直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法分析

（煙臺(tái)工貿(mào)技師學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264003）

摘 要：本文主要討論了在職業(yè)院校自動(dòng)控制技術(shù)課程中講授直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理及方法，并針對目前職業(yè)院校在校學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知水平分析了在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中所應(yīng)采取的方法。該方法經(jīng)過作者幾年來在實(shí)際教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制技術(shù)教學(xué);直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速;電樞回路

0 前言

《自動(dòng)控制技術(shù)》是全國高等職業(yè)技術(shù)院校電氣維修專業(yè)教材，供各類高職院校、技師學(xué)院、高級技校相關(guān)專業(yè)使用，其中直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理、系統(tǒng)特征以及系統(tǒng)分析是自動(dòng)控制技術(shù)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容。

直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，適宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。因此，教授學(xué)生學(xué)習(xí)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理及方法具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

通過電力拖動(dòng)課程的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道，直流電動(dòng)機(jī)的速度N=（U-IaRa）/KeФ。通過數(shù)學(xué)知識(shí)我們知道，只需改變此公式中的任一項(xiàng)就可改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。下面我們逐一進(jìn)行分析：

1 改變電源電壓U

改變電源電壓U的大小來改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是最顯而易見的調(diào)速方法。在生活中我們都有這樣的生活經(jīng)驗(yàn)，輸入電壓越高，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就越大，輸入電壓越低，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就越低。

此種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍寬廣，可以從低速一直調(diào)到額定轉(zhuǎn)速，速度變化平滑，通常稱為無極調(diào)速。調(diào)速過程中沒有附加能量損耗。電壓降低后，機(jī)械特性硬度不變，穩(wěn)定性好。

但此類方法的缺點(diǎn)也是顯而易見的。首先要獲得可調(diào)的直流電壓就需要安裝三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生直流電壓供給直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作。那么在這個(gè)系統(tǒng)中就至少需要有三臺(tái)容量相當(dāng)?shù)慕涣麟妱?dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)和和直流電動(dòng)機(jī)。同時(shí)這些設(shè)備在工作時(shí)耗電較大，噪音及干擾也較大。同時(shí)為安全起見，此類調(diào)速方法電壓只能從0調(diào)至額定電壓，轉(zhuǎn)速從0調(diào)制額定轉(zhuǎn)速，無法再調(diào)高（因端電壓不能超過額定電壓）。

2 改變電樞回路電阻

直流電動(dòng)機(jī)速度公式中的第二項(xiàng)，即IaRa可以理解為電動(dòng)機(jī)電樞回路電阻因發(fā)熱、振動(dòng)、摩擦等因素而損耗掉的部分輸入電壓。因此我們只需要改變電樞回路中的電阻即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。

此類方法的優(yōu)點(diǎn)是：所需設(shè)備較簡單，成本低，在小功率直流電動(dòng)機(jī)中用的較多。

此類方法的缺點(diǎn)是：因只能在電樞回路中增加電阻，無法減小電阻，此方法只能用來降低直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。而且此調(diào)速為有級調(diào)速。特性曲線較軟，負(fù)載變動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化較大。同時(shí)因?yàn)樵黾恿穗娮枰簿驮黾恿四芰繐p耗，經(jīng)濟(jì)性能變差。

3 削弱磁場

直流電動(dòng)機(jī)速度公式分母中的KeФ為電動(dòng)機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速比。其中Ke為電動(dòng)機(jī)常數(shù)，在不改變電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下Ke保持不變，因此我們只能通過改變Ф，即電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路的磁通量來改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。我們可以通過在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路中添加阻磁材料的方法減小電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路的磁通量，即削弱磁場，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

此類方法的優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)速在勵(lì)磁回路中進(jìn)行，功率較小，能量損耗小、控制方便。同時(shí)可以做到平滑的無級調(diào)速。

缺點(diǎn)是：因?yàn)橹荒芟魅醮艌?，因此轉(zhuǎn)速只能從額定轉(zhuǎn)速往上調(diào)，不能再額定轉(zhuǎn)速一下調(diào)速。調(diào)速范圍較窄，而且當(dāng)磁通減少太多時(shí)，由于電樞磁場對主磁場的影響加大而使電動(dòng)機(jī)換向困難，火花較大。此外，在使用此類調(diào)速方法時(shí)還必須考慮到電樞機(jī)械強(qiáng)度的影響，最高轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在兩倍額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)。

三種調(diào)速方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際工作環(huán)境中常常將兩種以上的方法結(jié)合起來使用。在教學(xué)過程我們發(fā)現(xiàn)，在理論課堂上學(xué)生對于每種調(diào)速方法的名稱及原理都能比較好的掌握，但對于每種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合掌握的不夠，特別是當(dāng)幾種方法結(jié)合起來使用時(shí)，學(xué)生會(huì)對調(diào)速過程中的加速、減速產(chǎn)生很大的困擾。這就要求我們教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在了解各類調(diào)速的方法基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步深入了解各類調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。在條件允許的情況下，應(yīng)組織學(xué)生在實(shí)訓(xùn)車間進(jìn)行實(shí)際操作，通過實(shí)際操作親身體會(huì)各類調(diào)速方法的實(shí)際效果和局限性，特別是改變電樞回路電阻調(diào)速和削弱磁場調(diào)速，這兩種調(diào)速方法因技術(shù)要求較高，學(xué)生在理論學(xué)習(xí)時(shí)就很難理解，在實(shí)訓(xùn)車間實(shí)習(xí)時(shí)有時(shí)也很難通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)其調(diào)速過程，這就要求實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師在指導(dǎo)時(shí)應(yīng)有側(cè)重點(diǎn)，對于較難掌握的兩種調(diào)速方法應(yīng)重點(diǎn)指導(dǎo)，特別是削弱磁場調(diào)速，在添加阻磁材料時(shí)應(yīng)特別提醒學(xué)生注意，控制磁通量不得小于額定磁通量的一半，既轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速的兩倍，以避免事故的發(fā)生。

4 總結(jié)

通過近幾年來的教學(xué)實(shí)踐，理論+操作已被證明是提高學(xué)習(xí)效率的有效途徑之一，特別是對于職業(yè)院校的學(xué)生，理論學(xué)習(xí)可能并不是他們的長處，但動(dòng)手能力強(qiáng)正是他們的優(yōu)點(diǎn)，而目前就業(yè)市場上對于既有理論知識(shí)又能實(shí)際操作的就業(yè)人員缺口很大，待遇也水漲船高。這也正是職業(yè)院校區(qū)別于普通高校，職業(yè)院校的學(xué)生提高社會(huì)認(rèn)知度和實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的有利條件。

參考文獻(xiàn)：

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[2]于長官.自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用[M].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

作者簡介：閔寧（1979-），男，黑龍江巴彥人，本科，講師，研究方向：工業(yè)電氣自動(dòng)化控制。