1、 1、調速與負載類型、調速與負載類型 2、調速的性能指標、調速的性能指標 3、電動運行、電動運行第第9講講 他勵直流電動機的調速、他勵直流電動機的調速、電動制動運行電動制動運行一、電動機的容許輸出與充分利用概念一、電動機的容許輸出與充分利用概念1 1、電動機的容許輸出、電動機的容許輸出固定轉速下，長期可靠工作時所能輸出的最大轉矩和功率。固定轉速下，長期可靠工作時所能輸出的最大轉矩和功率。其主要約束是其主要約束是電機的發熱電機的發熱。發熱取決于。發熱取決于電樞電流電樞電流。 所以，工程上確定一臺電動機的容許輸出轉矩和功率做法所以，工程上確定一臺電動機的容許輸出轉矩和功率做法是：是：固定轉速下，對

2、應固定轉速下，對應額定電流額定電流時的輸出轉矩和功率。時的輸出轉矩和功率。2 2、電動機的充分利用、電動機的充分利用 固定轉速下，電動機的實際輸出轉矩和功率達到了它的容固定轉速下，電動機的實際輸出轉矩和功率達到了它的容許輸出值，即電樞電流達到了額定值。許輸出值，即電樞電流達到了額定值。 顯然，電動機在大于額定電流下工作，會過熱燒壞；在小顯然，電動機在大于額定電流下工作，會過熱燒壞；在小于額定電流下工作，電動機會得不到充分利用而造成浪費。于額定電流下工作，電動機會得不到充分利用而造成浪費。 所以，正確地使用電動機，應當保證其總是處于額定電流所以，正確地使用電動機，應當保證其總是處于額定電流下工作

3、。下工作。3 3、電動機調速時的充分利用、電動機調速時的充分利用 轉速不需要改變時轉速不需要改變時，通常工作在額定狀態，特別是，通常工作在額定狀態，特別是電樞電流為額定值，此時電動機很容易做到充分利用。電樞電流為額定值，此時電動機很容易做到充分利用。 轉速需要改變時轉速需要改變時，電動機的工作點發生變化，能否，電動機的工作點發生變化，能否在不同轉速下都得到充分利用，需要針對在不同轉速下都得到充分利用，需要針對不同的負載類不同的負載類型型選擇合適的選擇合適的調速方法調速方法。一、電動機的容許輸出與充分利用概念一、電動機的容許輸出與充分利用概念二、恒轉矩調速和恒功率調速二、恒轉矩調速和恒功率調速

4、以電動機在不同轉速下都能得到充分利用為條件以電動機在不同轉速下都能得到充分利用為條件，通常，通常把他勵直流電動機的調速分為把他勵直流電動機的調速分為恒轉矩調速恒轉矩調速和和恒功率調速恒功率調速。 其中，其中，電樞串電阻調速電樞串電阻調速和和降壓調速降壓調速屬于屬于恒轉矩恒轉矩調速方式，調速方式，而而弱磁調速弱磁調速屬于屬于恒功率恒功率調速方式。調速方式。1 1、恒轉矩調速方式、恒轉矩調速方式 電樞串電阻調速電樞串電阻調速和和降壓調速降壓調速時，保持額定磁通時，保持額定磁通( (= =N N) )不變不變; ;考慮到電機的充分利用，應該在不同轉速下保持電樞考慮到電機的充分利用，應該在不同轉速下保

5、持電樞電流為額定電流電流為額定電流( (I I= =I IN N) )不變。此時：不變。此時：nCTnPICTTNNTem19550constant容許輸出功率：容許輸出轉矩： 所以，所以，電樞串電阻調速電樞串電阻調速和和降電壓調速降電壓調速時，電動機的時，電動機的容容許輸出功率許輸出功率與轉速成正比，而與轉速成正比，而容許輸出轉矩容許輸出轉矩為恒值，故這兩為恒值，故這兩種調速方法為種調速方法為恒轉矩調速恒轉矩調速方式。方式。恒轉矩調速恒轉矩調速方式的定義：方式的定義：在電機調速過程中，保持電樞電流在電機調速過程中，保持電樞電流和每極磁通都為額定值，電磁轉矩也為額定值。和每極磁通都為額定值，電

6、磁轉矩也為額定值。2 2、恒功率調速方式、恒功率調速方式 弱磁調速弱磁調速時，磁通時，磁通是變化的，考慮到電機的充分利是變化的，考慮到電機的充分利用，應該在不同轉速下保持電樞電流為額定電流用，應該在不同轉速下保持電樞電流為額定電流( (I I= =I IN N) )不變。不變。此時：此時：Constant95502TnPnCInCRIUCICTTNeaNNTNTem容許輸出功率：容許輸出轉矩： 所以，所以，弱磁調速弱磁調速時，電動機的時，電動機的容許輸出轉矩容許輸出轉矩與轉速成與轉速成反比，而反比，而容許輸出功率容許輸出功率為恒值，故這種調速方法為為恒值，故這種調速方法為恒功率調恒功率調速速方

7、式。方式。恒功率調速恒功率調速方式的定義：方式的定義：在電機調速過程中，保持電樞電流在電機調速過程中，保持電樞電流為額定值，采用弱磁升速但保持電磁功率不變。為額定值，采用弱磁升速但保持電磁功率不變。三、調速方式和負載類型的配合三、調速方式和負載類型的配合nC9550TnPconstantICTT恒轉矩調速方式：1NNTemConstant9550TnPnCnCRIUCICTT恒功率調速方式：2eaNNTNTem他勵電動機調速時的他勵電動機調速時的容許輸出轉矩曲線和容許輸出轉矩曲線和容許輸出功率曲線：容許輸出功率曲線：理想情況下，調速運行的電動理想情況下，調速運行的電動機的實際輸出轉矩和輸出功率

8、機的實際輸出轉矩和輸出功率應該按照圖示曲線規律變化。應該按照圖示曲線規律變化。然而，由于負載的轉矩特性和功然而，由于負載的轉矩特性和功率特性不同，導致與電動機的曲率特性不同，導致與電動機的曲線不能重合，需要研究調速方式線不能重合，需要研究調速方式與負載類型的配合問題。與負載類型的配合問題。恒轉矩負載恒轉矩負載恒功率負載恒功率負載風機類負載風機類負載恒轉矩恒轉矩調速方式調速方式恒功率恒功率調速方式調速方式三、調速方式和負載類型的配合三、調速方式和負載類型的配合1 1、恒轉矩負載、恒轉矩負載-恒轉矩調速方式恒轉矩調速方式 此時，負載轉矩此時，負載轉矩T TL L與電機的容許輸出轉矩與電機的容許輸出

9、轉矩T T均為常數，均為常數，負載功率與電機的容許輸出功率均與轉速成正比。負載功率與電機的容許輸出功率均與轉速成正比。 所以，只要所以，只要選擇電機的容許輸出轉矩（即額定轉矩）與負載轉矩相選擇電機的容許輸出轉矩（即額定轉矩）與負載轉矩相等等，則在任何轉速下，均滿足，則在任何轉速下，均滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N即滿足了負載要求，又即滿足了負載要求，又得到了充分利用，是一種理想的配合。得到了充分利用，是一種理想的配合。 該調速系統中，該調速系統中，額定轉速額定轉速是調速是調速系統的系統的最大轉速最大轉速。2 2、恒功率負載、恒功率負載-恒

10、功率調速方式恒功率調速方式 此時，負載功率此時，負載功率P PL L與電機的容許輸出功率與電機的容許輸出功率P P均為常數，均為常數，負載轉矩與電機的容許輸出轉矩均與轉速成反比。負載轉矩與電機的容許輸出轉矩均與轉速成反比。 所以，只要選擇所以，只要選擇電機的容許輸出功率（即額定功率）與負載功率相電機的容許輸出功率（即額定功率）與負載功率相等等，則在任何轉速下，均滿足，則在任何轉速下，均滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N，即滿足了負載要求，即滿足了負載要求，又得到了充分利用，是一種理想的配合。又得到了充分利用，是一種理想的配合。 該調速系統中，

11、轉速是從額定轉該調速系統中，轉速是從額定轉速往上調的，電動機的速往上調的，電動機的額定轉速額定轉速是調是調速系統的速系統的最低轉速最低轉速。3 3、恒轉矩負載、恒轉矩負載-恒功率調速方式恒功率調速方式 此時，負載轉矩此時，負載轉矩T TL L= =常數；恒功率調速方式要求電機的常數；恒功率調速方式要求電機的容許輸出轉矩容許輸出轉矩T T與轉速成反比變化。顯然，二者的曲線不能與轉速成反比變化。顯然，二者的曲線不能重合。重合。 所以，只能選擇所以，只能選擇電機的容許輸出轉矩的最小值（此時轉速最高）等電機的容許輸出轉矩的最小值（此時轉速最高）等于恒定的負載轉矩。于恒定的負載轉矩。則只有在最高轉速這一

12、點上，才滿足則只有在最高轉速這一點上，才滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N。可以證明，在最低速時，電機的實際輸出功率（負載功率）只有。可以證明，在最低速時，電機的實際輸出功率（負載功率）只有電動機額定功率的電動機額定功率的1/D1/D倍（倍（D D是調速范圍）。是調速范圍）。 所以，這種配合造成了電機容量所以，這種配合造成了電機容量的浪費，不是合理的配合。的浪費，不是合理的配合。LminminLminmaxmaxLLmaxNDP9550nTnn9550nTPP最大功率，則：負載所需要的選擇電機額定功率等于4 4、恒功率負載、恒功率負載-恒轉矩

13、調速方式恒轉矩調速方式 此時，負載轉矩與轉速成反比；恒轉矩調速方式要求電此時，負載轉矩與轉速成反比；恒轉矩調速方式要求電機的容許輸出轉矩為常數。顯然，二者的曲線不能重合。機的容許輸出轉矩為常數。顯然，二者的曲線不能重合。 所以，只能選擇恒定的所以，只能選擇恒定的電機容許輸出轉矩等于變化的負載轉矩的最電機容許輸出轉矩等于變化的負載轉矩的最大值（此時轉速最低）。大值（此時轉速最低）。則只有在最低轉速這一點上，才滿足則只有在最低轉速這一點上，才滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N。可以證明，在最低速時，電機的實際輸出功率（恒定的負。可以證明，在最低速

14、時，電機的實際輸出功率（恒定的負載功率）只有電動機額定功率的載功率）只有電動機額定功率的1/D1/D倍（倍（D D是調速范圍）。是調速范圍）。 所以，這種配合同樣造成了電機所以，這種配合同樣造成了電機容量的浪費，不是合理的配合。容量的浪費，不是合理的配合。LminLmaxminmaxmaxLmaxNNNDP9550nTnn9550nT9550nTP轉矩，則：額定轉矩等于最大負載負載的最大轉速，選擇電機額定轉速等于5 5、風機類負載、風機類負載-兩種調速方式兩種調速方式 由于負載轉矩隨轉速的升高而增大，為了使電動機在最高轉速時由于負載轉矩隨轉速的升高而增大，為了使電動機在最高轉速時（所需的轉矩最

15、大）仍能滿足負載的需要，所以，應該選擇（所需的轉矩最大）仍能滿足負載的需要，所以，應該選擇電機最大速電機最大速度時的輸出轉矩等于變化的負載轉矩的最大值（此時轉速最高）。度時的輸出轉矩等于變化的負載轉矩的最大值（此時轉速最高）。 則只有在最高轉速這一點上，才滿足則只有在最高轉速這一點上，才滿足T T= =T TL L，P P= =P PL L，I Ia a= =I IN N。而在其他。而在其他轉速下均有轉速下均有T TL LT T，P PL L P P，I Ia a I IN N，電動機都得不到充分利用，但該，電動機都得不到充分利用，但該類負載配恒轉矩調速方式比配恒功率調速方式更經濟一些。類負載

16、配恒轉矩調速方式比配恒功率調速方式更經濟一些。 由以上分析可得，調速方式與負載類型的適當配合為：由以上分析可得，調速方式與負載類型的適當配合為：（1 1）電樞串電阻調速和降壓調速屬于恒轉矩調速方式，適）電樞串電阻調速和降壓調速屬于恒轉矩調速方式，適用于用于恒轉矩負載恒轉矩負載。（2 2）弱磁調速屬于恒功率調速方式，適用于）弱磁調速屬于恒功率調速方式，適用于恒功率負載恒功率負載。（3 3）對于）對于風機類負載風機類負載，三種調速方法都不太合適，但采用，三種調速方法都不太合適，但采用電樞串電阻調速和降壓調速要比弱磁調速更好一點。電樞串電阻調速和降壓調速要比弱磁調速更好一點。四、調速的性能指標四、調

17、速的性能指標評價調速性能好壞的指標主要有四個方面：評價調速性能好壞的指標主要有四個方面：（1 1）調速范圍；）調速范圍；（2 2）靜差率（轉速變化率或相對穩定性）；）靜差率（轉速變化率或相對穩定性）；（3 3）平滑性；）平滑性；（4 4）經濟性。）經濟性。1.1.調速范圍：調速范圍：指電動機拖動額定負載時，所能達到的最指電動機拖動額定負載時，所能達到的最大轉速與最小轉速之比。大轉速與最小轉速之比。 最高轉速受電動機的換向極機械強度限制，最低轉速最高轉速受電動機的換向極機械強度限制，最低轉速受生產機械對轉速相對穩定性（靜差率）要求的限制。受生產機械對轉速相對穩定性（靜差率）要求的限制。 maxm

18、innDn2.靜差率靜差率 （轉速變化率）：（轉速變化率）：指電動機在某一機械特指電動機在某一機械特性曲線上運行時，在額定負載下的轉速降對理想空載轉速性曲線上運行時，在額定負載下的轉速降對理想空載轉速的變化率。即：的變化率。即：000nnnnn 四、調速的性能指標四、調速的性能指標 靜差率越小，轉速的相對穩定性越好，負載波動時，靜差率越小，轉速的相對穩定性越好，負載波動時，轉速變化也小。從上面公式可以得出：轉速變化也小。從上面公式可以得出：（1）當）當n0一定時，機械特性越硬一定時，機械特性越硬，額定轉矩時轉速降越小，靜差率，額定轉矩時轉速降越小，靜差率越小。如右圖所示，分別畫出他勵越小。如右

19、圖所示，分別畫出他勵直流電動機的固有機械特性和電樞直流電動機的固有機械特性和電樞串電阻的人為機械特性。固有機械串電阻的人為機械特性。固有機械特性的轉速降較小，人為機械特性特性的轉速降較小，人為機械特性的轉速降較大，兩條機械特性上的靜差率也不一樣。若串的轉速降較大，兩條機械特性上的靜差率也不一樣。若串最大電阻的靜差率滿足要求，其它各條機械特性的靜差率最大電阻的靜差率滿足要求，其它各條機械特性的靜差率也滿足要求。也滿足要求。四、調速的性能指標四、調速的性能指標（2）機械特性硬度相同時，理想空載轉速越高，轉差率）機械特性硬度相同時，理想空載轉速越高，轉差率越小。如右圖所示，分別為固有機械特性和降低電

20、源電壓越小。如右圖所示，分別為固有機械特性和降低電源電壓的機械特性。轉速降的機械特性。轉速降nN相同，相同，但靜差率不同，若電壓最低的機械但靜差率不同，若電壓最低的機械特性的靜差率滿足要求，其它調壓特性的靜差率滿足要求，其它調壓的機械特性也能滿足要求。的機械特性也能滿足要求。 調速范圍調速范圍D與靜差率與靜差率之間相之間相互制約。采用同一種方法調速時，互制約。采用同一種方法調速時，靜差率靜差率要求低時，可以得到較要求低時，可以得到較大的調速范圍；如果靜差率一定，采用不同的調速方法，大的調速范圍；如果靜差率一定，采用不同的調速方法，調速范圍調速范圍D不同。不同。四、調速的性能指標四、調速的性能指標 由于調速范圍和靜差率既有關系又相互制約，因此，由于調速范圍和靜差率既有關系又相互制約，因此，需要調速的生產機械，必須同時考慮這兩