降低电枢电压调速

下面介绍两种降低电枢端电压的方法。

图4.3.2　电枢串联电阻调速

1.电枢回路串联电阻调速

他励直流电动机保持电源电压和气隙磁通为额定值，在电枢回路中串入不同阻值的电阻时，可以得到一簇人为机械特性。它们与负载机械特性的交点，即工作点，都是稳定的。电动机在这些工作点上运行时，可以得到不同的转速。外串电阻Rc的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同负载下电动机的转速也越低。

下面以转速由nA降为nB说明系统的调速过程，如图4.3.2所示。设电动机拖动恒转矩负载原在固有机械特性上的A点稳定运行，转速为nA。当电枢电阻由Ra突增到Ra＋Rc1时，转速nA及电枢电动势Ea一开始不能突变，运行点即在相同的转速下由A点过渡到A′点，转矩由TN下降为T′，此时T＝T′＜TL，（dn／dt）为负，系统减速。随着n及Ea的下降，Ia及T不断增加，系统减速度不断减小，直到n降到nB时，T增至TN，转矩新的平衡又建立，系统以较低的转速nB稳定运行于B点，调速过程结束。

在额定负载下，电枢串电阻调速时能达到的最高转速（Rc＝0时）为额定转速，所以其调速方向是由基速向下。

电枢回路串电阻调速时，如果负载转矩TL为常数，那么，当电动机在不同的转速下稳定运行时，由于电磁转矩都与负载转矩相等，因此电枢电流

即Ia与n无关。若TL＝TN，则Ia将保持额定值IN不变。

电枢串电阻调速时，外串电阻Rc上要消耗电功率I2aRc，使调速系统的效率降低。当电动机的负载转矩TL＝TN时，Ia＝IN，P1＝UNIN＝常数。忽略电动机的空载损耗p0。则P2＝PM＝EaIa。这时调速系统的效率为

可见调速系统的效率将随n的降低成正比地下降。当把转速调到0.5n0时，输入功率将有一半损耗在Ra＋Rc上，所以这是一种耗能的调速方法。

电枢串电阻的人为机械特性是一簇通过理想空载点的直线，串入的调速电阻越大，机械特性越软。这样，在低速下运行时，负载在不大的范围内变化，就会引起转速发生较大的变化，也就是转速的稳定性较差。

外串电阻Rc只能分段调节，所以这种调速方法不能实现无级调速。

在调速时，电动机可能在不同转速下较长时间运行，所以应按允许长期通过的额定电枢电流来选择外串电阻的功率，这使得电阻器的体积大、笨重。

尽管电枢串电阻调速方法所需设备简单、操作方便，但由于上述的功率损耗大、低速运行时转速稳定性差、不能无级调速等缺点，只能适用于对调速性能要求不高的中、小功率电动机，大功率电动机不采用。

2.降低电源电压调速

图4.3.3　降低电源电压调速

保持他励直流电动机的磁通为额定值，电枢回路不串电阻，若将电源电压降低为U1、U2、U3等不同数值时，则可得到与固有机械特性平行的人为机械特性，如图4.3.3所示。该图中所示的负载为恒转矩负载，当电源电压为额定值UN时，工作点为A，电动机转速为nA；电压降低到U1后，转速nA及电枢电动势Ea一开始不能突变，运行点即在相同的转速下由A点过渡到A′点，转矩由TN下降为T′，此时T＝T′＜TL，（dn／dt）为负，系统减速。随着n及Ea的下降，Ia及T不断增加，系统减速度不断减小，直到n降到nB时，T增至TN，转矩新的平衡又建立，系统以较低的转速nB稳定运行于B点，调速过程结束。工作点为B，转速为nB；电压为U2时，工作点为C，转速为nc，……电源电压越低，转速也越低，调速方向是从基速向下调节，因为电压一般不超过额定值。

降低电源电压调速时，Φ＝ΦN不变，若电动机拖动恒转矩负载，那么，在不同转速下稳定运行时，电磁转矩T＝TL＝常数，电枢电流

如果TL＝TN，则Ia＝IN不变，与转速无关。调速系统的铜耗为I2NRa，也与转速无关，而且数值较小，所以效率高。

当电源电压为不同值时，机械特性的斜率都与固有机械特性的斜率相等，特性较硬，当降低电源电压在低速下运行时，转速随负载变化的幅度较小，与电枢回路串电阻调速方法比较，转速的稳定性要好得多。

降低电源电压调速需要独立可调的直流电源，可以采用单独的他励直流发电机或晶闸管可控整流器。无论采用哪种方法，输出的直流电压都是连续可调的，因此能实现无级调速。

他励直流电动机降低电源电压调速是一种性能优越的调速方法，广泛应用于对调速性能要求较高的电动拖动系统中。