直流电动机调速.doc

直流电动机调速 在直流传动系统中，人为地或自动地改变电动机的转速以满足工作机械不同转速地要求，称之为调速。可以通过改变电动机的参数或外加电压等方法，来改变电动机的机械特性，从而改变电动机的稳定转速。 电动机的转速由操作工给定，不能自动纠正转速偏差的方式称为开环控制。在很多情况下，希望转速稳定，即转速不随负载及电网电压等外界扰动而变化，此时电动机的转速应能自动调节，为此构成的调速系统称为闭环系统。 电动机调速的分类及静态指标 直流电动机调速的分类 无级调速和有级调速： 无级调速：又称连续调速，是指电动机的转速可以平滑地调节。其特点为 转速变化均匀，适应性强而且容易实现调速自动化，因此在工业装置中被广泛采用。 有级调速：又称间断调速或分级调速。它的转速只有有限的几级，调速范围有限且不易实现调速自动化。 向上调速和向下调速（调速的方向性）： 电动机未作调速时的固有转速，通常即为电动机额定负载时的额定转速，也称为基本转速或基速。一般在基速方向提高转速的调速称为向上调速，例如直流电动机改变磁通进行调速，其调速极限受电动机的机械强度和换向条件限制。在基速方向降低转速的调速称为向下调速，例如直流电动机改变电枢电压进行调速，调速的极限即最低转速主要受转速稳定性的限制。 恒转矩调速和恒功率调速： a) 恒转矩调速：有很大一部分工作机械，其负载性质属于恒转矩类型，即在调速过程中不同的稳定速度下，电动机的转矩为常数。如果选择的调速方法能使常数，则在恒转矩负载下，电机不论在高速和低速下运行，其发热情况是一样的，这就使电动机容量能被合理而充分地利用。这种调速方法称为恒转矩调速。例如，当磁通一定时调节电枢电压或电枢回路电阻的方法，就属于恒转矩调速方法。 b)恒功率调速：具有恒功率特性的负载，是指在调速过程中负载功率PL＝常数，负载转矩TL=。对于直流电动机，当电枢电压一定时减弱磁通的调速方法就属于此种类型。用恒功率调速方法去带动恒转矩性质的负载是不合理的，在高速时电机将会过载。 因此，对恒功率负载，应尽量采用恒功率调速方法；而对恒转矩负载，应尽量采用恒转矩调速方法。这样，电机容量才会得到充分利用。 直流电动机调速的静态指标 调速范围： 生产机械要求电动机能提供的最高转速nmax 和最低转速nmin之比叫做调速范围，通常用D表示，即 式中nmax和nmin －一般都指额定负载时的转速，闭环调速系统的调速范围可达100：1或更大。 静差率： 电动机在某一转速下运行时，负载由理想空载变到额定负载时所产生的转速降落和额定负载时的转速之比，称为静差率（又称转速变化率）S，常用百分数表示，即 式中n0 ――电动机理想空载转速； n――电动机额定负载时的转速。 闭环调速系统的静差率一般为10－2～10－3 。 稳速精度μ： 在稳速系统中常用稳速精度的概念，即在规定的电网质量和负载扰动的条件下，在规定的运行时间（如1h或8h）内，在某一指定的转速下，t时间（通常t取1s）内平均转速最大值nmax 和另一个t时间内平均转速最小值nmin 的相对误差的百分值，来表明稳速系统的性能 数字稳速系统的稳速精度可在10－4～10－5。 直流电动机的调速方法 直流电动机的调速原理： 直流电动机的机械特性方程式为 (1) 式中U――加在电枢回路上的电压； R――电动机电枢电路总电阻； Φ――电动机磁通； Ce ――电动势常数； CT ――转矩常数； T――电磁转矩。 由式1可知，改变电动机电枢回路电阻R、外加电压U及磁通Φ中的任何一个参数，就可以改变电动机的机械特性，从而对电动机进行调速。 直流电动机的调速方法： 改变电枢回路电阻调速 从式1可知，当电枢电路串联附加电阻R时（见图1），其特性方程式变为 (2) 式中R0――电动机电枢电阻； R――电枢电路外串附加电阻； 从式中2可以看出，电动机电枢电路中串联电阻时特性的斜率增加；在一定负载转矩下，电动机的转速降增加，因而实际转速降低了。图1所示为不同附加电阻值时的一组特性曲线。 图1 直流电动机电枢电路串联电阻调速 （a）线路图；（b）机械特性图 采用这种调速方法，因其机械特性变软，转速受负载影响较大，轻载时达不到调速的目的，重载时还会产生堵转现象，而且在串联电阻中流过的是电枢电流，长期运行损耗也大，经济性差，因此在使用上有一定局限性。 电枢电路串联电阻的调速方法，属于恒转矩调速，只有在需要降低转速时使用。工业上，在小容量电动机的电枢回路中可串一台手动或电动变阻器来进行调速，对较大容量的电动机多用接触器－继电器系统来切换电枢串联电阻，故多属于有级调速。 由于在电枢回路中串联电阻的调速方法使特性变软，故在实践中又产生一种在电枢