為了使產(chǎn)生機(jī)械以最合理的高速進(jìn)行工作，從而提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品具有較高的質(zhì)量，大量的生產(chǎn)機(jī)械(如各種機(jī)床，軋鋼機(jī).造紙機(jī).紡織機(jī)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(chǎn)機(jī)械的工作速度，以滿足生產(chǎn)的需要，這種方法通常稱為調(diào)速。

    調(diào)速是速度調(diào)節(jié)的簡(jiǎn)稱，是指在某一不變的負(fù)載條件下，人為地改變電路的參數(shù)，而得到不同的速度。調(diào)速與因負(fù)載變化而引起的轉(zhuǎn)速變化是不同的。調(diào)速是主動(dòng)的，它需要人為的改變電氣參數(shù)，因而轉(zhuǎn)換機(jī)械特性。負(fù)載變化時(shí)的轉(zhuǎn)速變化則不是自動(dòng)進(jìn)行的，是被動(dòng)的，且這時(shí)電氣參數(shù)未變。

    調(diào)速可用機(jī)械方法.電氣方法或機(jī)械電氣配合的方法。在用機(jī)械方法調(diào)速的設(shè)備上，速度的調(diào)節(jié)是用改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度比來實(shí)現(xiàn)，但機(jī)械變速機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。用電氣方法調(diào)速，電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載情況下可獲得多種轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)可與工作機(jī)構(gòu)同軸，或其間只用一套變速機(jī)構(gòu)，機(jī)械上較簡(jiǎn)單，但電氣上可能較復(fù)雜；在機(jī)械電氣配合的調(diào)速設(shè)備上，用電動(dòng)機(jī)獲得幾種轉(zhuǎn)速，配合用幾套(一般用3套左右)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)來調(diào)速。究竟用何種方案，以及機(jī)械電氣如何配合，要全面考慮，有時(shí)要進(jìn)行各種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，才能決定。

    （1）調(diào)速指標(biāo)

    在選擇和評(píng)價(jià)某種調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮下列指標(biāo)：調(diào)速范圍.調(diào)速的穩(wěn)定性及靜差度.調(diào)速的平滑性.調(diào)速的負(fù)載能力.經(jīng)濟(jì)性等。

    1）技術(shù)指標(biāo)

    a)調(diào)速范圍

    調(diào)速范圍是指在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，電動(dòng)機(jī)可能運(yùn)行的最大轉(zhuǎn)速之比，即

    與降低受低速運(yùn)行時(shí)的相對(duì)穩(wěn)定性的限制。

    b)調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性和靜差度

    所謂相對(duì)穩(wěn)定性，是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩在給定的范圍內(nèi)變化時(shí)所引起的速度的變化，它決定于機(jī)械特性的斜率。斜率大的機(jī)械特性在發(fā)生負(fù)載波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速變化較大，這要影響到加工質(zhì)量及生產(chǎn)率。生產(chǎn)機(jī)械對(duì)機(jī)械特性的相對(duì)穩(wěn)定性的程度是有要求的。如果低速時(shí)機(jī)械特性較軟，相對(duì)穩(wěn)定性較差，低速就不穩(wěn)定，負(fù)載變化，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可能變得接近于零，甚至可能使生產(chǎn)機(jī)械停下來。因此，必須設(shè)法得到低速硬特性，以擴(kuò)大調(diào)速范圍。

    靜差度(又稱靜差率)是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)在一條機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，由理想空載到滿載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速n0的比值，用百分?jǐn)?shù)表示，即，有

    表示，即

    和，各種調(diào)速方法的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)極為不同，例如，直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞串電阻的調(diào)速方法經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低，因電樞電流較大，串接電阻的體積大，所需投資多，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量損耗，效率低。而弱磁調(diào)速方法則經(jīng)濟(jì)得多，因勵(lì)磁電流較小，勵(lì)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(shù)指標(biāo)下，確定調(diào)速方案時(shí)，應(yīng)力求設(shè)備投資少，電能損耗小，而且維修方便。

    （2）直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法及其調(diào)速性能

    1）電樞回路串接電阻調(diào)速

    電樞回路串接電阻，不能改變理想空載轉(zhuǎn)速n0，只能改變機(jī)械特性的硬度。所串的附加電阻愈大，特性愈軟，在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩由直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式可以看出，升高電源電壓U可以提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低電源電壓U便可以減少電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)已是工作在額定狀態(tài)下，所以改變電源電壓通常都是向下調(diào)，即降低加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電源電壓，進(jìn)行降壓調(diào)速。由人為機(jī)械特性可知，當(dāng)降低電樞電壓時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速降低，但其機(jī)械特性斜率不變。它的調(diào)速方向是從基速(額定轉(zhuǎn)速)向下調(diào)的。這種調(diào)速方法是屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適于恒轉(zhuǎn)矩圖3.2晶閘管整流裝置

    負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械。供電的直流調(diào)速系統(tǒng)

    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(diào)速，必須使用獨(dú)立可調(diào)的直流電源，目前用得最多的可調(diào)直流電源是晶閘管整流裝置，如圖3.39所示。圖中，調(diào)節(jié)觸發(fā)器的控制電壓，以改變觸發(fā)器所發(fā)出的觸發(fā)脈沖的相位，即改變了整流器的整流電壓，從而改變了電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的。

    采用降低電樞電壓調(diào)速方法的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)的平滑性較高，因?yàn)楦淖冋髌鞯恼麟妷菏且揽扛淖冇|發(fā)器脈沖的相移，故能連續(xù)變化，也就是端電壓可以連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，因此可以得到任何所需要的轉(zhuǎn)速。另一特點(diǎn)是它的理想空載轉(zhuǎn)速隨外加電壓的平滑調(diào)節(jié)而改變。由于轉(zhuǎn)速降落不隨速度變化而改變，故特性的硬度大，調(diào)速的范圍也相對(duì)大得多。

    這種調(diào)速方法還有一個(gè)特點(diǎn)，就是可以靠調(diào)節(jié)電樞兩端電壓來起動(dòng)電動(dòng)機(jī)而不用另外

    添加起動(dòng)設(shè)備，這就是前節(jié)所說的靠改變電樞電壓的起動(dòng)方法。例如電樞靜止，反電動(dòng)勢(shì)為零；當(dāng)開始起動(dòng)時(shí)，加給電動(dòng)機(jī)的電壓應(yīng)以不產(chǎn)生超過電動(dòng)機(jī)最大允許電流為限。待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以后，隨著轉(zhuǎn)速升高，其反電動(dòng)勢(shì)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(dòng)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(dòng)過程。

    這種調(diào)速方法的主要缺點(diǎn)是由于需要獨(dú)立可調(diào)的直流電源，因而使用設(shè)備較只有直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法來說要復(fù)雜，初投資也相對(duì)大些。但由于這種調(diào)速方法的調(diào)速平滑，特性硬度大.調(diào)速范圍寬等特點(diǎn)，就使這種調(diào)速方法具備良好的應(yīng)用基礎(chǔ)，在冶金.機(jī)床.礦井提升以及造紙機(jī)等方面得到廣泛應(yīng)用。

    3）改變電動(dòng)機(jī)主磁通的調(diào)速方法

    改變主磁通Φ的調(diào)速方法，一般是指向額定磁通以下改變。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)正常工作時(shí)，磁路已經(jīng)接近飽和，即使勵(lì)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(diào)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(lì)磁電路電路，減小勵(lì)磁電流，從而減小電動(dòng)機(jī)的主磁通Φ。

    由人為機(jī)械特性的討論可知，在電樞電壓為額定電壓與最小轉(zhuǎn)速

    近代機(jī)械設(shè)備制造的趨勢(shì)是力圖簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少齒輪變速機(jī)構(gòu)，從而要求拖動(dòng)系統(tǒng)能具有較大的調(diào)速范圍。不同生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍是不同的，例如車床D=20～120，龍門刨床D=10～40，機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)D=5～200，軋鋼機(jī)D=3～120，造紙機(jī)D=3～20等。

    電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速范圍，一般是機(jī)械調(diào)速和電氣調(diào)速配合起來實(shí)現(xiàn)的。那么，系統(tǒng)的調(diào)速范圍就應(yīng)該是機(jī)械調(diào)速范圍與電氣調(diào)速范圍的乘積。在這里，主要研究電氣調(diào)速范圍。在決定調(diào)速范圍時(shí)，需要使用計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的最高和最低轉(zhuǎn)速，但一般計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩大致等于額定轉(zhuǎn)矩，所以可取額定轉(zhuǎn)矩下的最高和最低速度的比值作為調(diào)速范圍。

    由上式可見，要擴(kuò)大調(diào)速范圍，必須設(shè)法盡可能地提高。但電動(dòng)機(jī)的受其機(jī)械強(qiáng)度.換向等方面的限制，一般在額定轉(zhuǎn)速以上，轉(zhuǎn)速提高的范圍是不大的。而降低，在一般情況下，取額定轉(zhuǎn)矩下的速度落差

    靜差度的概念和機(jī)械特性的硬度很相似，但又有不同之處。兩條互相平行的機(jī)械特性，硬度相同，但靜差率不同。例如高轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)械特性的靜差度與低轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)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(zhuǎn)速愈低，靜差率愈大，愈難滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)靜差率的要求。

    由上式可以看出，在n0相同時(shí)，斜率愈大，靜差度愈大，調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性愈差；在斜率相同的條件下，n0愈低，靜差度愈大，調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性愈差。顯然，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性愈硬，則靜差度愈小，相對(duì)穩(wěn)定性就愈高。

    c)調(diào)速的平滑性

    調(diào)速的平滑性是指在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，相鄰兩級(jí)速度變化的程度，用平滑系數(shù)

    式中——相鄰兩級(jí)，即i級(jí)與i－1級(jí)的速度。

    這個(gè)比值愈接近于1，調(diào)速的平滑性愈好。在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，可能得到的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的級(jí)數(shù)愈多，則調(diào)速的平滑性愈好，最理想的是連續(xù)平滑調(diào)節(jié)的“無級(jí)”調(diào)速，其調(diào)速級(jí)數(shù)趨于無窮大。

    d)調(diào)速時(shí)的容許輸出

    調(diào)速時(shí)的容許輸出是指電動(dòng)機(jī)在得到充分利用的情況下，在調(diào)速過程中軸能夠輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。對(duì)于不同類型的電動(dòng)機(jī)采用不同的調(diào)速方法時(shí)，容許輸出的功率與轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律是不同的。另外，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的實(shí)際輸出的功率與轉(zhuǎn)矩是由負(fù)載的需要來決定的。在不同轉(zhuǎn)速下，不同的負(fù)載需要的功率P2與轉(zhuǎn)矩T2也是不同的，應(yīng)該使調(diào)速方法適應(yīng)負(fù)載的要求。

    2）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

    在設(shè)計(jì)選擇調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，不僅要考慮技術(shù)指標(biāo)，而且要考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。調(diào)速的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)決定于調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用，而運(yùn)行費(fèi)用又決定于調(diào)速過程的損耗，它可用設(shè)備的效率η來說明，即下，轉(zhuǎn)速也就愈低。

    這種調(diào)速方法，其調(diào)節(jié)區(qū)間只能是電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)節(jié)。其機(jī)械特性的硬度隨外串電阻的增加而減小；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，低速時(shí)的機(jī)械特性很軟，負(fù)載的微小變化將引起轉(zhuǎn)速的較大波動(dòng)。在額定負(fù)載時(shí)，其調(diào)速范圍一般是2∶1左右。然而當(dāng)為輕負(fù)載時(shí)，調(diào)速范圍很小，在極端情況下，即理想空載時(shí)，則失去調(diào)速性能。這種調(diào)速方法是屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)，因?yàn)樵谡{(diào)速范圍內(nèi)，其長(zhǎng)時(shí)間輸出額定轉(zhuǎn)矩不變。

    電樞回路串接電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是方法較簡(jiǎn)單。但由于調(diào)速是有級(jí)的，調(diào)速的平滑性很差。雖然理論上可以細(xì)分很多為級(jí)數(shù)，甚至做到“無級(jí)”，但由于電樞電路電流較大，實(shí)際上能夠引出的抽頭要受到接觸器和繼電器數(shù)量限制，不能過多。如果過多時(shí)，裝置復(fù)雜，不僅初投資過大，維護(hù)也不方便。

    一般只用少數(shù)的調(diào)速級(jí)數(shù)。再加上電能損耗較大，所以這種調(diào)速方法近來在較大容量的電動(dòng)機(jī)上很少使采用，只是在調(diào)速平滑性要求不高，低速工作時(shí)間不長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)容量不大，采用其他調(diào)速方法又不值得的地方采用這種調(diào)速方法。

    2）改變電源電壓調(diào)速

    及電樞回路不串接附加電阻的條件下，當(dāng)減弱磁通時(shí)，其理想空載轉(zhuǎn)速升高，而且斜率加大，在一般的情況下，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩不是過大的時(shí)候，減弱磁通使轉(zhuǎn)速升高。它的調(diào)速方向是由基速(額定轉(zhuǎn)速)向上調(diào)。

    普通的非調(diào)磁直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，所能允許的減弱磁通提高轉(zhuǎn)速的范圍是有限的。專門作為調(diào)磁使用的電動(dòng)機(jī)，調(diào)速范圍可達(dá)3～4倍。限制電動(dòng)機(jī)弱磁升速范圍的原因有機(jī)械方面的，也有點(diǎn)方面的。例如，機(jī)械強(qiáng)度的限制.整流條件的惡化.電樞反應(yīng)等。普通非調(diào)磁電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速較高(1500r/min左右)，在弱磁升速就要受到機(jī)械強(qiáng)度的限制。同時(shí)在減弱磁通后，電樞反應(yīng)增加，影響電動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定性。

    可調(diào)磁電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)是在允許最高轉(zhuǎn)速的情況下，降低額定轉(zhuǎn)速以增加調(diào)速范圍。所以在同一功率和相同最高轉(zhuǎn)速的條件下，調(diào)速范圍愈大，額定轉(zhuǎn)速愈低，因此額定轉(zhuǎn)矩也大，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)尺寸就愈大，因此價(jià)格也就愈高。

    采用弱磁調(diào)速方法，當(dāng)減弱勵(lì)磁磁通Φ時(shí)，雖然電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速升高.特性的硬度相對(duì)差些，但其調(diào)速的平滑性好。因?yàn)閯?lì)磁電路功率小，調(diào)節(jié)方便，容易實(shí)現(xiàn)多級(jí)平滑調(diào)節(jié)。其調(diào)速范圍，普通直流電動(dòng)機(jī)大約為1∶1.5。如果要求調(diào)速范圍增大時(shí)，則應(yīng)用特殊結(jié)構(gòu)的調(diào)Φ電動(dòng)機(jī)，它的機(jī)械強(qiáng)度和換向條件都有改進(jìn)，適于高轉(zhuǎn)速工作，一般調(diào)速范圍可達(dá)1∶2.1∶3或1∶4。

    因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)發(fā)熱所允許的電樞電流不變，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨磁通Φ的減小而減小，故這種調(diào)速方法是恒功率調(diào)節(jié)，適于恒功率性質(zhì)的負(fù)載。這種調(diào)速方法是改變勵(lì)磁電流，所以損耗功率極小，經(jīng)濟(jì)效果較高。又由于控制比較容易，可以平滑調(diào)速，因而在生產(chǎn)中可到廣泛應(yīng)用。