發布日期：2022-04-18 點擊率：83
為了提高生產效率或滿足生產工藝的要求，許多生產機械在工作過程中都需要調速。例如車床切削工件時，精加工用高轉速，粗加工用低轉速；軋鋼機在軋制不同品種和不同厚度的鋼材時，也必須有不同的工作速度。電力拖動系統的調速可以采用機械調速、電氣調速或二者配合起來調速。通過改變傳動機構速比的方法稱為機械調速；通過改變電動機參數的方法稱為電氣調速。本節只介紹他勵直流電動機的電氣調速。改變電動機的參數就是人為地改變電動機的機械特性，從而使負載工作點發生變化，轉速隨之變化。可見，在調速前后，電動機必然運行在不同的機械特性上。如果機械特性不變，因負載變化而引起電動機轉速的改變，則不能稱為調速。
根據他勵直流電動機的轉速公式
不同的生產機械對電動機的調速范圍有不同的要求。要擴大調速范圍，必須盡可能地提高電動機的最高轉速和降低電動機的最低轉速。電動機的最高轉速受電動機的機械強度、換向條件、電壓等級等方面的限制，而最低轉速則受到低速運行時轉速的相對穩定性的限制。
（2）靜差率（相對穩定性）
轉速的相對穩定性是指負載變化時，轉速變化的程度。轉速變化小，其相對穩定性好。轉速的相對穩定性用靜差率，就稱為靜差率，用百分數表示為：
關系如下：
為最低轉速機械特性上的轉速降；
圖 不同機械特性的靜差率
由式 可知，若對靜差率這一指標要求過高，即也越大，轉速的相對穩定性越差。
不同的生產機械，對靜差率的要求不同，普通車床要求。保證一定靜差率指標的前提下，要擴大調速范圍，就必須減小轉速降落
：
值越接近1，則平滑性越好，當
電樞串電阻調速 恒轉矩負載時電樞串電阻調速過程
電樞串電阻調速的優點是設備簡單，操作方便；缺點是：
（1）由于電阻只能分段調節，所以調速的平滑性差。
（2）低速是特性曲線斜率大，靜差率大，所以轉速的相對穩定性差。
（3）輕載時調速范圍小，額定負載時調速范圍一般為D≤2。
（4）如果負載轉矩保持不變，則調速前和調速后因磁通不變而使電動機的Tem和Ia不變，輸入功率（P1=UNIa）也不變，但輸出功率（
圖1—41 降低電壓調速
設電動機拖動恒轉矩負載TL在固有特性上A點運行，其轉速為nN。若電源電壓由UN下降至U1，則達到新的穩態后，工作點將移到對應人為特性曲線上的B點，其轉速下降為n1。從圖中可以看出，電壓越低，穩態轉速也越低。
轉速由nN下降至n1的調速過程如下：電動機原來在A點穩定運行時，Tem=TL，n=nN。當電壓降至U1后，電動機的機械特性變為直線n01B。在降壓瞬間，轉速n不突變，Ea不突變，所以Ia和Tem突變減小，工作點平移到A/點。在A/點，Tem<TL，電動機開始減速，隨著n減小，Ea減小，Ia和Tem增大，工作點沿A/B方向移動，到達B點時，達到了新的平衡：Tem=TL，此時電動機便在較低轉速n1下穩定運行。降壓調速過程與電樞串電阻調速過程類似，調速過程中轉速和電樞電流（或轉矩）隨時間的變化曲線也與圖類似。
降壓調速的優點是：
（1）電源電壓能夠平衡調節，可以實現無級調速；
（2）調速前后機械特性的斜率不變，硬度較高，負載變化時，速度穩定性好；
（3）無論輕載還是重載，調速范圍相同，一般可達D=2.5~12；
（4）電能損耗較小。
降壓調速的缺點是，需要一套電壓可連續調節的直流電源。早期常采用發電機-電動機系統，簡稱G—M系統，如圖1—42所示。圖中交流電動機作為直流發電機G2及直流勵磁機G1的驅動電機。調節G2的勵磁電流IfG,可以改變G2發出的電壓，從而實現對直流電動機M的調壓調速。通過圖中的雙向開關可以改變IfG的方向，從而改變G2輸出電壓的極性，以實現對直流電動機的正反轉控制。此外，調節直流電動機勵磁回路的電阻，可以實現對直流電動機的調磁調速。
這種系統的性能較為優越，但設備多、投資大。目前，這種系統已被晶閘管—電動機系統（簡稱SCR—M系統）取代，SCR—M系統如圖1—43所示。調壓調速多用在對調速性能要求較高的生產機械上，如機床、造紙機等。
減少至
后，電動機的機械特性變為直線n01B。在磁通減弱的瞬間，轉速n不突變，電動勢Ea隨著
減小，但Ia增大很多，所以電磁轉矩Tem還是增大的，因此工作點移到A/點。在A/點，Tem>TL，電動機開始加速，隨著n上升，Ea增大，Ia和Tem減小，工作點沿A/B方向移動，到達B點時，Tem=TL，出現了新的平衡，此時電動機便在較高的轉速n1下穩定運行。調速過程中電樞電流和轉速隨時間的變化規律如圖1—45所示。
可知，當電樞電流Ia不變時（即在一定的負載下），只要改變電樞電壓U、電樞回路串聯電阻Rs及勵磁磁通φ三者之中的任意一個量，就可改變轉速n。因此，他勵直流電動機具有三種調速方法：調壓調速,電樞串電阻調速和調磁調速。為了評價各種調速方法的優缺點，對調速方法提出了一定的技術經濟指標，稱為調速指標。下面先對調速指標做一介紹，然后討論他勵電動機的三種調速方法及其與負載類型的配合問題。
1．評價調速的指標
評價調速性能好壞的指標由以下四個方面
（1）調速范圍
調速范圍是指電動機在額定負載下可能運行的最高轉速nmax與最低轉速nmin之比，通常又用D表示，即
表示。當電動機在某一機械特性上運行時，由理想空載增加到額定負載，電動機的轉速降落與理想空載轉速n0之比
顯然，電動機的機械特性越硬，其靜差率越小，轉速的相對穩定性就越高。但是靜差率的大小不僅僅是由機械特性的硬度決定的，還與理想空載轉速的大小有關。
靜差率與調速范圍兩個指標是相互制約的，設圖中曲線1和曲線4為電動機最高轉速和最低轉速時的機械特性，則電動機的范圍D與最低轉速是的靜差率
式中，為最低轉速時的靜差率，即系統的最大靜差率。
值越小，則調速范圍D就越小；反之，若要求調速范圍D越大，則靜差率
，而高精度的造紙機則要求
。
（3）調速的平滑性
在一定的調還范圍內，調速的級數越多，就認為調速越平滑，相鄰兩級轉速之比稱為平滑系數 （1-65）
=1時，稱為無級調速，即轉速可以連續調節。調速不連續時，級數有限，稱為自級調速。
（4）調速的經濟性
主要指調速設備的投資、運行效率及維修費用等。
2．調速方法
（1）電樞回路串電阻調速
電樞回路串電阻調速的原理及調速過程可用下圖說明。設電動機拖動恒轉矩負載TL在固有特性上A點運行，其轉速為nN。若電樞回路串入電阻Rs1，則達到新的穩態后，工作點變為人為特性上的B點，轉速下降到n1。從圖中可以看出，串入的電阻值越大，穩態轉速就越低。
現以轉速由nN降至n1為例，說明其調速過程。電動機原來在A點穩定運行時，Tem=TL，n=nN,當串入Rs1后，電動機的機械特性變為直線n0B，因串電阻瞬間轉速不突變，故Ea不突變，于是Ia及Tem突變減小，工作點平移到A/點。在A/點，Tem<TL,所以電動機開始減速，隨著n的減小，Ea減小，Ia及Tem增大，即工作點沿A/B方向移動，當到達B點時，Tem=TL，達到了新的平衡，電動機便在n1轉速下穩定運行。調速過程中轉速n和電流ia(或Tem)隨時間的變化規律如圖1—40所示。
）卻隨轉速的下降而減小，減小的部分被串聯的電阻消耗掉了，所以損耗較大，效率較低。而且轉速越低，所串電阻越大，損耗越大，效率越低，所以這種調速方法是不太經濟的。
因此，電樞串電阻調速多用于對調速性能要求不高的生產機械上，如起重機、電車等。
（2）降低電源電壓調速
電動機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行調節。降低電源電壓調速的原理及調速過程可用圖1—41說明。
G—M系統示意圖 SCR—M系統示意圖
（3）減弱磁通調速
額定運行的電動機，其磁路已基本飽和，即使勵磁電流增加很多，磁通也增加很少，從電動機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，調節磁通調速即是弱磁調速，其調速原理及調速過程可用下圖 說明。
設電動機拖動恒轉矩負載TL在固有特性曲線上A點運行，其轉速為nN。若磁通由，則達到新的穩態后，工作點將移到對應認為特性上的B點，其轉速上升為n1。從圖中可見，磁通越少，穩態轉速將越高。轉速由nN上升到n1的調速過程如下：電動機原來在A點穩定運行時，Tem=TL，n=nN。當磁通減弱到
而減小，于是電樞電流Ia增大。盡管
減弱磁通調速 恒轉矩負載時弱磁通調速過程
對于恒轉矩負載，調速前后電動機的電磁轉矩不變，因為磁通減小，所以調速后的穩態電樞電流大于調速前的電樞電流，這一點與前兩種調速方法不同。當忽略電樞反應影響和較小的電阻壓降RaIa的變化時，可近似認為轉速與磁通成反比變化。
弱磁調速的優點：由于在電流較小的勵磁回路中進行調節，因而控制方便，能量損耗小，設備簡單，而且調速平滑性好。雖然弱磁升速后電樞電流增大，電動機的輸入功率增大，但由于轉速升高，輸出功率也增大，電動機的效率基本不變，因此弱磁調速的經濟性是比較好的。
弱磁調速的缺點：機械特性的斜率變大，特性變軟；轉速的升高受到電機換向能力和機械強度的限制，因此升速范圍不可能很大，一般D≤2。
為了擴大調速范圍，常常把降壓和弱磁兩種調速方法結合起來。在額定轉速以下采用降壓調速，在額定轉速以上采用弱磁調速。
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