直流电动机的调速

8.1.7　直流电动机的调速

由直流电动机公式：

　　　　　　　　　　　　　　E_a=C_eφn

　　　　　　　　　　　　　　E_a=U−I_aR_a

　　　　　　　　　　　　　　T=C_TφI_a

可得电动机的转速为：

式中，₀n称为理想空载转速；K为常数。

我们把如上式（8-10）表示的电动机转速n与电磁转矩T之间的关系，即n=f(T)，称为电动机的机械特性。

由转速n与电磁转矩T之间的关系可知，在负载不变的情况下，改变端电压U、电枢电阻_aR和励磁电流_fI都可进行调速。下面以他励直流电动机带动恒定负载时的调速为例进行介绍。

1．变电压调速

保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢绕组中不串电阻，降低电枢电压时，电动机的理想空载转速_0e/nUCφ=减小，可得一组具有相同斜率的机械特性曲线（即nT−曲线），如图8-11所示。

图8-11　变压调速的机械特性

假设电动机电枢电压为U_N时，电磁转矩T等于负载转矩T_L，以速度n稳定运行于A点。当端电压下降为U₁瞬间，转度n不能突变，电动机由A点跃迁到A′点，但电枢电流I_a减小，电磁转矩_TaTCIφ=也减小，出现负载转矩T_L＞T，使转速沿₁U曲线下降。反电势_aeECnφ=随转度减小而减小，使增大，电磁转矩也增大，直到₁A点_LTT=，再次处于平衡。

降低电压调速具有机械特性硬度不变、稳定性好、可无极平滑调节、调速范围宽、低速时电能损耗小等优点；但调压设备相对复杂，常用晶闸管可控整流电源装置。

降压调速在直流电力拖动系统中被广泛应用，如用于机床、轧钢机、造纸机等调速性能要求较高的场合。

2．弱磁调速

保持他励直流电动机电枢电压恒定，电枢绕组中不串电阻，在电动机拖动的负载转矩不太大时，降低磁通，可以使电动机的转速升高。如图8-12所示为弱磁调速的机械特性，显然，磁通减少越甚，转速升高得越大。

图8-12　他励直流电动机弱磁调速

他励直流电动机，在正常运行情况下，励磁回路电流比电枢电流小很多，因而励磁回路中的调速电阻消耗的功率比电枢回路串调速电阻时消耗的功率小得多；而且励磁回路调速电阻的容量小，控制方便，可实现转速连续调节的无极调节。但弱磁调速的调速范围小，只能在基速以上进行调速。有时为了得到较大的调速范围，常把降压调速和弱磁调速配合起来使用。

3．电枢串电阻调速

他励直流电动机拖动恒转矩负载运行时，保持电源电压和磁通为额定值不变，电枢绕组中串入不同电阻，可得一组交于n₀点的具有不同斜率的机械特性曲线（即n－T曲线），如图8-13所示。₀/_enUCφ=，是电动机的理想空载转速，为恒定值。串入电阻值越大，机械特性斜率值就越大，机械特性越软，即负载发生相同波动时，斜率大转速波动就大。

图8-13　他励直流电动机电枢串电阻调速

在如图8-13所示的调速过程中，假设电动机稳定运行于A₁点，T_L＝T，转速为n₁，电枢电阻增大为R₂瞬间，速度n₁不能突变，电动机运行状态从A₁点跃迁到A′点，此时，电枢电流I_a因电枢电阻增大而减小，电磁转矩T＝C_TφI_a下降，使T_L＞T，电动机转速n沿R₂曲线下降。随着转速下降，反电势E_a＝C_eφn减小，使电枢电流回升，电磁转矩T增大，直到₂A点，T_L=T，再次达到稳定运行。

串电枢电阻调速具有所需设备简单、可进行无极调速的优点，但由于串入电阻后机械特性变软，稳定性下降；同时，电阻消耗能量大，不经济。因此串电阻调速多用于调速性能要求不高的场合，如起重机、电车等。