直流电动机的一般调速方法 -凯发官网入口

                        
在直流电动机中，根据励磁绕组连接方式的不同，可分为他励、并励、串励和复励四类电动机、而在调速系统中用得最多的是他励电动机。图1为直流他励电动机与直流并励电动机的原理图。 
                   
图1  直流他励电动机与直流并励电动机的原理图 
电枢回路中的电压平衡方程式为：        u=e+iara         （1）
式中：u-电动机的端电压(v)；
ia-流经电枢的电流(a)；
ra-电枢绕组的电阻(ω)；
e-直流电动机电刷间的电动势，它是由于电枢绕组在磁场中旋转而产生的感应电动势。                                e=keφn      （2）
式中：φ-对磁极的磁通(wl)；
      n-电枢的转速(r／min)；
      ke-与电动机结构有关的常数。
    以式(2)代入式(1)，并加整理可得：n= u/keφ- iara/keφ    （3）
为改善直流电动机的起动特性，限制电枢电流，在电枢回路中应串接外加电阻rad，式(1-2)则为：     u=e+ia（ra+rad)                          （4）
式(3)则变为：     n= u/keφ- ia（ra+rad)/keφ               （5）
由式(1)可得：     id＝t/kmφ    代入式(1-6)，则可得：
                    n= u/keφ- t（ra+rad)/kekmφ2                             （6）
由式(6)可知，调节串入电枢回路的外加电阻rad，电枢的供电电压u或磁极间的磁通(主磁通)φ，都可以在负载转矩不变的情况下，调节电动机的转速；而改变电枢的供电电压u的方向，或电枢绕组中的电流ia的方向，就可以改变电动机的旋转方向。即直流电动机的一般调速方法有三种：
1．调节串入电枢回路的外加电阻rad，(调阻调速法或电阻控制法)


                 图2  具有三段附加电组的他励电动机控制电路
保持电动机的供电电压u和磁极的磁通由不变，调节电枢回路的电阻，就可得到不同的转速。如图2所示，在电枢回路中，串入r1、r2、r3不同的电阻，依靠控制接触器kml、km2和km3，依次将外接的外加电阻rad (如r1、r2、r3)接入，从而使ra+rad的阻值由ra变为r1，(＝ra+ r1)、r2，(＝ra+ r1+ r2)和r3，(＝ra+ r1+ r2+ r3)。这样，就可以得到对应于a、c、e、g点的不同转速na、nc、ne、ng。
    当负载转矩tl相同时，转速随外加电阻rad的增大而降低。
    若不考虑电枢电路的电感，电动机调速时（降低转速)的机电过程将如图中所示，沿着a→b→c→d→e→f→g变化。电动机从稳定的转速na降低到新的稳定转速nc，再降低至ne、ng。。如串接的附加电阻减小，也可使转速上升。
这种调速方法具有以下一些特点：
1)    当rad＝0时，电动机运行于固有机械特性的“基速”上，随着串入的外加电阻rad的增大，转速降低，即从基速下调。若减小串入电阻，也可使转速上升，但永远不会超过基速。
2)    调阻调速，电动机工作于一组机械特性上，各条特性均经过相同的理想空载点na，而斜率不同。机械特性较软，平滑性较差，rad越大，斜率越大，即
特性越软。电动机在低速运行时稳定度变差。
3)    这种调速方法虽然能够调节转速，仅它一般只在需要降低转速时使用且多采用分级调速(一般最大为六级)，而实现无级调速闲难。
    4)在空载或轻载时，调速范围不大；在重载时会产生堵转现象。
    5)由于电枢电流流过调速电阻，因而消耗电能较大，转速越低，损耗越大。因此，这种调速方法只适用于对调速性能要求不高的中、小电动机，大容量电动机不宜采用。
2．调节电动机的电枢供电电压u (调压调速法或电压控制法)
保持直流电动机励磁磁通和电枢回路的电阻不变，调节电动机的电枢供电电压u，由式（6)可见，转速n即随之发生变化。如图3所示，在负载转矩
tl一定的情况下，加上不同的电枢电压un、u1、u2、u3、…（un＞u1＞u2＞u3＞…），

图3 改变电枢电压调速的特性
可以得到不同的转速na、nb、nc、nd、…（na＞nb＞nc＞nd＞…），并随着电压的降低，转速相应地降低。这种调速方法具有以下一些特点：
1)当供电电压连续变化时、转速也可以连续平滑地变化。即可实现无级调速，且调运范围较大。但供电电压不能超过电动机的额定电压。因此．调节的速度均低于额定转速。
2)降低电压时，电动机的机械特性与固有特性相平行，斜率不变、即硬度不变，调速的稳定度较高。
3)调速时，因电枢电流与电压u无关，且磁通未变化，故电磁转矩t＝kmφid不变，即为恒转矩调速。
4)可以用调节电枢电压的办法来起动电动机，而不用其它起动设备。
由于这些持点，调压调速法在大型设备或精密设备上得到广泛的应用。（http://www.diangon.com/凯发官网入口的版权所有）电压的调节，过去是用直流发电机组(g­-m系统)、电动机放大机组、汞弧整流器、闸流管等．目前用的较多的是可调直流电源、晶闸管整流装置(v-m系统)、晶体管脉宽调制放大器供电系统等。
3．调节电动机的主磁通φ (调磁调速法或励磁控制法)
保持电动机的电枢电压和电枢回路的电阻不变，调节励磁磁通，即改变了电动机的主磁通φ，由式（6)可见，转速n随着磁通φ的降低而升高。
图4所示为在负载转矩tl一定的情况下，在不同的主磁通φn、φ1、φ2、…     

 图4  弱磁调速的特性
下，得到的不同转速na、nb、nc、…。图中
φn＞φ1＞φ2．因而得到na＜nb＜nc。这种调速方法具有以下一些特点：
1)    可以平滑无级调速，但由于设计时一般总是取磁通工作在饱和区域，再增大主磁通的可能性不大，所以，调磁调速一般只能以削弱磁通来实现，即弱磁调速、而调节的速度将超过额定转速。
2)    调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制、普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的1.2—1.5倍，所以，调速范围不大。
3)    调速时维持电枢电压u和电枢电流id不变．即功率p＝uid不变。所以,调磁调速适合于带恒功率负载，实现恒功率调速。但电动机的转矩t＝kmφid将随着主磁通φ的减小而减小。                      
4)    由于削弱主磁通后．转速增长较快，过分地弱磁，甚至可能造成“飞车”事故。因此，不得过分地弱磁，速度不能调得过高。使用中还必须具有弱磁保护安全措施。基于弱磁的调速范围很小，一般不单独使用，需和调压调速配合使用。在额定转速（基速）以下，用降压调运；而在额定转速以上时，则用磁调速。这样，可得到很宽的调速范围，而且调速损耗小，运行效率高，并可获得较好的调速方式与负载的配合关系。
目前,对调速性能要求较高的电力拖动系统、大多以闭环控制的调压调速方法为主。