發布日期：2022-04-18 點擊率：142
為了使產生機械以最合理的高速進行工作，從而提高生產率和保證產品具有較高的質量，大量的生產機械(如各種機床，軋鋼機.造紙機.紡織機械等)要求在不同的情況下以不同的速度工作。這就需求采用一定的方法來改變生產機械的工作速度，以滿足生產的需要，這種方法通常稱為調速。
調速是速度調節的簡稱，是指在某一不變的負載條件下，人為地改變電路的參數，而得到不同的速度。調速與因負載變化而引起的轉速變化是不同的。調速是主動的，它需要人為的改變電氣參數，因而轉換機械特性。負載變化時的轉速變化則不是自動進行的，是被動的，且這時電氣參數未變。
調速可用機械方法.電氣方法或機械電氣配合的方法。在用機械方法調速的設備上，速度的調節是用改變傳動機構的速度比來實現，但機械變速機構較復雜。用電氣方法調速，電動機在一定負載情況下可獲得多種轉速，電動機可與工作機構同軸，或其間只用一套變速機構，機械上較簡單，但電氣上可能較復雜；在機械電氣配合的調速設備上，用電動機獲得幾種轉速，配合用幾套(一般用3套左右)機械變速機構來調速。究竟用何種方案，以及機械電氣如何配合，要全面考慮，有時要進行各種方案的技術經濟比較，才能決定。
（1）調速指標
在選擇和評價某種調速系統時，應考慮下列指標：調速范圍.調速的穩定性及靜差度.調速的平滑性.調速的負載能力.經濟性等。
1）技術指標
a)調速范圍
調速范圍是指在一定的負載轉矩下，電動機可能運行的最大轉速之比，即
與降低
受低速運行時的相對穩定性的限制。
b)調速的相對穩定性和靜差度
所謂相對穩定性，是指負載轉矩在給定的范圍內變化時所引起的速度的變化，它決定于機械特性的斜率。斜率大的機械特性在發生負載波動時，轉速變化較大，這要影響到加工質量及生產率。生產機械對機械特性的相對穩定性的程度是有要求的。如果低速時機械特性較軟，相對穩定性較差，低速就不穩定，負載變化，電動機轉速可能變得接近于零，甚至可能使生產機械停下來。因此，必須設法得到低速硬特性，以擴大調速范圍。
靜差度(又稱靜差率)是指當電動機在一條機械特性上運行時，由理想空載到滿載時的轉速降落與理想空載轉速n0的比值，用百分數表示，即，有
表示，即
和
，各種調速方法的經濟指標極為不同，例如，直流他勵電動機電樞串電阻的調速方法經濟指標較低，因電樞電流較大，串接電阻的體積大，所需投資多，運行時產生大量損耗，效率低。而弱磁調速方法則經濟得多，因勵磁電流較小，勵磁電路的功率僅為電樞電路功率的1%～5%。總之，在滿足一定的技術指標下，確定調速方案時，應力求設備投資少，電能損耗小，而且維修方便。
（2）直流他勵電動機的調速方法及其調速性能
1）電樞回路串接電阻調速
電樞回路串接電阻，不能改變理想空載轉速n0，只能改變機械特性的硬度。所串的附加電阻愈大，特性愈軟，在一定負載轉矩由直流他勵電動機的機械特性方程式可以看出，升高電源電壓U可以提高電動機的轉速，降低電源電壓U便可以減少電動機的轉速。由于電動機正常工作時已是工作在額定狀態下，所以改變電源電壓通常都是向下調，即降低加在電動機電樞兩端的電源電壓，進行降壓調速。由人為機械特性可知，當降低電樞電壓時，理想空載轉速降低，但其機械特性斜率不變。它的調速方向是從基速(額定轉速)向下調的。這種調速方法是屬于恒轉矩調速，適于恒轉矩圖3.2晶閘管整流裝置
負載的生產機械。供電的直流調速系統
不過公用電源電壓通常總是固定不變的，為了能改變電壓來調速，必須使用獨立可調的直流電源，目前用得最多的可調直流電源是晶閘管整流裝置，如圖3.39所示。圖中，調節觸發器的控制電壓，以改變觸發器所發出的觸發脈沖的相位，即改變了整流器的整流電壓，從而改變了電動機的電樞電壓，進而達到調速的目的。
采用降低電樞電壓調速方法的特點是調節的平滑性較高，因為改變整流器的整流電壓是依靠改變觸發器脈沖的相移，故能連續變化，也就是端電壓可以連續平滑調節，因此可以得到任何所需要的轉速。另一特點是它的理想空載轉速隨外加電壓的平滑調節而改變。由于轉速降落不隨速度變化而改變，故特性的硬度大，調速的范圍也相對大得多。
這種調速方法還有一個特點，就是可以靠調節電樞兩端電壓來起動電動機而不用另外
添加起動設備，這就是前節所說的靠改變電樞電壓的起動方法。例如電樞靜止，反電動勢為零；當開始起動時，加給電動機的電壓應以不產生超過電動機最大允許電流為限。待電動機轉動以后，隨著轉速升高，其反電動勢也升高，再讓外加電壓也隨之升高。這樣如果能夠控制得好，可以保持起動過程電樞電流為最大允許值，并幾乎不變和變化極小，從而獲得恒加速起動過程。
這種調速方法的主要缺點是由于需要獨立可調的直流電源，因而使用設備較只有直流電動機的調速方法來說要復雜，初投資也相對大些。但由于這種調速方法的調速平滑，特性硬度大.調速范圍寬等特點，就使這種調速方法具備良好的應用基礎，在冶金.機床.礦井提升以及造紙機等方面得到廣泛應用。
3）改變電動機主磁通的調速方法
改變主磁通Φ的調速方法，一般是指向額定磁通以下改變。因為電動機正常工作時，磁路已經接近飽和，即使勵磁電流增加很大，但主磁通Φ也不能顯著地再增加很多。所以一般所說的改變主磁通Φ的調速方法，都是指往額定磁通以下的改變。而通常改變磁通的方法都是增加勵磁電路電路，減小勵磁電流，從而減小電動機的主磁通Φ。
由人為機械特性的討論可知，在電樞電壓為額定電壓與最小轉速
近代機械設備制造的趨勢是力圖簡化機械結構，減少齒輪變速機構，從而要求拖動系統能具有較大的調速范圍。不同生產機械要求的調速范圍是不同的，例如車床D=20～120，龍門刨床D=10～40，機床的進給機構D=5～200，軋鋼機D=3～120，造紙機D=3～20等。
電力拖動系統的調速范圍，一般是機械調速和電氣調速配合起來實現的。那么，系統的調速范圍就應該是機械調速范圍與電氣調速范圍的乘積。在這里，主要研究電氣調速范圍。在決定調速范圍時，需要使用計算負載轉矩下的最高和最低轉速，但一般計算負載轉矩大致等于額定轉矩，所以可取額定轉矩下的最高和最低速度的比值作為調速范圍。
由上式可見，要擴大調速范圍，必須設法盡可能地提高。但電動機的受其機械強度.換向等方面的限制，一般在額定轉速以上，轉速提高的范圍是不大的。而降低
，在一般情況下，取額定轉矩下的速度落差
靜差度的概念和機械特性的硬度很相似，但又有不同之處。兩條互相平行的機械特性，硬度相同，但靜差率不同。例如高轉速時機械特性的靜差度與低轉速時機械特性的靜差度相比較，在硬度相等的條件下，前者較小。同樣硬度的特性，轉速愈低，靜差率愈大，愈難滿足生產機械對靜差率的要求。
由上式可以看出，在n0相同時，斜率愈大，靜差度愈大，調速的相對穩定性愈差；在斜率相同的條件下，n0愈低，靜差度愈大，調速的相對穩定性愈差。顯然，電動機的機械特性愈硬，則靜差度愈小，相對穩定性就愈高。
c)調速的平滑性
調速的平滑性是指在一定的調速范圍內，相鄰兩級速度變化的程度，用平滑系數
式中——相鄰兩級，即i級與i－1級的速度。
這個比值愈接近于1，調速的平滑性愈好。在一定的調速范圍內，可能得到的調節轉速的級數愈多，則調速的平滑性愈好，最理想的是連續平滑調節的“無級”調速，其調速級數趨于無窮大。
d)調速時的容許輸出
調速時的容許輸出是指電動機在得到充分利用的情況下，在調速過程中軸能夠輸出的功率和轉矩。對于不同類型的電動機采用不同的調速方法時，容許輸出的功率與轉矩隨轉速變化的規律是不同的。另外，電動機穩定運行時的實際輸出的功率與轉矩是由負載的需要來決定的。在不同轉速下，不同的負載需要的功率P2與轉矩T2也是不同的，應該使調速方法適應負載的要求。
2）經濟指標
在設計選擇調速系統時，不僅要考慮技術指標，而且要考慮經濟指標。調速的經濟指標決定于調速系統的設備投資及運行費用，而運行費用又決定于調速過程的損耗，它可用設備的效率η來說明，即下，轉速也就愈低。
這種調速方法，其調節區間只能是電動機的額定轉速向下調節。其機械特性的硬度隨外串電阻的增加而減小；當負載較小時，低速時的機械特性很軟，負載的微小變化將引起轉速的較大波動。在額定負載時，其調速范圍一般是2∶1左右。然而當為輕負載時，調速范圍很小，在極端情況下，即理想空載時，則失去調速性能。這種調速方法是屬于恒轉矩調速性質，因為在調速范圍內，其長時間輸出額定轉矩不變。
電樞回路串接電阻調速的優點是方法較簡單。但由于調速是有級的，調速的平滑性很差。雖然理論上可以細分很多為級數，甚至做到“無級”，但由于電樞電路電流較大，實際上能夠引出的抽頭要受到接觸器和繼電器數量限制，不能過多。如果過多時，裝置復雜，不僅初投資過大，維護也不方便。
一般只用少數的調速級數。再加上電能損耗較大，所以這種調速方法近來在較大容量的電動機上很少使采用，只是在調速平滑性要求不高，低速工作時間不長，電動機容量不大，采用其他調速方法又不值得的地方采用這種調速方法。
2）改變電源電壓調速
及電樞回路不串接附加電阻的條件下，當減弱磁通時，其理想空載轉速升高，而且斜率加大，在一般的情況下，即負載轉矩不是過大的時候，減弱磁通使轉速升高。它的調速方向是由基速(額定轉速)向上調。
普通的非調磁直流他勵電動機，所能允許的減弱磁通提高轉速的范圍是有限的。專門作為調磁使用的電動機，調速范圍可達3～4倍。限制電動機弱磁升速范圍的原因有機械方面的，也有點方面的。例如，機械強度的限制.整流條件的惡化.電樞反應等。普通非調磁電動機額定轉速較高(1500r/min左右)，在弱磁升速就要受到機械強度的限制。同時在減弱磁通后，電樞反應增加，影響電動機的工作穩定性。
可調磁電動機的設計是在允許最高轉速的情況下，降低額定轉速以增加調速范圍。所以在同一功率和相同最高轉速的條件下，調速范圍愈大，額定轉速愈低，因此額定轉矩也大，相應的電動機尺寸就愈大，因此價格也就愈高。
采用弱磁調速方法，當減弱勵磁磁通Φ時，雖然電動機的理想空載轉速升高.特性的硬度相對差些，但其調速的平滑性好。因為勵磁電路功率小，調節方便，容易實現多級平滑調節。其調速范圍，普通直流電動機大約為1∶1.5。如果要求調速范圍增大時，則應用特殊結構的調Φ電動機，它的機械強度和換向條件都有改進，適于高轉速工作，一般調速范圍可達1∶2.1∶3或1∶4。
因為電動機發熱所允許的電樞電流不變，所以電動機的轉矩隨磁通Φ的減小而減小，故這種調速方法是恒功率調節，適于恒功率性質的負載。這種調速方法是改變勵磁電流，所以損耗功率極小，經濟效果較高。又由于控制比較容易，可以平滑調速，因而在生產中可到廣泛應用。
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