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第二章 直流电机的应用 第二章 直流电机的应用 第一节 生产机械的负载转矩特性 一、恒转矩负载特性 二、恒功率负载特性 三、通风机型负载特性 第二节 他励直流电动机的机械特性 一、他励直流电动机的机械特性 第三节他励直流电动机的起动和反转 一、起动方法 二、他励直流电动机的反转 第四节 他励直流电动机的制动 一、能耗制动 二、反接制动 三、回馈制动 第五节 他励直流电动机的调速 一、调速指标 三、降压调速 第六节 串励和牵引直流电动机简介 第七节 复励直流电动机简介 3．调速的平滑性 调速的平滑性是指两个相邻调速级（如第i级与第i-1级）的转速之比，用系数 表示 值越接近于1，调速平滑性越好，在一定的调速范围内，调速的级数越多，则调速的平滑性越好，不同的生产机械对调速的平滑性要求不同，例如龙门刨床要求基本上近似无级调速（即 ≈1）。 4．调速的经济性 调速的经济性是指对调速设备的投资和电能消耗、调速效率等经济效果的综合比较。 5．调速时的容许输出 容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，调速过程中轴上所能输出的功率和转矩。在电动机稳定运行时，实际输出的功率和转矩由负载的需要来决定，故应使调速方法适应负载的要求。 二、改变电枢电路串联电阻的调速 电枢回路串电阻调速的原理及调速过程可用图2-25说明。 图2-25 设电枢未串接电阻Rpa时，电动机稳定运行在固有机械特性的a点上，当电阻Rpa1接入电枢电路瞬间，因转速不能突变，工作点从a点过渡至人为机械特性的b点，这时电枢电流减小，电磁转矩减小，TTL， 电动机减速，电枢电动势减小，电流Ia回升，T增大，直到T=TL，电动机在低速的c点稳定运行。 电枢串电阻调速的特点： 1）串入电阻后转速只能降低，由于机械特性变软，静差率变大，特别是低速运行时，负载稍有变动，电动机转速波动大，因此调速范围受到限制，一般为D=1~3。 2）调速的平滑性不高。 3）由于电枢电流大，调速电阻消耗的能量较多，不够经济。 4）调速方法简单，设备投资少。 这种调速方法适用于小容量电动机的调速，例如起重设备和运输牵引装置。应该注意，调速电阻不能用起动变阻器代替，因为起动变阻器是短时使用，而调速变阻器是连续工作的。 例2-5 一台直流他励电动机，其额定数据为：PN=100kW，IN=511A，UN=220V，nN=1500r/min，电枢电路总电阻Ra=0.04Ω，电动机拖动额定恒转矩负载运行，现用电枢串电阻的方法将转速调至600r/min，应在电枢电路内串多大电阻？ 解：因为调速前后的负载转矩为额定负载不变，磁通大小也不变，所以电枢电流Ia在调速前后保持恒定，Ia=IN。 由调速前的额定值可求得： 设转速调至600r/min时电枢串电阻为Rpa，则 故 在电枢电路中必须串接的电阻为0.23Ω，比电枢电阻大得多。所以将转速从1500r/min降至600r/min。 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往下进行调节，降压调速的原理及调速过程可用图2-26说明。 图2-26 设电动机稳定运行a点，突然将电枢电压从U1降至U2，因机械惯性，转速不能突变，电动机由a点过渡到b点，此时TTL，电机立即减速，随n↓→ Ea↓→Ia↑T↑，直到c点T=TL，电动机以较低的转速稳定运行。在降压幅度较大时，例如从U1突降到U3，电动机由a点过渡到d点，此时成为回馈制动；当电动机减速至e点时，Ea=U，电动机重新进入电动状态继续减速直至f点，T=TL，电机以更低的转速稳定运行。 降压调速的特点： 1）无论是高速还是低速，机械特性硬度不变，静差率小，但略有增大，调速性能稳定，故调速范围广。 2）电源电压能平滑调节，故调速平滑性好，可达到无级调速。 3）降压调速是通过减小输入功率来降低转速的，低速时，损耗减小，调速经济性好。 4）调压电源设备较复杂。 降压调速的性能好，目前被广泛用于自动控制系统中。如轧钢机，龙门刨床等。 例2-6 例题2-5的电动机，现在用调节电枢电压的方法调速，将电枢电压降低至额定电压的50%，即U’=0.5UN =110V，求电动机的稳定转速是多少? 解 调速后，因负载转矩未变，磁通也未变，故电枢电流也未变，即I=IN =511A，根据电枢电路电动势平衡方程式 U=Ea+INRa 则调速后的电动势为 Ea=U－INRa=（110－511×0.04）V=89.56V 降压后的转速为 为了保证起动过程中既有足够大的起动转矩又不致使起动电流过大，起动过程中直流电