壓UN＝440V，額定電流IN＝224A，額定轉(zhuǎn)速nN＝1500r／min，電樞回路總電阻Ra＝0.0938Ω。求電動(dòng)機(jī)在以下各種不同靜差率要求、不同調(diào)速方式時(shí)的調(diào)速范圍：(1)靜差率δ≤25％、電樞串電阻調(diào)速時(shí)；(2)靜差率δ≤25％、改變電樞電源電壓調(diào)速時(shí)；(3)靜差率δ≤40％、電樞串電阻調(diào)速時(shí)。解(1)求δ≤25％、電樞串電阻調(diào)速時(shí)的調(diào)速范圍（2）求δ≤25％、改變電樞電源電壓調(diào)速時(shí)的調(diào)速范圍（3）求δ≤40％、電樞串電阻調(diào)速時(shí)的調(diào)速范圍

2.6.3弱磁調(diào)速

保持電樞電源電壓不變，電樞回路也不串接電阻，在電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不很大（小于額定轉(zhuǎn)矩）時(shí)，減少直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通，可使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)弱磁調(diào)速，如圖2.32所示。

弱磁調(diào)速由圖可知，當(dāng)勵(lì)磁磁通為時(shí)，特性的交點(diǎn)為A，轉(zhuǎn)速為n；磁通減少為時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速增大，斜率也變大，交點(diǎn)為A1，轉(zhuǎn)速為n1；磁通減少為時(shí)，轉(zhuǎn)速為n2。調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)所允許最高轉(zhuǎn)速之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般約為1.2nN左右，可達(dá)3

nN或更高。圖2.32弱磁調(diào)速機(jī)械特性弱磁調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行效率也較高，適用