直流电机的调速

由 范文之家 分享时间：2024-03-09 16:36:42 加入收藏我要投稿点赞

直流电机的调速

为了提高产品质量和生产效率，工作机械的运行速度不可能是单一的。应按照工作机械的要求人为地调节拖动电机的运行速度。例如：车床切削工件时，精加工用高速，粗加工用低速。那么怎样进行速度调整呢？

所谓直流电机的调速，是指人为地改变电机的相关电气参数，使其转速发生变化，从而达到预定的转速。

他励直流电机的机械特性方程为：

由上面的方程式可知，要使电机的转速发生变化，有以下的三种方式：

（1）改变电枢电压调速；

（2）改变转子回路电阻调速；

（3）改变磁通调速。

一、改变电枢电压调速

调速前，电机稳定工作在图1－37所示的固有机械特性曲线1的a点上。这时如加在转子两端的电压降低，在此瞬间电机的转速由于惯性作用而来不及变化，电动势Ea也来不及变化。由式（1－60）可知，转子电流Ia将减小，这必将导致电磁转矩Te变小，电动机将从a点瞬时过渡到人为机械特性曲线2的b点。这时电机电磁转矩小于负载转矩，转速将下降。在转速下降的同时，电动势Ea也随之减小，转子电流和电磁转矩又重新增大。当转子电流及电磁转矩增加到原来与负载转矩相平衡的数值时，电机便稳定在人为机械特性曲线2的c点上。

如果转子电压下降幅度较大，使U＜Ea，Ia为负值，电机便过渡到回馈发电制动状态，从固有机械特性曲线1的a点瞬时过渡到另一人为机械特性曲线3的b′点。这时系统的动能将变为电能回馈电网。电机在电磁制动转矩和负载阻转矩的作用下，转速下降。随后，电机的转矩和转速变化沿着人为机械特性曲线3，从b′点过渡到d点，并以转速nd的转速稳定运行于d点。

图1－37 改变电枢电压调速时的机械特性曲线

这种调速方法的主要优点有：电压调节可以很细，实现无级调速，平滑性很好；由于特性没有软化，相对稳定性较好；可以调节至较低的转速，因此调速范围较广；调速过程能量损耗较小。

二、改变转子回路电阻调速

在调速前，电机带额定负载运行于图1－38所示的固有机械特性曲线1的a点，对应转速为n N，转子电流为IN，由于转速不能跃变，反电动势Ea＝CeΦN也不会跃变，转子电流将随着电阻的串入而减小，使电磁转矩Te＝CmΦIa减小，这时运行点由固有特性曲线的a点过渡到人为特性曲线2的b点。这时电机电磁转矩小于负载转矩，转速将沿着特性曲线2下降，在转速下降的同时，电动势Ea随之减小，转子电流及电磁转矩又重新增大。当转子电流及电磁转矩增加到原来与负载转矩相平衡的数值时，电机便稳定运行在转速较额定值低的人为机械特性曲线2的c点上。

图1－38 改变转子回路电阻调速时的机械特性曲线

这种调速方法的缺点是：由于所串接电阻体积大，只能实现有级调速，调速的平滑性差；低速时，特性较软，稳定性较差；因为转子电流不变，电阻损耗随电阻成正比变化，转速越低，需串入的电阻越大，电阻损耗越大，效率越低。但这种调速方法具有设备简单、操作方便的优点，适于作短时调速，在起重和运输牵引装置中得到广泛的应用。

三、改变磁通调速

改变磁通调速的过程如图1－39所示。当磁通减弱时，其电磁转矩的大小不仅取决于磁通，还与电枢电流密切相关；磁通减小，导致电枢反电动势减小，电枢电流增大，所以电磁转矩反而增大；当电磁转矩超过负载转矩时，电机的工作点由固有机械特性曲线上的a点过渡到人为机械特性曲线上的b点，在b点，电机的电磁转矩大于负载转矩，电机转速沿着人为机械特性曲线升高，升高到c点时，电机的电磁转矩与负载转矩相等，电机稳定运行。

根据式（1－54）和式（1－55）可知，当磁通ϕ减小时，理想空载转速n0将升高，同时特性斜率β将增大。但一般n0比β增加得快，因此在一般情况下，磁通的减弱使转速上升，即弱磁调速是从额定转速向上调速。

改变磁通调速方法的优点是调速级数多，平滑性好；控制设备体积小，投资少，能量损耗小。其主要缺点是只能使转速升高而不能降低。因为正常工作时，ϕ＝ϕN，磁路已趋饱和，所以只能采取弱磁调速的方法。而弱磁使转速升高又受到换向和机械强度的限制，因此该方法在实际应用中受到限制。

图1－39 改变磁通调速时的机械特性曲线

［例1－6］一台直流他励电机的额定数据是：PN＝46k W，UN＝220V，n N＝580r／min，IN＝230A，Ra＝0.045Ω，当额定负载时求：

（1）要使电动机以350r／min的速度运行，如何实现？

（2）若减小励磁使磁通减小15％，求电机的转速和转子电流是多少？

解：

（1）因所求的电机转速小于额定转速，因此可以采用降低电源电压或转子回路串接电阻两种方法实现。

①降低电源电压。

额定电压时电动势平衡方程式为：

UN＝Ea＋INRa＝CeΦn N＋INRa

则：