他励直流电动机的调速

3、恒转矩负载配恒功率调速 、
பைடு நூலகம்TL
T
n N = n min
电机未被充分利用。 电机未被充分利用。
PL < P TL < T
Ia < I N
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他励直流电动机的调速
可以证明： 可以证明
在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率） 在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率） 1 只是电动机额定功率的 （D为调速范围）。 为调速范围） D
出的最大转矩和功率。
充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和
功率达到它的容许值，即电枢 电流达到额定值。
当电动机调速时，在不同的转速下， 电枢电流能否总保持为额定值，即电动机 能否在不同转速下都得到充分利用，这个 问题与调速方式和负载类型的配合有关。
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他励直流电动机的调速
以电机在不同转速都能得到充分利用为条件， 以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他 励直流电动机的调速可分为恒转矩调速 恒转矩调速和 励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速。 电枢串电阻调速和降压调速时，磁通 Φ = Φ N 保持 不变，若在不同转速下保持电流 I a = I N 不变，即电机 得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：
n
nmax
T
nN
P 恒功率调速
恒转矩调速
为界， 以 nN 为界， 分两个区域： 分两个区域
n < nN 为恒转 矩调速区； 矩调速区；
n > n N为恒功 率调速区
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P
nmin
T
T P
他励直流电动机的调速
1、恒转矩负载配恒转矩调速 、
均为常数, T L和 T 均为常数,PL 和 P 均与转速 n 成正 比，只要选择电动机 相等， 的 T 与T L相等，在任 何转速下均有： 何转速下均有：
1）由于电阻只能分段调节，所以调速的 缺点： 平滑性差； 2）低速时特性曲线斜率大，静差率大， 所以转速的相对稳定性差； 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范 围一般为D≦2； 4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩 负载，调速前、后因增通不变而使Tem和Ia不变， 输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下 降，减少的部分被串联电阻消耗了。
n0 n N n N δ% = × 100% = × 100% n0 n0 δ%越小，相对稳定性越好；
δ%与机械特性硬度和n0有关。
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他励直流电动机的调速
D与δ%相互制约：
nmax nmax nmax nmaxδ D= = = = nmin n0min nN nN nN (1 δ ) nN
δ 越小， 越小，相对稳定性越好； δ越小，D越小，相对稳定性越好； 在保证一定的δ指标的前提下，要扩大D 在保证一定的δ指标的前提下，要扩大D， 须减少Δn 即提高机械特性的硬度。 Δn， 须减少Δn，即提高机械特性的硬度。
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他励直流电动机的调速
2、降低电压调速 、 n n0 降压调速 过程与电枢串 电阻调速过程 相似，调速过 程中转速和电 枢电流（或转 矩）随时间变 化的曲线也相 似。 8
n01 nN n02 n 1
n2
A’
A B C
UN
U 2 < U1 < U N
TL
U1 U2
Tem
他励直流电动机的调速
优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无 电源电压能够平滑调节， 优点 电源电压能够平滑调节 级调速。 级调速。 2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬 调速前后的机械特性的斜率不变， 调速前后的机械特性的斜率不变 度较高，负载变化时稳定性好。 度较高，负载变化时稳定性好 3）无论轻载还是负载，调速范围相同， 无论轻载还是负载， 无论轻载还是负载 调速范围相同， 一般可达 D=2.5~12。 4）电能损耗较小 电能损耗较小。 电能损耗较小 缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源 缺点 需要一套电压可连续调节的直流电源。 需要一套电压可连续调节的直流电源
n
nmax
T
T(n=nmax ) = TL(n=nmax )
TL
T
T
只有在最高转速时，电 只有在最高转速时， 动机才被充分利用。 动机才被充分利用。恒 转矩调速方式所造成的 电动机容量浪费比恒功 率调速方式小一些。 率调速方式小一些。
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他励直流电动机的调速
根据以上五种情况分析可得：
1）电枢串电阻调速和降压调速方式属于恒转
电气调速方法： 电气调速方法：1）调压调速； 调压调速； 电枢回路串电阻调速； 2）电枢回路串电阻调速； 调磁调速。 3）调磁调速。
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他励直流电动机的调速
调速指标：
1、调速范围D： 、调速范围
D= n max n min
2、静差率（相对稳定性）δ%：指负载变化时， 、静差率（相对稳定性）
转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。
显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。 显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。
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他励直流电动机的调速
5、风机型负载与两种调速方式的配合 、
由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最 由于负载转矩随转速的升高而增大， 高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要， 高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要，应使
缺点： 机械特性的斜率变大，特性变软；
转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的 限制，升速范围不可能很大，一般 D≤2； 为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方 法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定 转速以下采用降压 调速。 11
他励直流电动机的调速
调速方式与负载类型的配合
容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输
矩调速，适用于恒转矩负载 。
2）弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于恒
功率负载 。 3）对于泵与风机类负载，三种调速方式都不 十分合适，但采用电枢串电阻和降压调速比弱 磁调速合适一些。
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2、恒功率负载配恒功率调速 、
T PL和 P 均为常数， L 均为常数， 成反比， 和 T 均与 n 成反比，只 相等， 要选择 P 与 PL 相等， 在任何转速下均有： 在任何转速下均有：
n
T
TL
P = PL
这是一种理想的配合， 这是一种理想的配合，转速 电机既满足了负载要求， 是从额定转速向上调， 电机既满足了负载要求， 是从额定转速向上调，所以 又得到了充分利用。 又得到了充分利用。 额定转速为系统的最低转速。 额定转速为系统的最低转速。
n
TL
T T
P = PL
这是一种理想的配合， 这是一种理想的配合，转速 电机既满足了负载要求， 是从额定转速向下调， 电机既满足了负载要求， 是从额定转速向下调，所以 又得到了充分利用。 又得到了充分利用。 额定转速为系统的最高转速。 额定转速为系统的最高转速。
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T = TL
Ia = IN
他励直流电动机的调速
效率及维修费用等。 效率及维修费用等。
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ni = ni 1
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1、电枢回路串电阻调速 、
n n0 nN n1 n2
RS1>RS2
n A’ A B C Ra Ra+Rs1 Ra+RS2 TL Tem nN n1 IaN
ia
ia
n t=0
6
0
t
他励直流电动机的调速
优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。
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他励直流电动机的调速
3、调速的平滑性： 、
在一定的调速范围内，调速的级数越多， 在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速 越平滑。相邻两级转速之比， 越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数 ：
越接近1，平滑性越好，当 = 1时，称 为无级调速，即转速可以连续调节。调速不 连续时，级数有限，称为有级调速。 4、调速的经济性：主要指调速的投资、运行 、 主要指调速的投资、
T ≈ T em = C T Φ N I N = C Tn P = = C 1n 9550
电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输 出转矩为恒值----恒转矩调速。 13
他励直流电动机的调速
弱磁调速时，磁通 Φ 是变化的，在不同转速下 若保持电流 I a = I N 不变，即电机得到充分利用，容 许输出转矩和功率分别为：
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他励直流电动机的调速
n02
3、减弱磁通调速 、 n
C B A’ A TL
n I a1 IaN
Φ2 Φ1 ΦN
ia
ia
n2 n01 n1
nN
n0
n1
nN
Tem t=0
n t
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优点： 由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而
控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。 弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大， 但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率 基本不变，因此经济性是比较好。
nmin
TL
电动机容许输出转矩 T = C 只有在最低转速时才有： 只有在最低转速时才有：
P = PL
T = TL
Ia = IN
T
T
电机得到了充分利用。 电机得到了充分利用。 在高于最低转速时： 在高于最低转速时： 电机未被充分利用。 电机未被充分利用。
n N = nmax
TN = TL max
PL < P TL < T
他励直流电动机的调速
Speed-regulation of separately excited motor
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他励直流电动机的调速
电力拖动系统的调速: 机械调速 机械调速; 电气调速 电力拖动系统的调速 1)机械调速 2)电气调速 他励电动机的转速公式：