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　　為了提高生產(chǎn)效率或滿足生產(chǎn)工藝的要求，許多生產(chǎn)機(jī)械在工作過程中都需要調(diào)速。例如車床切削工件時(shí)，精加工用高轉(zhuǎn)速，粗加工用低轉(zhuǎn)速；軋鋼機(jī)在軋制不同品種和不同厚度的鋼材時(shí)，也必須有不同的工作速度。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速或二者配合起來調(diào)速。通過改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速比的方法稱為機(jī)械調(diào)速；通過改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)的方法稱為電氣調(diào)速。本節(jié)只介紹他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速。改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)就是人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而使負(fù)載工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速隨之變化。可見，在調(diào)速前后，電動(dòng)機(jī)必然運(yùn)行在不同的機(jī)械特性上。如果機(jī)械特性不變，因負(fù)載變化而引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，則不能稱為調(diào)速。
　　根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式
　　　　　　　　　　　　　　　
　　不同的生產(chǎn)機(jī)械對電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍有不同的要求。要擴(kuò)大調(diào)速范圍，必須盡可能地提高電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和降低電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受電動(dòng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度、換向條件、電壓等級等方面的限制，而最低轉(zhuǎn)速則受到低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性的限制。
　　（2）靜差率（相對穩(wěn)定性）
　　轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性是指負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度。轉(zhuǎn)速變化小，其相對穩(wěn)定性好。轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性用靜差率，就稱為靜差率，用百分?jǐn)?shù)表示為：

　　　　　　　　　　　　　　關(guān)系如下：
　　　　　　　　　　　為最低轉(zhuǎn)速機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速降；
　　　　　　　　　　　　　　　　圖 不同機(jī)械特性的靜差率
　　由式 可知，若對靜差率這一指標(biāo)要求過高，即也越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性越差。
　　不同的生產(chǎn)機(jī)械，對靜差率的要求不同，普通車床要求。保證一定靜差率指標(biāo)的前提下，要擴(kuò)大調(diào)速范圍，就必須減小轉(zhuǎn)速降落：
　　　　　　　　　值越接近1，則平滑性越好，當(dāng)
　　　　　　　　　　　　電樞串電阻調(diào)速 　　　　　恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)電樞串電阻調(diào)速過程
　　電樞串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便；缺點(diǎn)是：
　　（1）由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差。
　　（2）低速是特性曲線斜率大，靜差率大，所以轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性差。

　　（3）輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D≤2。
　　（4）如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變，則調(diào)速前和調(diào)速后因磁通不變而使電動(dòng)機(jī)的T_em和I_a不變，輸入功率（P₁=U_NI_a）也不變，但輸出功率（
　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1—41 降低電壓調(diào)速
　　設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T_L在固有特性上A點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為n_N。若電源電壓由U_N下降至U₁，則達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，工作點(diǎn)將移到對應(yīng)人為特性曲線上的B點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速下降為n₁。從圖中可以看出，電壓越低，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速也越低。
　　轉(zhuǎn)速由n_N下降至n₁的調(diào)速過程如下：電動(dòng)機(jī)原來在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，T_em=T_L，n=n_N。當(dāng)電壓降至U1后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)橹本€n01B。在降壓瞬間，轉(zhuǎn)速n不突變，Ea不突變，所以Ia和Tem突變減小，工作點(diǎn)平移到A/點(diǎn)。在A/點(diǎn)，T_em<T_L，電動(dòng)機(jī)開始減速，隨著n減小，E_a減小，I_a和T_em增大，工作點(diǎn)沿A/B方向移動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，達(dá)到了新的平衡：T_em=T_L，此時(shí)電動(dòng)機(jī)便在較低轉(zhuǎn)速n₁下穩(wěn)定運(yùn)行。降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程類似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時(shí)間的變化曲線也與圖類似。
　　降壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：
　　（1）電源電壓能夠平衡調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速；
　　（2）調(diào)速前后機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)，速度穩(wěn)定性好；
　　（3）無論輕載還是重載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá)D=2.5~12；
　　（4）電能損耗較小。
　　降壓調(diào)速的缺點(diǎn)是，需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。早期常采用發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，簡稱G—M系統(tǒng)，如圖1—42所示。圖中交流電動(dòng)機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)G2及直流勵(lì)磁機(jī)G1的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。調(diào)節(jié)G2的勵(lì)磁電流I_fG,可以改變G2發(fā)出的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)M的調(diào)壓調(diào)速。通過圖中的雙向開關(guān)可以改變I_fG的方向，從而改變G2輸出電壓的極性，以實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。此外，調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路的電阻，可以實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)磁調(diào)速。
　　這種系統(tǒng)的性能較為優(yōu)越，但設(shè)備多、投資大。目前，這種系統(tǒng)已被晶閘管—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（簡稱SCR—M系統(tǒng)）取代，SCR—M系統(tǒng)如圖1—43所示。調(diào)壓調(diào)速多用在對調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上，如機(jī)床、造紙機(jī)等。
　　　　　減少至后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)橹本€n_01B。在磁通減弱的瞬間，轉(zhuǎn)速n不突變，電動(dòng)勢E_a隨著減小，但I(xiàn)_a增大很多，所以電磁轉(zhuǎn)矩T_em還是增大的，因此工作點(diǎn)移到A/點(diǎn)。在A/點(diǎn)，T_em>T_L，電動(dòng)機(jī)開始加速，隨著n上升，E_a增大，I_a和T_em減小，工作點(diǎn)沿A/B方向移動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，T_em=T_L，出現(xiàn)了新的平衡，此時(shí)電動(dòng)機(jī)便在較高的轉(zhuǎn)速n₁下穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)速過程中電樞電流和轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖1—45所示。
　　　　　　　　
　　可知，當(dāng)電樞電流I_a不變時(shí)（即在一定的負(fù)載下），只要改變電樞電壓U、電樞回路串聯(lián)電阻R_s及勵(lì)磁磁通φ三者之中的任意一個(gè)量，就可改變轉(zhuǎn)速n。因此，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有三種調(diào)速方法：調(diào)壓調(diào)速,電樞串電阻調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。為了評價(jià)各種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對調(diào)速方法提出了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，稱為調(diào)速指標(biāo)。下面先對調(diào)速指標(biāo)做一介紹，然后討論他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的三種調(diào)速方法及其與負(fù)載類型的配合問題。
　　1．評價(jià)調(diào)速的指標(biāo)
　　評價(jià)調(diào)速性能好壞的指標(biāo)由以下四個(gè)方面
　　（1）調(diào)速范圍
　　調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下可能運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速n_max與最低轉(zhuǎn)速n_min之比，通常又用D表示，即
　　　　　　　　　　　　　　　　　　表示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在某一機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，由理想空載增加到額定負(fù)載，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速n₀之比
　　顯然，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性越硬，其靜差率越小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就越高。但是靜差率的大小不僅僅是由機(jī)械特性的硬度決定的，還與理想空載轉(zhuǎn)速的大小有關(guān)。
　　靜差率與調(diào)速范圍兩個(gè)指標(biāo)是相互制約的，設(shè)圖中曲線1和曲線4為電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速時(shí)的機(jī)械特性，則電動(dòng)機(jī)的范圍D與最低轉(zhuǎn)速是的靜差率
　　式中，為最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率，即系統(tǒng)的最大靜差率。
　　　　　　　　　　　　　　　　值越小，則調(diào)速范圍D就越小；反之，若要求調(diào)速范圍D越大，則靜差率，而高精度的造紙機(jī)則要求。
　　（3）調(diào)速的平滑性
　　在一定的調(diào)還范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，就認(rèn)為調(diào)速越平滑，相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比稱為平滑系數(shù)　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-65）
　　=1時(shí)，稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時(shí)，級數(shù)有限，稱為自級調(diào)速。
　　（4）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性
　　主要指調(diào)速設(shè)備的投資、運(yùn)行效率及維修費(fèi)用等。
　　2．調(diào)速方法
　　（1）電樞回路串電阻調(diào)速
　　電樞回路串電阻調(diào)速的原理及調(diào)速過程可用下圖說明。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T_L在固有特性上A點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為nN。若電樞回路串入電阻R_s1，則達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，工作點(diǎn)變?yōu)槿藶樘匦陨系腂點(diǎn)，轉(zhuǎn)速下降到n₁。從圖中可以看出，串入的電阻值越大，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速就越低。
　　現(xiàn)以轉(zhuǎn)速由n_N降至n₁為例，說明其調(diào)速過程。電動(dòng)機(jī)原來在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，T_em=T_L，n=n_N,當(dāng)串入R_s1后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)橹本€n₀B，因串電阻瞬間轉(zhuǎn)速不突變，故E_a不突變，于是I_a及T_em突變減小，工作點(diǎn)平移到A/點(diǎn)。在A/點(diǎn)，T_em<T_L,所以電動(dòng)機(jī)開始減速，隨著n的減小，E_a減小，I_a及T_em增大，即工作點(diǎn)沿A/B方向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)B點(diǎn)時(shí)，T_em=T_L，達(dá)到了新的平衡，電動(dòng)機(jī)便在n₁轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速n和電流i_a(或T_em)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖1—40所示。
　　　　　　　　　　）卻隨轉(zhuǎn)速的下降而減小，減小的部分被串聯(lián)的電阻消耗掉了，所以損耗較大，效率較低。而且轉(zhuǎn)速越低，所串電阻越大，損耗越大，效率越低，所以這種調(diào)速方法是不太經(jīng)濟(jì)的。
　　因此，電樞串電阻調(diào)速多用于對調(diào)速性能要求不高的生產(chǎn)機(jī)械上，如起重機(jī)、電車等。
　　（2）降低電源電壓調(diào)速
　　電動(dòng)機(jī)的工作電壓不允許超過額定電壓，因此電樞電壓只能在額定電壓以下進(jìn)行調(diào)節(jié)。降低電源電壓調(diào)速的原理及調(diào)速過程可用圖1—41說明。
　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　G—M系統(tǒng)示意圖　　　　　　　　　　　　　 SCR—M系統(tǒng)示意圖
　　（3）減弱磁通調(diào)速
　　額定運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其磁路已基本飽和，即使勵(lì)磁電流增加很多，磁通也增加很少，從電動(dòng)機(jī)的性能考慮也不允許磁路過飽和。因此，改變磁通只能從額定值往下調(diào)，調(diào)節(jié)磁通調(diào)速即是弱磁調(diào)速，其調(diào)速原理及調(diào)速過程可用下圖 說明。
　　設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL在固有特性曲線上A點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為nN。若磁通由，則達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，工作點(diǎn)將移到對應(yīng)認(rèn)為特性上的B點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速上升為n₁。從圖中可見，磁通越少，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速將越高。轉(zhuǎn)速由n_N上升到n₁的調(diào)速過程如下：電動(dòng)機(jī)原來在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，T_em=T_L，n=n_N。當(dāng)磁通減弱到而減小，于是電樞電流I_a增大。盡管
　　　　　　　　　　　減弱磁通調(diào)速 　　　　　　　恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)弱磁通調(diào)速過程
　　對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不變，因?yàn)榇磐p小，所以調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)電樞電流大于調(diào)速前的電樞電流，這一點(diǎn)與前兩種調(diào)速方法不同。當(dāng)忽略電樞反應(yīng)影響和較小的電阻壓降RaIa的變化時(shí)，可近似認(rèn)為轉(zhuǎn)速與磁通成反比變化。
　　弱磁調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：由于在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡單，而且調(diào)速平滑性好。雖然弱磁升速后電樞電流增大，電動(dòng)機(jī)的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動(dòng)機(jī)的效率基本不變，因此弱磁調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性是比較好的。
　　弱磁調(diào)速的缺點(diǎn)：機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟；轉(zhuǎn)速的升高受到電機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，因此升速范圍不可能很大，一般D≤2。
　　為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，常常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來。在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上采用弱磁調(diào)速。