１．了解生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性。２．熟悉直流電動機(jī)的機(jī)械特性。３．掌握直流電動機(jī)機(jī)械特性的簡單計(jì)算。４．重點(diǎn)掌握直流電動機(jī)的三種調(diào)速方法。５．學(xué)會直流電動機(jī)調(diào)速方法的操作使用。學(xué)習(xí)目標(biāo)

直流電動機(jī)的調(diào)速任務(wù)引入直流電動機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是具有線性的機(jī)械特性，調(diào)速性能優(yōu)異，因此廣泛應(yīng)用于對調(diào)速性能要求較高的電氣自動化系統(tǒng)中。要了解、分析和掌握直流電動機(jī)的調(diào)速方法，首先要掌握直流電動機(jī)的機(jī)械特性。直流電動機(jī)有三種不同的人為機(jī)械特性，所對應(yīng)的就是三種不同性能的調(diào)速方法，分別應(yīng)用于不同的場合。因此熟悉機(jī)械特性是基礎(chǔ)，掌握調(diào)速方法是目的。知道了各種調(diào)速方法的性能特點(diǎn)后，就可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載的工藝要求來選擇一種最合適的調(diào)速方法，發(fā)揮直流電動機(jī)的最大效益。相關(guān)知識一、電氣傳動系統(tǒng)１．電氣傳動系統(tǒng)的組成２．電氣傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式電氣傳動系統(tǒng)的實(shí)例和組成框圖二、生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性１．恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性（1）阻力型恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性阻力型恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩的絕對值是恒定不變的，轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)總是阻止運(yùn)動的制動性轉(zhuǎn)矩。即n>0時，TL>0（常數(shù)）；n<0時，TL<0（也是常數(shù)），TL的絕對值不變。阻力性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性（2）位能型恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性位能型恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩的絕對值是恒定的，而且方向不變(與運(yùn)動方向無關(guān))，總是沿重力作用方向。當(dāng)n>0時，TL>0，是阻礙運(yùn)動的制動轉(zhuǎn)矩；當(dāng)n<0時，TL>0，是幫助運(yùn)動的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性２．恒功率負(fù)載特性因此在不同轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比，而機(jī)械功率PL∝nTL=常數(shù)，稱為恒功率負(fù)載。車床與恒功率負(fù)載特性３．通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性其轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即TL∝n2。鼓風(fēng)機(jī)與通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性三、直流他勵電動機(jī)的機(jī)械特性１．固有機(jī)械特性直流他勵電動機(jī)的電氣原理直流他勵電動機(jī)的固有機(jī)械特性(1)隨著電磁轉(zhuǎn)矩T

的增大，轉(zhuǎn)速n

降低，其特性曲線是一條略為向下傾斜的直線。(2)當(dāng)T=0時，n=n0，電動機(jī)工作在理想空載狀態(tài)。(3)由于電動機(jī)電樞回路不串電阻，機(jī)械特性斜率β的數(shù)值很小，特性曲線較平，稱為硬特性。(4)當(dāng)T=TN

時，n=nN，此點(diǎn)為電動機(jī)的額定工作點(diǎn)。(5)n=0，即電動機(jī)啟動時，Ea=0，此時的電樞電流Ia=Is，稱為啟動電流；對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T=Ts，稱為啟動轉(zhuǎn)矩。２．人為機(jī)械特性（１）電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性1）改變電樞回路串入的電阻RP時，理想空載轉(zhuǎn)速n0不變。2）RP

越大，人為機(jī)械特性的斜率βR越大，轉(zhuǎn)速降Δn

越大，特性越軟。電樞串電阻的人為機(jī)械特性（２）改變電樞電壓的人為機(jī)械特性1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與電樞電壓U成正比，即n0U∝U；且U

改變正負(fù)極性時，n0U

也改變轉(zhuǎn)向。2）改變電樞電壓的人為機(jī)械特性斜率β，與固有機(jī)械特性斜率相同，即轉(zhuǎn)速降Δn

不變。改變電樞電壓的人為機(jī)械特性（３）減弱磁通的人為機(jī)械特性1）理想空載轉(zhuǎn)速n0Φ

隨磁通Φ的減弱而上升。2）機(jī)械特性斜率βΦ因與磁通Φ的平方成反比，所以隨磁通的減弱而增大，機(jī)械特性變軟。減弱磁通的人為機(jī)械特性四、直流串勵電動機(jī)的機(jī)械特性直流串勵電動機(jī)的電氣原理圖串勵電動機(jī)的機(jī)械特性1.空載時，I→0，Φ→0，電動機(jī)轉(zhuǎn)速極高，所以串勵電動機(jī)不許空載或輕載運(yùn)行。2.由于串勵電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比，因此啟動和過載能力強(qiáng)。3.串勵電動機(jī)接交流電源后，由于磁通Φ

和電樞電流Ia同時改變方向，所以電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，因此是一種交直流兩用的電動機(jī)。五、直流他勵電動機(jī)的調(diào)速直流他勵電動機(jī)的一般機(jī)械特性方程式為：１．調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)（１）調(diào)速范圍D（２）調(diào)速的平滑性（３）調(diào)速的穩(wěn)定性（４）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性（５）調(diào)速時電動機(jī)的允許輸出２．電樞回路串電阻調(diào)速直流他勵電動機(jī)驅(qū)動負(fù)載運(yùn)行時，保持電源電壓U及磁通Φ

為額定值，改變電樞回路串入的電阻值，電動機(jī)就可運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速。電樞串電阻調(diào)速（１）電動機(jī)的轉(zhuǎn)速只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)。（２）轉(zhuǎn)速越低，機(jī)械特性越軟，負(fù)載波動時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性越差。（３）轉(zhuǎn)速越低，電樞串入的電阻越大，電能損耗也越大，調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性越差。（４）調(diào)速范圍小，電動機(jī)空載時幾乎無調(diào)速作用。（５）調(diào)速過程中允許的輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。（６）調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備簡單，初次投資小。３．降低電樞電壓調(diào)速直流他勵電動機(jī)驅(qū)動負(fù)載運(yùn)行時，電樞回路不串電阻，保持磁通為額定值（他勵電動機(jī)保持勵磁電壓為額定值，并勵電動機(jī)在降低電源電壓的同時必須減小勵磁回路的電阻，保持勵磁電流為額定值），改變電源電壓的高低，電動機(jī)就可以運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速。降低電樞電壓調(diào)速（１）電動機(jī)的轉(zhuǎn)速只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)。（２）由于轉(zhuǎn)速降ΔnN

不變，機(jī)械特性硬度不變，所以穩(wěn)定性好。（３）調(diào)速范圍大，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達(dá)10倍以上。（４）當(dāng)電樞電壓連續(xù)可調(diào)時，轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。（５）調(diào)速過程中能量損耗少。（６）調(diào)速過程中允許的輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。（７）需要專用的可調(diào)直流電源，初次投資大。４．弱磁調(diào)速將磁通Ф

減小時，理想空載轉(zhuǎn)速n0

升高了，機(jī)械特性的斜率β

也增大，引起轉(zhuǎn)速降Δn

增大，一般情況下，由于n0升高對轉(zhuǎn)速的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)速降Δn

的影響，因此磁通Ф

減小時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。由于電動機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行時，磁路已接近飽和，所以通常只能減小磁通（Ф<ФN），將轉(zhuǎn)速往上調(diào)，故稱弱磁調(diào)速。弱磁調(diào)速的機(jī)械特性（１）磁場電阻容量小，能連續(xù)調(diào)節(jié)，控制方便，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速平滑性好。（２）勵磁回路電流小，調(diào)速時能量損耗小，調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性好。（３）機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性好。（４）受到換向能力、強(qiáng)度等因素的限制，調(diào)速范圍較小，一般不超過2nN。任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)準(zhǔn)備二、繪