第9讲 调速方式与负载类型匹配分析讲解
定性分析电磁调速电动机调速特性与负载类型配合
定性分析电磁调速电动机的调速特性与负载类型的配合内容摘要：电磁调速电动机也称滑差电动机，它与测速发电机和控制装置一起组成交流无级变速系统。
它可用于恒转矩负载的速度调节，更适合于风机和泵类负载场合。
相对于变频调速的电动机，它的结构原理相对简单，便于局部修理，价格也相对便宜，具有交流不整流直接无级变速的特点。
到目前为止国内电磁调速电动机的使用率相对于其它变速装置仍然是最高的。
本文将在以下章节逐步分析，论证电磁调速电动机的调速方式，特性，并加以比较各类负载特性。
关键词：调速特性，负载类型1.调速电动机1.1调速原理电磁调速电动机调速系统是由笼型异步电动机，电磁转差离合器，测速发电机及晶闸管控制装置组成。
电动机本身并不调速，通过改变电磁转差离合器的励磁电流来实现调速。
如图1-1所示为电磁调速电动机的结构示意图。
它一般由主动与从动两个基本部分组成，图中1为主动部分，由笼型转子异步电动机带动，以恒速旋转，它是一个由铁磁材料制成的圆筒，一般称为电枢，4为从动部分，一般也是由铁磁材料制成，称为磁极。
磁极上装有励磁绕组3，绕组与磁极的组合称为感应子，被拖动的生产机械就连接在感应子的轴上，绕组的引线接于集电环上，通过电刷与直流电源接通，绕组内流过的励磁电流即由直流电源供给。
电枢与感应子之间的气隙一般是很小的。
当异步电动机带着圆桶形的电枢旋转时，电枢就会因切割磁力线而感应出涡流来，涡流再与磁极的磁场作用产生电磁力，此电磁力所形成的转矩将该磁极跟着电枢同方向旋转，从而也带动了工作机械旋转。
涡流与转矩的方向如图1-2所示，图中⊕⊙代表涡流的方向，系由发电机右手定则确定，假定电动机带着电枢反时针方向旋转，分析涡流的方向时，可以认为电枢静止不动，而磁极顺时针方向旋转，涡流方向如图所画，涡流与磁极相互作用产生转矩的方向由电动机左手定则确定，仍为反时针方向，这就是说磁极与电枢同方向转动。
显然，当励磁电流等于零时，磁极没有磁通，电枢不会产生涡流，不能产生转矩，磁极也就不会转动，这就相当于生产机械被“离开”，一旦励磁电流给上，磁极立刻转动起来，这就相当于生产机械被“合上”，因此取名为“离合器”。
最新交直流调速系统分解教学讲义PPT
直流电动机工作原理
电枢
磁极
换向器
电刷
直流电动机原理意图
直流电动机的励磁
直流电动机的分类
① 励磁方式：励磁绕组和电枢绕组之间的连接 方式,指电机的励磁方式，如他励、并励、串 励和复励等。
② 励磁电压Uf ：对并励电机来说，励磁电压就 等于电机的额定电压；对他励电机来说，励 磁电压要根据使用情况决定。
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所 以需要根据工艺要求调节其转速。
比如：在加工毛坯工件时，为了防止工件表面对 生产刀具的磨损，因此加工时要求电机低速运行； 而在对工件进行精加工时，为了要缩短工加时间， 提高产品的成本效益，因此加工时要求电机高速 运行。
2、调速系统的作用
机床在加工过程中、需要按不同的加工要求，调 整主轴的转速、进给速度。为保证工件表面质量和精 度，要求电动机运行速度平稳。 （1）调速：调速控制系统保证电动机起动、制动、 调速过程迅速改变速度。 （2）稳速：调速控制系统能迅速消除扰动(主要是负 载和电枢电压波动)而引起的转速波动，保证电动机 运行速度平稳。
调速特性：
转速上升，机械特性曲线变软。
n Ud Id Rd
Ke
调磁调速特性曲线
（3）改变电枢回路电阻R
在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设 备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平 滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用； 还会在调速电阻上消耗大量电能。
工作条件：
保持励磁 F = FN ；保持电压 U =UN
以上公式表明：直流电动机的调速方法有 三种。
（1）调节电枢供电电压Ud
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电 压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这 种方法最好。
变频器调速原理及调速方法
变频器调速原理及调速方法
1 变频器调速原理
变频器调速方法是一种能够改变电机转速的新型调速方法，它是利用变频技术，将交流电源的频率或电压合理的调节，以实现传动负荷的调速。
变频调速的原理就是要在一定的电源电压范围内，通过变频器将交流电源的输出频率变化成电机工作所需的频率，从而达到改变电动传动系统的运转转速的目的。
2 变频器调速方法
变频器调速的方法主要有频率调速和电压调速两种。
频率调速方法：这种方法是将交流电源的频率改变来实现传动负荷的调节，它要求被控负荷的电机要有足够的绝缘能力，同时变频器也要能够跟变频电源的电压保持一定的比例关系，以保证变频电源的线圈及星形组合不会受到任何损伤。
电压调速方法：这种方法又称电压率调速，是指在一定的交流电源电压范围内，根据负荷的变化而增减电压，以便改变电机的输出功率，调节负荷的运动转速和扭矩，以实现调速的目的。
电压调速方法常用于制动系统、皮带传动装置、定子制动系统、泵系统等，并且电压调速的特点是可以很好地保护被控负荷的电机，从而延长电机的使用寿命。
3 优缺点
变频调速的优点有调速范围宽，可以从零到最高转速调整；调速精度高，可以根据用户的要求精确调速；调速平稳，无需特殊的减速系统，减少了传动装置失效的几率和传动中的振动，保证了传动装置的安全运行；节能效果好，电机可以根据实际负荷变更，实现无极调速，使用电能更合理。
但变频调速方法也有一定缺点，比如设备费用高，因为要使用变频器等相关设备，费用和维护成本均较高，而且受供电电源的影响较大，如果电源不稳定或不规范，很容易导致变频器故障，也容易空载运行，不利用电机最大功率和最高效率等问题。
因此变频调速方法也必须留有必要的保护措施，以确保在平稳运行条件下，使用效果达到最佳。
关于电机恒转矩调速和恒功率调速的分析
关于电机恒转矩调速和恒功率调速的分析圈子类别：起重机械(未知) 2009-11-28 14:05:00[我要评论] [加入收藏] [加入圈子]首先要记住一点，我们出厂设计的电机，都是按照在工频电压下（380V，50HZ）的给定下，所得到的额定转速值，如果我们在实际工况当中，没有达到380V，比如说只有300V,50HZ,那么这是一个欠压的情况，肯定是不能达到额定的转速值，因为按照这个电机的设计，50HZ的频率下，一定要有380V的电压来励磁，如今没有在额定电压下，没有达到应有的磁场强度，磁通偏小，那么肯定会影响速度的，不能因为那个60f/p这个公式来看速度的变化。
又比如说在380V的40HZ的输入的情况下，根据公式E=K*F*Q，E不变，f降低了，那么Q磁通变大了，这是一种过压的情况，过大的励磁，磁通在长时间下，会使电机发热并有可能烧毁的。
所以说磁通这个值不能过大，这个值是根据我们电机在设计的时候就决定了其承载磁通能力。
我们通常在恒转矩调速时（50HZ以下），此时的磁通为额定磁通，也称为满磁，如果电压/频率变大，则会超过这个磁通值，造成电机发热。
下面说恒转矩调速和恒功率调速恒转矩调速，就是说让磁通保持一个不变的值，V/F=Q（磁通）是一个不变的值，为什么叫恒转矩调速，就是说负载的转矩是个定值，我们要求电机输出的转矩值也是个定值，看公式：T=K*I*Q，如今Q不变，那么电机输出转矩就和I成正比，因为Q这个值我们通过铭牌就可以计算出来的V(额定电压)/50HZ，所以在Q确定且不变的情况下，我们线圈的额定电流（不论有无负载，最大通过电流）确定的情况下，该电机能输出的最大力矩也就能够确定（也就能确定电机能带动多大转矩的恒负载），所以我们电机的过流能力就体现了电机的过载（转矩）能力。
在恒转矩调速下，我们也只需要通过变频器向电机输送经过调制的一定频率的电压（这个比是磁通，是个定值），负载的转矩也是个定值，那么N一定，T一定，输入的功率P也就定了。
电机负载转矩和调速方式
1.4 负载转矩特性及其与调速方式的配合
主讲教师：杜春水
山东大学
2012-8-13 1
电机负载转矩和调速方式 一、负载转矩特性分类
（一）恒转矩负载 恒转矩负载的静负载转矩在任何转速下总保
持恒定或基本恒定 ，其基本特点是
T L const
PL TL n 9550 n
式中，PL是负载功率（kW）。
8
2. 恒功率负载
负载：轧钢机、造纸机、 塑料薄膜生产线中的卷取机、 开卷机等。 各种机床也属于恒功率负 载，其特点：粗加工时进刀 量大，转矩大，转速低，精 加工时进刀量小，转矩小， 转速高。
2012-8-13 9
2. 恒功率负载
以薄膜卷取机为例，其负载转矩的大小决定于
TL F r
虚线表示 使电动机 得到充分 利用的转 矩Tea
图1-27（d）恒转矩调速与平方转矩负载配合
图1-27(e)恒功率调速与平方转矩负载配合
这两种情况下电动机都得不到充分利用。不过,采用恒转矩调速比 采用恒功率调速与鼓风机负载配合要好一些。
2012-8-13 20
三、调速方式与负载特性的配合
还有一些生产机械的静负载基本 上是恒功率的，但是调速范围较大， 如果采用弱磁调速，它的调速范围满 足不了要求，只有采用恒转矩调速或 恒转矩、恒功率分区调速。虽然电动 机也得不到充分利用，但是比采用恒 转矩调速要好些。
2012-8-13
22
风机、泵类等平方转矩：低速下负载转矩较小，宜选择专用或普通 功能型通用变频器。 恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械： 选择有转矩控制功能的高功能型通用变频器，其特点：低 速转矩、静态机械特性硬度大，抗负载冲击，有挖土机特性。 为实现大调速比的恒转矩调速，常采用加大通用变频器容 量的办法。 对于要求精度高、动态性能好、速度响应快的生产机械 （如造纸机械、注塑机、轧钢机等），应采用矢量控制或直接 转矩控制型通用变频器。
变频器、减速机、电机、负载、转矩、转速之间的负载关系
变频器、减速机、电机、负载、转矩、转速之间的负载关系变频器、减速机、电机、负载，转矩、转速的关系是如何的呢，在我们工控过程中往往搞不清楚，到达谁决定谁，谁是本质的问题，今天我们就好好讨论下！1、首先说说变频器的，它是改变电源频率的器件，频率决定这电机的转速，属于调速的功能。
2、减速机，它的功能是降低电机的转速，同时能够提高输出转矩，由公式P=T*N，在负载相同情况下，减速机降低了输出转速，输出转矩就提高了。
有的同学在这里似乎有点乱，因为电机是有最大输出转矩的，怎么会随提高呢，我们以下面的表格来说明下：减速机对比我们假设电机额定功率转矩为7Nm，额定转矩1400r/min，负载转矩等于额定转矩为7Nm。
现在分析下电机侧和负载侧转矩和转速的对比，首先从负载侧开始，负载相同都等于7Nm，没有减速机(减速比为2)的情话下，负载转速等于电机转速1400；有减速机，负载转速等于电机转速的一般700,这里应该都没有问题。
再看下电机侧，没有减速机的电机侧的转矩和转速和负载侧一样；有减速机情况下，转速等于额定转速，由公式P=T*N，电机输出功率等于负载功率得知，电机此时输出的转矩等于负载转矩的一半3.5Nm。
由上面的例子可以看出增加减速机并非提高电机自身的输出转矩，而是提高了给负载侧的输出转矩。
通俗的讲就是添加减速机这个环节电机会更“省力”。
3、电机，电机一旦完成生产，它的额定转速、额定转矩、额定功率等参数就确定了，不能人文因素的改变。
这里有一个误区就是采用变频器调速时，经常误以为变频器可以调高输出转矩，电机有多大的力量是有其本身的结构决定的，而不是变频器。
在实际应用中经常发现采用变频器控制电机驱动负载会出现电机转不动的过载行为，很多人把问题都纠结在变频器上面。
电机带不带动负载就两个方面，一就是电机功率太小，二就是负载太大，简单说就是不匹配的问题。
这里还是要强调下：1电机的实际输出转矩由负载决定。
2电机能够输出的转矩由电机结构决定。
变频调速器负载试验的几种方法
变频调速器负载试验的几种方法1 引言随着国内变频器技术的飞速发展，变频器生产厂家的迅速崛起，变频器的应用大户、制造厂家迫切需要变频器性能测试，优化加载设备。
如何选择有效的测试机组成为一个值得研究的课题。
2 滑差电机原理介绍由于以下的内容中，多用到电磁调速异步电动机，俗称滑差电机，因此，有必要对滑差电机的原理做一个简单的介绍。
电磁调速异步电动机是由普通鼠笼式异步电动机、电磁滑差离合器和电气控制装置三部分组成。
异步电机作为原动机使用，当它旋转时带动离合器的电枢一起旋转，电气控制装置是提供滑差离合器励磁线圈励磁电流的装置。
图1是电磁滑差离合器结构示意图，包括电枢、磁极和励磁线圈三部分。
电枢为铸钢制成的圆筒形结构，它与鼠笼式异步电动机的转轴相连接，俗称主动部分;磁极做成爪形结构，装在负载轴上，俗称从动部分。
主动部分和从动部分在机械上无任何联系。
当励磁线圈通过电流时产生磁场，爪形结构便形成很多对磁极。
此时若电枢被鼠笼式异步电动机拖着旋转，那么它便切割磁场相互作用，产生转矩，于是从动部分的磁极便跟着主动部分电枢一起旋转，前者的转速低于后者，因为只有当电枢与磁场存在着相对运动时，电枢才能切割磁力线。
磁极随电枢旋转的原理与普通异步电动机转子跟着定子绕组的旋转磁场运动的原理没有本质区别，所不同的是:异步电动机的旋转磁场由定子绕组中的三相交流电产生，而电磁滑差离合器的磁场则由励磁线圈中的直流电流产生，并由于电枢旋转才起到旋转磁场的作用。
图1 电磁滑差离合器基本结构示意图当稳定运行时，负载转矩与离合器的电磁转矩相等。
当负载一定时，励磁电流的大小决定从动部分转速的高低，励磁电流愈大，转速愈高;反之，励磁电流愈小，转速就愈低。
根据这一特性，可以利用电气控制电路非常方便地调节从动部分的转速和转矩。
3 单台滑差电机堵转法本方法是直接采用单台滑差电机，将滑差电机主轴输出(图1所示)，通过机械与机座硬连接，此时，输出主轴的速度一直为零。
第9讲 调速方式与负载类型匹配分析概要
2.静差率 （转速变化率）：指电动机在某一机械特
性曲线上运行时，在额定负载下的转速降对理想空载转速 的变化率。即：
Δn n0 n n0 n0
四、调速的性能指标
静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时， 转速变化也小。从上面公式可以得出： （1）当n0一定时，机械特性越硬
n n0 ，额定转矩时转速降越小，静差率 nmax nmin
其中，电枢串电阻调速和降压调速属于恒转矩调速方式， 而弱磁调速属于恒功率调速方式。
1、恒转矩调速方式 电枢串电阻调速和降压调速时，保持额定磁通(Φ =Φ N) 不变;考虑到电机的充分利用，应该在不同转速下保持电枢 电流为额定电流(I=IN)不变。此时：
容许输出转矩： T Tem CT N I N constant Tn 容许输出功率： P C1n 9550 所以，电枢串电阻调速和降电压调速时，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，故这两 种调速方法为恒转矩调速方式。
该调速系统中，转速是从额定转 速往上调的，电动机的额定转速是调 速系统的最低转速。
3、恒转矩负载----恒功率调速方式 此时，负载转矩TL=常数；恒功率调速方式要求电机的 容许输出转矩T与转速成反比变化。显然，二者的曲线不能 重合。
所以，只能选择电机的容许输出转矩的最小值（此时转速最高）等 于恒定的负载转矩。则只有在最高转速这一点上，才满足T=TL，P=PL， Ia=IN。可以证明，在最低速时，电机的实际输出功率（负载功率）只有 电动机额定功率的1/D倍（D是调速范围）。
Tn 容许输出功率： P Constant 9550 所以，弱磁调速时，电动机的容许输出转矩与转速成 反比，而容许输出功率为恒值，故这种调速方法为恒功率调 速方式。
1.2-1.3变频调速的机械特性和负载性质
要点回顾：
变频技术 三相异步电动机的变频原理 基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速 基频以上恒功率（恒电压）变频调速 变频调速特性的特点
1.2.1 恒压频比协调控制方式时的机械特性 机械特性的参数表达式
r ' 2 其中：p为电机极对数； ' 2 2 f1 r1 2 x1 x2 U1为相电压有效值 s r1为定子每相绕组的
恒转矩负载的基本特点
1) 恒转矩 由于F和r都和转速的快慢无关，所以在调节 转速nL的过程中负载的阻转矩TL保持不变，即具有恒转矩 的特点： TL ＝常数 2) 负载功率与转速成正比 根据负载的机械功率PL和转 矩TL、转速nL之间的关系，有：
TL nL PL 9550
a) 机械பைடு நூலகம்性
b) 功率特性
内阻 x1为每相漏阻抗 r2’为折算到定子侧的 每相电阻 x2’为折算到定子侧的 漏电阻 T f (S )
Te
3 pU12 r2' / s
电机参数一定，当 U1 ， f1 不 变时，T仅与 S有关。
n 1 S n1
T f (n )
机械特性曲线
四个关键点
额定运行点
D: 理想空载点（同步点） C: 额定运行点
同步点： n1 f1 1 最大转矩点： S m , Tm f1
f1
2 U1 U 1 1 T 起动点： Q 3 ( 1 )2 f1 f1 f1 f1
U1 ( f fN , const ) f1
S
nm
1
' n1 ' n1'
fN f1' f1''
变频器、电机与负载的匹配问题
变频器、电机与负载的匹配问题概述：众所周知，变频调速具有可靠性高、调速方便、保护完善和节能约耗等诸多优点，因此在一般调速场合，变频调速已经成了绝大多数用户的第一选择。
但是，新技术也会遇到新问题，本文想就我在实际中遇到的变频器、电机与负载的匹配问题分析如下，谨供大家参考。
问题：我厂生料磨系统有一台φ2.8旋风选粉机，原主轴采用立式直流电机经皮带盘减速后驱动。
2000年由于磨机系统改造，产量增加，电机负载能力不足，将其改造成变频调速，当时选用了安川616G5 45kW变频器（恒转矩）和45kW4极立式电机，改造后变频器运行频率约14-17Hz，基本满足要求。
今年年初，因工艺要求，该电机需要提速至约20.8-24.3 Hz，但速度提升至18 Hz，变频器输出电流就达到80以上，一旦提升至19Hz，电机已经超电流，温度也明显上升，系统已经无法正常运转。
方法：一。
如何打破这一瓶颈？将原有传动系统的速比加大1.5到2倍？原有大小皮带盘直径为660、220mm，现场条件并不具备。
如何提速，有厂家将其更换成了55kw6极电机和55kw变频器，是否必要？笔者经过认真分析，提出了不同的看法。
以下是我厂相关技术参数：1、电机具体技术参数：型号：Y250M-4 45kWPe=45KW，Ue=380V，Ie=84.2A，ne=1440转/分。
2、希望电机转速提升至600-700转/分（20.8-24.3Hz）。
3、变频器运行状况：频率Hz转速转/分电流A功率kW1441460≈1117.551870-80≈1618.553280-85≈18笔者认为：即使在18.5Hz，变频器的输出功率仅为18kW左右，相关的选粉机手册说明，该电机功率与速度关系为：P=kn2.0-2.3 ，在K值一定的情况下，速度即使提升至750转/分（26.04Hz），参照计算所得功率最大也仅在36kW左右，这种情况应当是电机选择不合理所致。
根据电机的功率计算公式：P=T*n/9550二。
5.调速的指标和负载配合
虑，则电动机的额定功率为
PN
TL nm a x 9.55
– 当电动机工作在n nmax 时，电动机容许输出的转矩
及功率都比实际负载需要要大得多。
– 对于风机、泵类负载，既非恒转矩负载，又非恒 功率负载，采用恒转矩调速方式浪费要小一点。
调速方式与负载性质的配合
结论
– 恒转矩调速方式与恒功率调试方式只是用来表征 电动机采用某种调速方法时得负载能力，并不是 指电动机拖动的实际负载；
若要求s≤ 20%，则调速范围只有
D 1430 0.2 3.1 115 (1 0.2)
若调速范围达到10，则静差率只能是
s DnN 10 115 0.446 44.6% nN DnN 1430 10 115
5.1.2 动态调速指标
跟随性能指标（阶跃响应）
– 上升时间tr：动态响应的快速性 – 超调量σ 超调量反映了系统的相对稳定性 超调量越小系统的相对稳定性越好
调速方式
恒转矩调速
– 保持直流电动机的电枢电流 Ia I N – 保持交流电动机的定子电流 I1 I N – 电动机的电磁转矩恒定不变 – 他励直流电动机电枢回路串电阻调速和降压调速
就属于恒转矩调速方式 – 异步电动机变频调速中，当电动机的频率低于电
动机的额定频率时 – 这种调速方式中，电动机容许输出的功率与转速
抗– 干调扰节时性间能ts指：调标节过程的快慢
– 由于电网电压或负载波动 – 动态降落△Cmax%
调– 速恢系复时统间的tV动：态抗干指扰标能以力抗干扰性能为主 随动系统的动态指标以跟随性能为主
第5.2节 交流电动机调速的要求及 指标
静态指标
– 最大起动转矩 – 调速范围 – 速度精度
动态指标
调速的负载能力与负载性质的配合
调速的负载能力与负载性质的配合
电动机调速时容许输出的转矩和功率，只是表示电动机所具备的负载力量，并不是电动机实际输出的转矩和功率。
电动机的实际输出取决于负载的性质，而调速方式不同，其负载力量亦不同。
这样，就存在调速方式与负载性质相互协作的问题。
所谓电动机的合理运用，是指电动机容许输出的转矩和功率应等于由负载性质打算的电动机的实际输出。
假设有一恒转矩负载，如选用恒转矩的调速方式（降压调速），使电动机的额定转矩等于负载转矩，即==常数。
而电动机的额定转速按生产机械要求的最高转速来选，即=。
那么，电动机的额定功率（1）
在调速过程中，恒转矩调速方式的电机容许输出转矩不变，容许输出功率随转速的降低而降低；恒转矩负载在调速过程中恰恰需要负载转矩不变，负载功率随着转速的降低而降低。
所以在调速过程中，电动机的负载力量与负载所需始终吻合。
这样的协作无疑是合理的。
如图5.16所示。
如不做以上考虑，而让恒转矩负载与恒功率的调速方式协作，如图5.17所示。
则电动机的额定转速应按最高转速来选取，即=；电动机在最高转速时，其输出转矩也应≥负载转矩，即电动机的额定功率应为，明显，在n＜时，电动机容许输出的转矩及功率均比负载实际需要的大，即产生“虚容量”，造成了铺张。
假如恒功率负载不选用恒功率的调速方式，而选用恒转矩的调速方式，同样也要产生“虚容量”，缘由不再详述。
总之，在设计选择调速系统时，应尽可能地使调速方式符合负载性质的要求。
不同负载对变频器和电机匹配的要求
不同负载对变频器和电机匹配的要求在变频器和电机的应用中，不同的负载对于变频器和电机的匹配有不同的要求。
本文将介绍不同负载对变频器和电机匹配的要求。
1. 均匀负载均匀负载是指电机所传递的扭矩在电机循环中的每个周期中都是均匀分布的。
在这种情况下，变频器和电机的匹配要求很高，因为在变频器的控制下，电机的转速和扭矩都会根据负载发生变化。
因此，变频器需要很好地响应电机的扭矩特性，以确保系统的稳定性和可靠性。
在均匀负载的情况下，应选择具有高效率和低噪音的电机，并选择与电机特性相匹配的变频器。
如三菱变频器FR-A800和三相异步电机FR-A800的配对能够满足均匀负载的要求。
2. 非均匀负载非均匀负载是指在负载在电机循环中的不同周期中所传递的扭矩不相同。
在非均匀负载的情况下，变频器和电机的匹配要求更高，因为变频器需要不断地适应和调整电机的速度和扭矩。
在非均匀负载的情况下，比较常见的配对方式是将变频器和电机设置为向量控制模式。
向量控制可通过对电机的转速、电流和转矩进行精确控制来确保系统的稳定性和可靠性。
此外，对于非均匀负载问题较为严重的应用，建议使用带有反馈装置的电机驱动，以提高系统的精度和可靠性。
3. 工况转换负载工况转换负载是指在一定时间区间内，负载的工况会发生快速的变化。
在这种情况下，变频器和电机的匹配要求非常高，因为变频器需要实时响应负载的变化，并通过对电机的速度和扭矩进行强制调整来保持系统的稳定性。
在工况转换负载的情况下，变频器和电机的选择应该充分考虑到电机的超载能力和过载保护能力。
此外，应该选择具有大范围调速和高精度控制能力的变频器，并使用多个反馈装置来控制电机的转速，以确保系统的稳定性和可靠性。
4. 总结不同的负载对于变频器和电机的匹配要求有所不同。
在均匀负载的情况下，应该选择具有高效率和低噪音的电机，并选择与电机特性相匹配的变频器。
在非均匀负载的情况下，应该选择具有向量控制模式的变频器和带有反馈装置的电机。
负载转矩特性及其与调速方式的配合—杜PPT课件
12
第12页/共24页
3.平方转矩负载
在各种风机、水泵、油泵中，随着叶轮的转动， 空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与 转速n的二次方成正比。随着转速的减小，转矩按转 速的二次方减小，即
TL kT n2
随着转速的降低，平方转矩负载所需的转矩以平方的比例减小，所以 低频时的负载电流很小，即使使用普通异步电动机也不会发生过热现象。
有些生产机械，在较低的转速范围内具有近似恒转矩的特性，而在较 高的转速范围内具有恒功率的特性，例如初轧机。对于此类设备，采用基 速以下恒压频比、基速以上弱磁调速的方法，就能与负载特性实现较好的 配合，使电动机得到较充分的利用。
2021/5/20
17
第17页/共24页
三、调速方式与负载特性的配合
调速方法与负载特性的 配合是否恰当可以用图127来说明。
第24页/共24页
的关系，意思是频率高也就是负载速度快时，其转矩相应的增大了，如风机， 泵等。
2021/5/20
22
第22页/共24页
风机、泵类等平方转矩：低速下负载转矩较小，宜选择专用或普通功能型 通用变频器。
恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械： 选择有转矩控制功能的高功能型通用变频器，其特点：低速转矩、静态机械特
电机常用的有两种典型调速方式，即恒转矩 调速方式和恒功率调速方式。
如果输出转矩和转速无关，则为恒转矩调速方式。
如果输出转矩和转速成反比，则为恒功率调速方 式。
2021/5/20
16
第16页/共24页
三、调速方式与负载特性的配 合
• 为了充分利用电动机，恒转矩调速方式适合拖动恒 转矩负载；恒功率调速方式适合拖动恒功率负载。
（a）在任何转速下都有
进油路节流调速回路速度-负载特性
第七章 液压基本回路
第三节 速度控制回路
２、回油路节流调速回路
如图所示，同理可推得其速度－负载特 性公式为：
v
q A
K
• AT •Δpm A2
K
• AT A2
•(
py A1 F )m A2
py
与进油路节流调速回路的区别：
A1
A2
P1
p2
q1
Δq ps qp
F
v
q2 AT
(1)具有背压，能承受负的负载。 (2)进油腔的压力变化小，不易实现压力控制。 (3)进油路节流调速回路易实现更低的工作速度。
节流阀前后压差 p ＝ps－ p1
式中：ps ＝p y
第七章 液压基本回路
第三节 速度控制回路
活塞受力平衡式：p1Ａ1＝p2Ａ2＋Ｆ
A1
A2
F
由图可知： p2＝0
∴ p1＝ F / A1
P1
p2=0
v
v
q A
K
• AT •Δpm A1
KHale Waihona Puke • AT A1•( py
F
A1
)m
q1
AT Δq
Ps
第七章 液压基本回路
第三节 速度控制回路
Ⅰ. 新课导入
复习提问：1、流量控制阀主要有哪二种？流量控制阀的开口 通常用哪种孔？ 答：流量控制阀主要有：节流阀和调速阀二 种。流量控制阀的开口通常用薄壁孔。
复习提问：2、液压缸的运动速度由什么决定？如何改变液压缸 的运动速度？
答：液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流 量。通过改变进入液压缸的流量大小可改 变液压缸的运动速度。
电机调速公式及常用调速方法，不同方法的优劣对比
电机调速公式及常用调速方法，不同方法的优劣对比调速电机是利用改变电机的级数、电压、电流、频率等方法改变电机的转速，以使电机达到较高的使用性能的一种电机。
由于其优异性能，调速电动机已广泛用于钢铁、电站、电缆、化工、石油、水泥、纺织、印染、造纸、机械等工业部门作恒转矩或递减转矩的负载机械无级调速之用，尤其适宜作流量变化较大的泵和风机类负载托动之用，能够获得良好的节能效果一、电机转速公式额定转速n=60f/p（1-s)=同步转速N1(1-S）f电源频率p电机极对数 s转差率二、常见调速方式1.利用变频器改变电源频率调速，调速范围大，稳定性平滑性较好，机械特性较硬。
就是加上额定负载转速下降得少。
属于无级调速。
适用于大部分三相鼠笼异步电动机。
2.改变磁极对数调速，属于有级调速，调速平滑度差，一般用于金属切削机床。
3.改变转差率调速。
（1）转子回路串电阻：用于交流绕线式异步电动机。
调速范围小，电阻要消耗功率，电机效率低。
一般用于起重机。
（2）改变电源电压调速，调速范围小，转矩随电压降大幅度下降，三相电机一般不用。
用于单相电机调速，如风扇。
（3）串级调速，实质就是就是转子引入附加电动势，改变它大小来调速。
也只用于绕线电动机，但效率得到提高。
（4）电磁调速。
只用于滑差电机。
通过改变励磁线圈的电流无极平滑调速，机构简单，但控制功率较小。
不宜长期低速运行。
3、耦合器调速：液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。
壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。
液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。
4、变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。
联合调速回路速度负载性能曲线
联合调速回路速度负载性能曲线
联合调速回路（speed control loop）是一种用于自动调节机械设备或系统转速的方法，常见于电机驱动系统中。
速度负载性能曲线（speed-load performance curve）描述了在不同负载条件下机械设备或系统的转速变化。
通常，联合调速回路被设计为呈现负反馈的控制回路，以使设备或系统的转速保持稳定。
回路通常由传感器、比例-积分-微分（PID）控制器和执行器组成。
在负载性能曲线中，通常将负载作为横轴，将转速作为纵轴。
当负载增加时，转速往往会下降。
负载性能曲线可以显示出负载增加时转速的变化情况，从而帮助工程师们评估和改进设备或系统的性能。
通过分析负载性能曲线，工程师可以根据系统需求进行调整，以实现更好的速度响应和控制精度。
这可以涉及调整PID控制器参数、增加反馈信号的准确性或改进执行器性能等措施。
总之，联合调速回路的速度负载性能曲线是一个重要的工具，它能够帮助工程师们评估和改进机械设备或系统的转速控制性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n nnm0 ax
A
越小。如右图所示，分别画出他励 nmin
直流电动机的固有机械特性和电枢
串电阻的人为机械特性。固有机械
0
特性的转速降较小，人为机械特性
ΔnN
A
Δn Ra
A1 Ra+R1
TN
T
的转速降较大，两条机械特性上的静差率也不一样。若串
最大电阻的静差率满足要求，其它各条机械特性的静差率
也满足要求。
2.静差率 （转速变化率）：指电动机在某一机械特
性曲线上运行时，在额定负载下的转速降对理想空载转速
的变化率。即： Δn n0 n
n0
n0
四、调速的性能指标
静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，
转速变化也小。从上面公式可以得出：
（1）当n0一定时，机械特性越硬 ，额定转矩时转速降越小，静差率
又得到了充分利用，是一种理想的配合。
该调速系统中，转速是从额定转 速往上调的，电动机的额定转速是调 速系统的最低转速。
3、恒转矩负载----恒功率调速方式
此时，负载转矩TL=常数；恒功率调速方式要求电机的 容许输出转矩T与转速成反比变化。显然，二者的曲线不能
Байду номын сангаас重合。
所以，只能选择电机的容许输出转矩的最小值（此时转速最高）等
Tem
CTΦIN
CT
UN INR a Cen
P Tn Constant
9550
C2 n
他励电动机调速时的 容许输出转矩曲线和 容许输出功率曲线：
三、调速方式和负载类型的配合
理想情况下，调速运行的电动 机的实际输出转矩和输出功率 应该按照图示曲线规律变化。
然而，由于负载的转矩特性和功 率特性不同，导致与电动机的曲 线不能重合，需要研究调速方式 与负载类型的配合问题。
2、恒功率调速方式
弱磁调速时，磁通Φ 是变化的，考虑到电机的充分利
用，应该在不同转速下保持电枢电流为额定电流(I=IN)不变。
此时：
容许输出转矩：
T
Tem
CT I N
CT
U N I N Ra Cen
IN
C2 n
容许输出功率： P Tn Constant 9550
所以，弱磁调速时，电动机的容许输出转矩与转速成
（2）反向电动运行
n
拖动反抗性负载，反转时他励 直流电动机工作在第三象限，如 由图中的C点，T与n同方向
n0 n01 -TL 0
且小于零，特性曲线在
反向电动运行
正向电动运行
A
B
TL
T
第三象限。
C
n0
恒转矩负载 恒功率负载 风机类负载
恒转矩 调速方式
恒功率 调速方式
1、恒转矩负载----恒转矩调速方式
此时，负载转矩TL与电机的容许输出转矩T均为常数，
负载功率与电机的容许输出功率均与转速成正比。
所以，只要选择电机的容许输出转矩（即额定转矩）与负载转矩相
等，则在任何转速下，均满足T=TL，P=PL，Ia=IN即满足了负载要求，又
载功率）只有电动机额定功率的1/D倍（D是调速范围）。
选择电机额定转速等于 负载的最大转速，
额定转矩等于最大负载 转矩，则：
PN
TNnN 9550
TLma nx max 9550
nmax nmin
TLmaxnmin 9550
DPL
所以，这种配合同样造成了电机 容量的浪费，不是合理的配合。
是：固定转速下，对应额定电流时的输出转矩和功率。
2、电动机的充分利用
固定转速下，电动机的实际输出转矩和功率达到了它的容 许输出值，即电枢电流达到了额定值。
显然，电动机在大于额定电流下工作，会过热烧坏；在小 于额定电流下工作，电动机会得不到充分利用而造成浪费。
所以，正确地使用电动机，应当保证其总是处于额定电流 下工作。
A1 TL
ΔnN
U1 T
大的调速范围；如果静差率一定，采用不同的调速方法，
调速范围D不同。
四、调速的性能指标
由于调速范围和静差率既有关系又相互制约，因此， 需要调速的生产机械，必须同时考虑这两项指标，以便选 择适当的调速方法。
3、调速的平滑性 无级调速的平滑性好，有级调速的平滑性用平滑系数
表速n示越i-1，小之定，比义调：为速相越邻平两滑级。调速中nn，ii 1高一级转速ni与低一级转 4、调速的经济性
类负载配恒转矩调速方式比配恒功率调速方式更经济一些。
由以上分析可得，调速方式与负载类型的适当配合为：
（1）电枢串电阻调速和降压调速属于恒转矩调速方式，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）对于风机类负载，三种调速方法都不太合适，但采用 电枢串电阻调速和降压调速要比弱磁调速更好一点。
反比，而容许输出功率为恒值，故这种调速方法为恒功率调
速方式。
恒功率调速方式的定义：在电机调速过程中，保持电枢电流 为额定值，采用弱磁升速但保持电磁功率不变。
三、调速方式和负载类型的配合
恒转矩调速方式：T
Tem CTΦNIN constant
P
Tn 9550
C1n
恒功率调速方式：T
以电动机在不同转速下都能得到充分利用为条件，通常 把他励直流电动机的调速分为恒转矩调速和恒功率调速。
其中，电枢串电阻调速和降压调速属于恒转矩调速方式， 而弱磁调速属于恒功率调速方式。
1、恒转矩调速方式
电枢串电阻调速和降压调速时，保持额定磁通(Φ =Φ N) 不变;考虑到电机的充分利用，应该在不同转速下保持电枢
于恒定的负载转矩。则只有在最高转速这一点上，才满足T=TL，P=PL， Ia=IN。可以证明，在最低速时，电机的实际输出功率（负载功率）只有
电动机额定功率的1/D倍（D是调速范围）。
选择电机额定功率等于 负载所需要的
最大功率，则：
PN
PLmax
TLnmax 9550
nmax nmin
TLnmin 9550
四、调速的性能指标
评价调速性能好坏的指标主要有四个方面：
（1）调速范围； （2）静差率（转速变化率或相对稳定性）； （3）平滑性； （4）经济性。
四、调速的性能指标
1.调速范围：指电动机拖动额定负载时，所能达到的最
大转速与最小转速之比。
D nmax nmin
最高转速受电动机的换向极机械强度限制，最低转速 受生产机械对转速相对稳定性（静差率）要求的限制。
四、调速的性能指标
（2）机械特性硬度相同时，理想空载转速越高，转差率δ
越小。如右图所示，分别为固有机械特性和降低电源电压
的机械特性。转速降ΔnN相同，
但静差率不同，若电压最低的机械
n n0
特性的静差率满足要求，其它调压 nmax
A
的机械特性也能满足要求。
A
ΔnN
UN
调速范围D与静差率δ之间相 nnm01in 互制约。采用同一种方法调速时， 0 静差率δ要求低时，可以得到较
得到了充分利用，是一种理想的配合。
该调速系统中，额定转速是调速 系统的最大转速。
2、恒功率负载----恒功率调速方式
此时，负载功率PL与电机的容许输出功率P均为常数，
负载转矩与电机的容许输出转矩均与转速成反比。
所以，只要选择电机的容许输出功率（即额定功率）与负载功率相
等，则在任何转速下，均满足T=TL，P=PL，Ia=IN，即满足了负载要求，
一、电动机的容许输出与充分利用概念
3、电动机调速时的充分利用
转速不需要改变时，通常工作在额定状态，特别是 电枢电流为额定值，此时电动机很容易做到充分利用。
转速需要改变时，电动机的工作点发生变化，能否 在不同转速下都得到充分利用，需要针对不同的负载类 型选择合适的调速方法。
二、恒转矩调速和恒功率调速
DPLmin
所以，这种配合造成了电机容量
的浪费，不是合理的配合。
4、恒功率负载----恒转矩调速方式
此时，负载转矩与转速成反比；恒转矩调速方式要求电
机的容许输出转矩为常数。显然，二者的曲线不能重合。
所以，只能选择恒定的电机容许输出转矩等于变化的负载转矩的最
大值（此时转速最低）。则只有在最低转速这一点上，才满足T=TL， P=PL，Ia=IN。可以证明，在最低速时，电机的实际输出功率（恒定的负
电流为额定电流(I=IN)不变。此时：
容许输出转矩： T Tem CT N I N constant
容许输出功率： P Tn 9550
C1n
所以，电枢串电阻调速和降电压调速时，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，故这两
种调速方法为恒转矩调速方式。
恒转矩调速方式的定义：在电机调速过程中，保持电枢电流 和每极磁通都为额定值，电磁转矩也为额定值。
调速的经济性主要考虑设备的初投资、调速时的电能 损耗、运行时的维修费用。
五、他励直流电动机的电动状态
（1）正向电动运行
n
他励直流电动机工作在第一象
n0
限，如由图中的A、B点T与n同
n01
方向且大于零，特性曲线在第
-TL 0
一象限。
反向电动运行
正向电动运行
A
B
TL
T
C
n0
五、他励直流电动机的电动状态
第9讲 他励直流电动机的调速、 电动制动运行
1、调速与负载类型 2、调速的性能指标 3、电动运行
一、电动机的容许输出与充分利用概念
1、电动机的容许输出