《电机与电气控制技术》第二版教学课件 3.3.3直流电动机的降压调速

的机械特性，则电动机的范围D与最低转速是的静差率
关系如下：
D n max
n max
n max
n min n 0min n N n N (1 )
（3-7）
式中，n N为最低转速机械特性上的转速降； 为
最低转速时的静差率，即系统的最大静差率。
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直流电动机调速的概念
若对静差率这一指标要求过高，即 值越小，则调速范围D就越小；反之，若 要求调速范围D越大，则静差率 也越大，转速的相对稳定性越差。
速受电动机的机械强度、换向条件、电压等级等方面的限制，而最低转速则受
到低速运行时转速的相对稳定性的限制。
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直流电动机调速的概念
（2）静差率（相对稳定性）
转速的相对稳定性是指负载变化时，转速变化的程度。转速变化小，其相
对稳定性好。转速的相对稳定性用静差率 表示。当电动机在某一机械特性上运
行时，由理想空载增加到额定负载，电动机的转速降落 与理想空载转速n0之比， 就称为静差率，用百分数表示为：
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直流电动机的降压调速
转速由nN下降至n1的调速过程如下：电动机原来在A点稳定运行时， Tem=TL，n=nN。当电压降至U1后，电动机的机械特性变为直线n01B。在降压 瞬间，转速n不突变，Ea不突变，所以Ia和Tem突变减小，工作点平移到A/点。在 A/点，Tem<TL，电动机开始减速，随着n减小，Ea减小，Ia和Tem增大，工作点沿 A/B方向移动，到达B点时，达到了新的平衡：Tem=TL，此时电动机便在较低转 速n1下稳定运行。降压调速过程与电枢串电阻调速过程类似，调速过程中转速 和电枢电流（或转矩）随时间的变化也类似。
% n 0 n N 100 % n N 100 %
n0
n0
显然，电动机的机械特性越硬，其静差率越小，转速的相对稳定性就越高。
但是静差率的大小不仅仅是由机械特性的硬度决定的，还与理想空载转速的大
小有关。
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直流电动机调速的概念
静差率与调速范围两个指标是相互制约的，设图
3-16中曲线1和曲线4为电动机最高转速和最低转速时
知识点：直流电动机的降压调速
主讲教师：冯泽虎
目录
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直流电动机调速的概念
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直流电动机的降压调速
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直流电动机调速的概念
为了提高生产效率或满足生产工艺的要求，许多生产机械在工作过程中都 需要调速。例如车床切削工件时，精加工用高转速，粗加工用低转速；轧钢机 在轧制不同品种和不同厚度的钢材时，也必须有不同的工作速度。 电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合起来调速。通过 改变传动机构速比的方法称为机械调速；通过改变电动机参数的方法称为电气 调速。本节只介绍他励直流电动机的电气调速。
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直流电动机的降压调速
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，一般可达D=2.5~12； （4）电能损耗较小。
降压调速的缺点是，需要一套电压可连续调节的直流电源。
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直流电动机调速的概念
评价调速性能好坏的指标如下：
（1）调速范围
调速范围是指电动机在额定负载下可能运行的最高转速 与最低转速 之比，
通常又用D表示，即
D n max n m in
不同的生产机械对电动机的调速范围有不同的要求。要扩大调速范围，必
须尽可能地提高电动机的最高转速和降低电动机的最低转速。电动机的最高转
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直流电动机速的概念
改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，从而使负载工作点 发生变化，转速随之变化。可见，在调速前后，电动机必然运行在不同的机械 特性上。如果机械特性不变，因负载变化而引起电动机转速的改变，则不能称 为调速。
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直流电动机调速的概念
根据他励直流电动机的转速公式
n U Is (R s R a ) Ce
可知，当电枢电流Is不变时（即在一定的负载下），只要改变电枢电 压U、电枢回路串联电阻Rs及励磁磁通 三者之中的任意一个量，就可改变 转速n。因此，他励直流电动机具有三种调速方法：调压调速,电枢串电阻 调速和调磁调速。为了评价各种调速方法的优缺点，对调速方法提出了一 定的技术经济指标，称为调速指标。
不同的生产机械，对静差率的要求不同，普通车床要求 ，而高精度的造纸机 则要求 ≤0.01% 。保证一定静差率指标的前提下，要扩大调速范围，就必须减小 转速降落 。
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直流电动机调速的概念
（3）调速的平滑性
在一定的调速范围内，调速的级数越多，就认为调速越平滑，相邻两级转速
之比称为平滑系数φ ：
ni ni 1
（3-8）
φ 值越接近1，则平滑性越好，当 φ=1时，称为无级调速，即转速可以连续 调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。 （4）调速的经济性
主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。
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直流电动机的降压调速
电动机的工作电压不允许超过额定电压，因此电枢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可用图3-17说明。 设电动机拖动恒转矩负载TL在固有特性上A点运行，其转速为nN。若电源电压由 UN下降至U1，则达到新的稳态后，工作点将移到对应人为特性曲线上的B点， 其转速下降为n1。从图中可以看出，电压越低，稳态转速也越低。