文档介绍：第一章晶闸管—直流电动机调速系统概况
—直流电动机调速方法
为了使生产机械以最合理的速度工作,从而提高生产率和保证产品具有较高的质量,许多的生产机械(如各种机床,轧钢机、造纸机、纺织机械等)要求在不同的情况下以不同的速度工作。采用一定的方法来改变生产机械的工作速度,以满足生产的需要,这种人为地改变电动机的转速通常称为调速。
调速可用机械方法、电气方法或机械电气配合的方法。在用机械方法调速的设备上,速度调节是用改变传动机构的速比来实现,但是改变传动机构较复杂;用电气方法调速,电动机在一定负载情况下可获得多种转速,电动机可与工作机构同轴,或其间只用一套变速机构,机械上较简单,但电气上可能较复杂;在机械电气配合的调速设备上,用电动机获得几种转速,配合用几套(一般用三套左右)机械变速机构来调速。究竟采用何种方案,如何与机械电气配合,需要全面考虑。
由直流电动机的机械方程式:
(1-1)
n —电动机的转速;
—电枢端电压;
—励磁磁通;
—电动势常数。
由式(1-1)可得,主要通过改变电枢端电压或改变励磁磁通来改变电动机的转速。
提高电动机电枢端电压受到绕组绝缘耐压的限制,根据规定,只允许比额定电压提高30%,因此提高的可能范围不大。实际上改变常应用在减压时,从额定转速向下调速。
而改变励磁磁通,由于一般电动机的额定磁通的铁心接近饱和,所以改变一般在减弱的方向,称为弱磁调速,使转速从额定值向上调节。
在调速的范围要求较宽等情况下,可结合应用上述两种方法,即在额定转速以下减压,而在额定转速以上弱磁。
降低电枢端电压调速

电动机的工作电压不允许超过额定电压,只能在额定电压以下进行调节。降低电源电压调速的原理及调速过程如图3-1说明,U1>U2>U3。
图1-1降低电枢电压调速
设电动机拖动恒转矩负载在固有特性上a点运行,其转速为。若电源电压由下降至,则达到新的稳态后,工作点将移到对应人为特性曲线上的c点,其转速下降为。如图所示,电压的下降使稳态转速降低。
现以转速由下降至说明系统调速过程:电动机原来在a点稳定运行时,=,n=。当电源电压下降至后,电动机的机械特性变为直线n0c,在降压瞬间,转速n及 Ea一开始不能突变,所以和突变减小,工作点平移到b点。在b点,<,所以电动机开始减速,随着n及Ea减小,和增大,工作点沿bc方向移动,到达B点时,=,转矩新的平衡又建立,系统以较低的转速下稳定运行,调速过程终了。
降压调速的优点是:
(1)电源电压能够平衡调节,可以实现无级调速;
(2)调速前后机械特性的斜率不变,硬度较高,负载变化时,速度稳定性好;
(3)无论轻载还是重载,调速范围相同;
(4)电能损耗较小。
降压调速的缺点是,设备投资大,在G-M机组中,机组的运行效率不高。

额定运行的电动机,磁路已基本饱和,即使励磁电流增加很多,磁通也增加很少,然而电动机的性能考虑不允许磁路过饱和。所以,改变磁通只能从额定值往下调,即是弱磁调速,其调速原理及调速过程如图3-2说明,。
图1-2 弱磁通调速
设电动机拖动恒转矩负载在固有特性曲线上a点运行,其转速为。若磁通由减小至,则达到新的稳态后,工作点将移到对应认为特性上的b点,其转速上升为。如图所示,磁通减弱使稳态转速升高。
转速由上升到的调速过程如下:电动机原来在a点稳定运行时,,。当磁通减弱到后,电动机的机械特性变为直线。在磁通减弱的瞬间,由于转速n一时来不及变化,电动势Ea将随着降低而降低,这样使电枢电流增大。尽管减小,但增大很多,所以电磁转矩还是增大的,因此工作点移到c点。在c点,,电动机开始加速,随着n上升,Ea增大,
和减小,工作点沿cb方向移动,到达b点时,,转矩新的平衡又建立,系统以较高的转速下稳定运行,调速过程终了。
弱磁调速的优点:在功率较小的励磁电路中进行调节,控制方便,能量损耗小,调速的平滑性较高。并且因为调速范围不大,与额定转速以下的减压调速配合,以扩大调速范围。
弱磁调速的缺点:机械特性的斜率变大,特性变软;由于转速的升高受到电机换向能力和机械强度的限制,因此升速范围不是很大,一般D≤2。
为了扩大调速范围,常常是降压与弱磁两种调速方法结合起来。在额定转速以下采用降压调速,在额定转速以上采用弱磁调速。
调速指标
对于一个调速系统,电动机需要不断地进行启动、制动、调速及突然加减负载的过渡过程。所以,必须研究电动机的调速范围、稳定性、快速性等。这对提高产品质量和劳动生产率,保证了系统的安全运行。
调速范围生产机械要求的调速范围D代表机械可能运行的最大转速与最小转速之比,或最大与最小线速度( 与)之比,即
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