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机电学院机电工程系,1,第三章直流电机的调速,一、调速的基本概念,速度波动由负载或外部干扰，引起的速度变化。电机调速人为改变运行参数，产生的速度变化。,1、速度变化的类型,（2-6）,3-1电动机调速的概念与指标,机电学院机电工程系,2,第三章直流电机的调速,调速的定义按照工作机械的生产工艺要求，以人为或自动控制的方式来改变电动机运行特性，使其转速产生变化称为速度调节，简称调速。,2、调速的概念,调速的实质是改变运行条件，使拖动系统的稳定运行点，从某一特机械性过渡到另一机械特性上。,调速的目的是保证工作机械按照生产工艺的要求来运行。以提高工作机械的生产率，保证产品质量和设备经济运行。,3-1电动机调速的概念与指标,一、调速的基本概念,机电学院机电工程系,3,第三章直流电机的调速,3、调速的方法,改变R调速；改变U调速；改变调速；,主要有三种,人为改变电动机的运行条件（电源参数和电动机参数）,3-1电动机调速的概念与指标,一、调速的基本概念,机电学院机电工程系,4,第三章直流电机的调速,二、调速的性能指标,1、基本性能要求,调速范围D；静差率δ；调速平滑系数；调速的经济性；,对应技术指标,调速范围、稳定性、平滑性和经济性等。,3-1电动机调速的概念与指标,机电学院机电工程系,5,第三章直流电机的调速,2、调速范围D,定义在额定负载下，稳定运行时，电动机最高工作转速与最低工作转速之比称为调速范围。,（3-1）,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,,,机电学院机电工程系,6,第三章直流电机的调速,不同工作机械的调速范围要求,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,2、调速范围D,机电学院机电工程系,7,第三章直流电机的调速,3、静差率δ,电动机在额定负载下的转速降落Δn与该特性上的空载转速n0之比，又称为静差度（或转差率）,（3-2）,（1）基本定义,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,,,机电学院机电工程系,8,第三章直流电机的调速,静差率δ表示调速的相对稳定性,（2）物理意义,特性硬度β表示同一转矩引起的绝对速度变化值。,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,3、静差率δ,机电学院机电工程系,9,第三章直流电机的调速,（3）实际设计指标,最大静差率,（3-3）,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,3、静差率δ,机电学院机电工程系,10,第三章直流电机的调速,（4）调速范围D与静差率的关系δ,（3-4）,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,3、静差率δ,机电学院机电工程系,11,第三章直流电机的调速,（5）变化特征分析,静差率δ的变化范围0δ1,当Δn一定时，δmax大，调速稳定性要求越低，调速范围D值越大；,当δmax一定时，Δn越大，特性越软，可调速范围D值越小；,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,3、静差率δ,机电学院机电工程系,12,第三章直流电机的调速,（6）实际应用,nmax取决于电动机类型和调速方式,一般机械δmax0.5，要求高的可达0.01。,例如普通车床δmax0.3；龙门刨床δmax0.1；精加工机车δmax0.050.01。,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,3、静差率δ,变R，U,nmin取决于调速系统性能及生产机械对δmax要求,机电学院机电工程系,13,第三章直流电机的调速,4、调速平滑系数,无级调速可使转速连续调节;,有级调速只能获得有限的调速等级;,物理意义表示电机调速的平滑性能；,基本定义相邻两级的转速比,其中,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,基本类型,机电学院机电工程系,14,第三章直流电机的调速,5、调速的经济性,调速系统的初期投资（系统设备购置、安装、调试）；,运行过程中的能量损耗以及设备的维护费用等。,3-1电动机调速的概念与指标,二、调速的性能指标,机电学院机电工程系,15,第三章直流电机的调速,三、恒转矩调速和恒功率调速的概念,1、调速的基本要求,满足生产工艺的运行速度的要求；在调速过程中，满足电机与负载的功率匹配要求，使电机的容量得到充分的利用。,容量要求保证电机的工作电流小于或等于其额定电流值。,I≤IN,3-1电动机调速的概念与指标,机电学院机电工程系,16,第三章直流电机的调速,2、恒转矩调速,定义调速过程中，电机力矩M不随转速n变化，或转矩M和电流I保持正比关系的调速方法称为恒转矩调速；,基本方法,保持磁通不变时，改变R、U的调速方法。,3-1电动机调速的概念与指标,三、恒转矩调速和恒功率调速的概念,机电学院机电工程系,17,第三章直流电机的调速,3、恒功率调速,定义调速过程中，保持输出功率P不变，并等于PN的调速方法称为恒功率调速,调速过程中，保持功率P与电流I保持正比关系的调速方法。,基本方法改变磁通φ的调速方法。,3-1电动机调速的概念与指标,三、恒转矩调速和恒功率调速的概念,机电学院机电工程系,18,第三章直流电机的调速,4、调速方法与负载的配合,1）对于恒转矩负载应选择恒转矩调速方式。,2）转速变化时，若工作机械要求保持输出功率近似不变，则应采用恒功率调速方式,3）在复杂调速系统中，有时也采用混合调速方式。,3-1电动机调速的概念与指标,三、恒转矩调速和恒功率调速的概念,机电学院机电工程系,19,第三章直流电机的调速,1、改变电枢电阻R的调速方法,1）转速n低于额定转速nN；,2）属于恒转矩调速方式；,3）静差率大，调速范围小，一般D≤2；,4）只能有级调速，平滑性差。,5）能量损耗较大，经济性也比较差；,主要优点实现简单；,主要特点改变n,3-2直流他励电动机的调速性能,机电学院机电工程系,20,第三章直流电机的调速,主要应用,常用于低速运行短时间的调速系统。,3-2直流他励电动机的调速性能,1、改变电枢电阻R的调速方法,机电学院机电工程系,21,第三章直流电机的调速,2、改变励磁磁通φ的调速方法,1）当φ↓时，n0↑，硬度β↓；,4）调速范围，一般D≤2；,主要特点,2）当MML时，为降速，非恒功率调速；,3-2直流他励电动机的调速性能,机电学院机电工程系,22,第三章直流电机的调速,应用范围,电机转矩M小于临界转矩，升速调节；,主要优点,能量损耗小，平滑性较好；,3-2直流他励电动机的调速性能,2、改变励磁磁通φ的调速方法,机电学院机电工程系,23,第三章直流电机的调速,3、改变电枢端电压U的调速方法,主要特点,1）转速n低于额定转速nN；,2）属于恒转矩调速方式；,3）特性较硬，调速范围大，一般可达到1020；,4）平滑性好，可无级调速；,5）能耗低，效率高；,3-2直流他励电动机的调速性能,机电学院机电工程系,24,第三章直流电机的调速,应用类型,1）旋转电机式可控电源,发电机电动机组；交磁放大机调速系统；,2）晶闸管静止变流器；,（可调压电源）,可控硅整流调速；可控硅脉宽调速；,3-2直流他励电动机的调速性能,3、改变电枢端电压U的调速方法,机电学院机电工程系,25,第三章直流电机的调速,一、可调电压源的类型,1、旋转电机式可控电源G-M系统,1）发电机电动机组；,2）交磁放大机调速系统；,主要特点,操作使用简单，调速范围广、性能稳定、可实现双向可逆运行，能满足较高的调速性能要求。但是，存在体积大，惯性大，维护困难等缺点。属传统的直流调速系统。,3-3发电机-电动机组调速系统,机电学院机电工程系,26,第三章直流电机的调速,2、晶闸管变流电源装置静止变流器,1）可控硅整流调速V-M系统,2）可控硅脉宽调速PWM系统,主要特点,无机械摩擦、磨损、可靠性高，维修工作量小；无机械惯性，动态响应快、控制性能好、用电效率高等；,,3-3发电机-电动机组调速系统,一、可调电压源的类型,机电学院机电工程系,27,第三章直流电机的调速,二、G-M调速系统的组成及原理,1、系统的基本组成,AM交流异步或同步电动机,G直流他励发电机；,GF直流并励发电机，也称励磁机；,M为一台拖动生产机械的他励电动机；,可调压电源,3-3发电机-电动机组调速系统,机电学院机电工程系,28,第三章直流电机的调速,2、工作原理,1）在nN转速以下，调节电阻RGB，改变发电机G电势EG，实现调压调速方法；,2）在nN转速以上，调节电阻RMB，改变电动机M励磁φ，实现弱磁调速方法。,3）采用两种方式进行混合调速，称混合调速法。,3-3发电机-电动机组调速系统,二、G-M调速系统的组成及原理,机电学院机电工程系,29,第三章直流电机的调速,三、G-M机组的机械特性,1、机械特性方程,EG发电机G产生的电动势φ电动机M的励磁磁通Ra电动机M电枢电阻RG发电机G电枢电阻,3-3发电机-电动机组调速系统,机电学院机电工程系,30,第三章直流电机的调速,2、机械特性曲线,1）在固有特性下方，并与固有特性平行的直线族，是降低电压的人为特性。,2）在固有特性上方的直线族，是改变电动机励磁的人为特性曲线。,3-3发电机-电动机组调速系统,三、G-M机组的机械特性,,机电学院机电工程系,31,第三章直流电机的调速,四、G-M机组的调速性能,1、改变EG的调速方法的性能,主要特点电机的最低转速受速度稳定性的限制;,影响速度稳定性的主要因素,1）负载变化的影响，最大静差率的限制。,2）低速运行参数的不稳定影响；,3-3发电机-电动机组调速系统,机电学院机电工程系,32,第三章直流电机的调速,影响低速运行参数不稳定的因素,电枢回路电阻电压降的不稳定发电机的电枢反应发电机磁路中剩磁的影响,电动势EG产生的电枢φd磁势对气隙磁场φ0的影响称电枢反应,3-3发电机-电动机组调速系统,四、G-M机组的调速性能,1、改变EG的调速方法的性能,,机电学院机电工程系,33,第三章直流电机的调速,2、改变电动机磁通φ调速的性能,基本方法,调节电动机励磁回路的变阻器RMB,主要特点,电机的最高转速，要受整流条件和转子机械强度的限制。,整流条件电刷易磨损、接触不稳定、产生电火花；机械强度当φ→0时，n→∞；产生“飞车”。,3-3发电机-电动机组调速系统,四、G-M机组的调速性能,机电学院机电工程系,34,第三章直流电机的调速,3、混合调速方式的性能,同时采用上述两种调速方式。,基本方法,可以提高调速范围，其总的调速范围大约可达30左右。,主要特点,3-3发电机-电动机组调速系统,四、G-M机组的调速性能,机电学院机电工程系,35,第三章直流电机的调速,五、G-M机组的起动和制动,1、系统的起动,断开起动开关K；起动交流电动机AM；励磁机GF向发电机G和电动机M励磁绕组供电。,1）准备工作,K闭合，逐渐减小发电机励磁电阻RGB，使EG逐渐升高，电动机M加速起动。,2）变电压起动过程,3-3发电机-电动机组调速系统,机电学院机电工程系,36,第三章直流电机的调速,2、提高加速度的方式,1）短接电阻励磁电阻RGB，将励磁电压UB直接加在发电机励磁绕组上。,2）采用“强励”的方法。人为地提高发电机的励磁电压UB，加快发电机电势EG的建立，使电机加速起动，接近稳定运行值时，再使励磁电压UB恢复到额定值。,3-3发电机-电动机组调速系统,五、G-M机组的起动和制动,机电学院机电工程系,37,第三章直流电机的调速,3、制动方式,发电制动EGEd动力制动EG0反接制动EG0,4、G-M机组的主要优缺点,主要优点调速范围比较广；调速性能良好；经济性较好；,主要缺点电机数量多，设备容量大，总装机容量是拖动电机的三倍以上，初期投资大。,3-3发电机-电动机组调速系统,五、G-M机组的起动和制动,