激光設備控制技術教材——第一章第九節(jié)講解

1、第九節(jié)他勵直流電動機的調速在工業(yè)生產中，有大量的生產機械為了滿足生產工藝要求，需要改變工作速度，例如金屬切削機床，由于工件的材料和精度的要求不同，工作速度也就不同， 又如軋鋼機，因軋制不同品種和不同厚度的鋼材，要采取不同的最佳速度。這種人為改變電動機速度以滿足生產 工藝要求，通常稱為調速。調速可用機械方法、電氣方法或機械電氣相結合的方法， 本節(jié)只討論電氣調速。電氣調 速是人為的給便電動機的參數(shù)，使電力拖動系統(tǒng)運行于不同的人為機械特性上， 從而在相同 的負載下，得到不同的運行速度。這不同于由于負載變化，使電動機在同一條特性上，發(fā)生的轉速變化。根據(jù)機械特性方程式山亠a亠TCe CeCe CeCJ人

2、為改變電樞電壓 U、電樞回路總電阻 R和主磁通都可以改變轉速n。所以，調速的方法 有：降壓調速，電樞回路串電阻調速和弱磁調速三種。一、調速指標直流電動機具有極可貴的調速性能，可在寬廣范圍內平滑而經濟地調速，特別適用于調速要求較高的電力拖動系統(tǒng)中。電動機調速性能的好壞，常用下列各項技術指標來衡量用系數(shù)D(1-19)1.調速范圍D 調速范圍是指電動機驅動額定負載時，所能達到的最高轉速與最低轉速之比，表示，即Dnmax=nmin不同的生產機械要求不同的調速 范圍，例如軋鋼機 D=3120,龍門刨床 D=IO40，造紙機 D=320等。由上式可知，要 擴大調速范圍D ,必須提高nmax和降低nmin，

3、但nmax受到電動機的機械強度和換向條件的限 制，nmin受到相對穩(wěn)定性的限制，所以電機的調速范圍應根據(jù)生產機械的要求綜合考慮。2.調速的平滑性電動機相鄰兩個調速檔的轉速之比稱為調速的平滑性，其比值0稱為平滑系數(shù)。在一定的范圍內，調速檔數(shù)越多，相鄰級轉速差越小，0越接近于1,平滑性越好。0 =1時稱為無級調速。企（1-20）3.調速的穩(wěn)定性調速的穩(wěn)定性是指負載轉矩發(fā)生變化時，電動機轉速隨之變化的程度。工程上常用靜差率3來衡量，它是指電動機在某一機械特性上運轉時，由理想空載至額定負載時的轉速降nN對理想空載轉速的百分比。4.調速的經濟性n nNn。100%(1-21 )調速的經濟性由調速設備的投

4、資及電動機運行時的能量消耗來決定。5.調速時電動機的允許輸出在電動機得到充分利用的情況下（一般是指電流為額定值），調速過程中電動機所能輸出的功率和轉矩。在電動機穩(wěn)定運行時，實際輸出的功率和轉矩由負載的需要來決定，故應使調速方法適應負載的要求。二、調速方法1降壓調速在其他參數(shù)不變的條件下，改變電樞電壓U,使空載轉速 no變，可以得到不同空載轉速no的平行直線。圖1-38所示是他勵直流電動機改變電壓調速的人工機械特性，從圖中可 見，在負載相同的情況下，不同的電樞電壓，所對應的轉速是不同的。NI改變電樞電壓調速的特點： 改變電樞電壓調速時，機械特性的斜率不變，所以調速的穩(wěn)定性好。 電壓可作連續(xù)變化，

5、調速的平滑性好，調速范圍廣。 屬于恒轉矩調速，電動機不允許電壓超過額定值，只能由額定值往下降低電壓調速，即只能減速。 電源設備的投資費用較大，但電能損耗小，效率高。還可用于降壓起動。這種調速方法適用于對調速性能要求較高的設備，如造紙機、軋鋼機等。2. 電樞回路串電阻調速如圖1-39所示，他勵直流電動機原來工作在固有特性a點，轉速為n當電樞回路串入電阻后，工作點轉移到相應的人為機械特性上，從而得到較低的運行速度。整個調速過程如下：調整開始時，在電樞回路中串入電阻Rpa，電樞總電阻Ri= Ra+Rpa這時因轉速來不及突變，電動機的工作點由a點平移到b點。此后由于b點的電磁轉矩T Tl,使電動機減速

6、， 隨著轉速n的降低，Ea減小，電樞電流Ia和電磁轉矩T相應增大，直到工作點移到人為機 械特性c點時，T=Tl，電動機就以較低的速度 n2穩(wěn)定運行。4H 4圖1-39電樞回路串電阻調速的人工機械特性電樞串入的電阻值不同， 可以保持不同的穩(wěn)定速度、串入的電阻值越大， 最后的穩(wěn)定運行速度就越低。串電阻調速也屬于恒轉矩調速，轉速只能從額定值往下調，因此nmax=nN。在低速時由于特性很軟，調速的穩(wěn)定性差，因此門皿山不宜過低。另外，一般串電阻時，電阻分段串入，故屬于有級調速，調速平滑性差。從調速的經濟性來看，設備投資不大，但能耗 較大。這種調速方法只適用于容量不大，低速運行時間不長，對于調速性能要求不

7、高的設備， 如用于電車和中小型起重機械等。需要指出的是，調速電阻應按照長期工作設計，而起動電阻是短時工作的，因此不能把起動電阻當做調速電阻使用。3. 弱磁調速這是一種改變電動機磁通大小來進行調速的方法。為了防止磁路飽和，一般只采用減弱磁通的方法。小容量電動機多在勵磁回路中串接可調電阻，大容量電動機可采用單獨的可控整流電源來實現(xiàn)弱磁調速。圖1-40中曲線1為電動機的固有機械特性曲線，曲線2為減弱磁通后的人為機械特性曲線。調速前電動機運行在 a點，調速開始后，電動機從 a點平移到c點，再沿曲線2上升 到b點?？紤]到勵磁回路的電感較大以及磁滯現(xiàn)象，磁通不可能突變，電磁轉矩的變化實際如圖1-40中的曲線3所示。弱磁調速的調速范圍窄，由于在功率較小的勵磁電路中進行調節(jié)，因此控制方便，能量損耗低，調速的經濟性比較好，并且調速的平滑性也較好，可以做到無級調速。這種調速方法適用于需要向上調速的恒功率調速系統(tǒng)，通常與向下調速方法如降壓調速配合使用，來獲得寬范圍的、高校的、平滑而又經濟的調速。 常用于重型機床，如龍門刨床、