直流并励电动机的速度控制是什么？

直流并励电动机的速度由下式给出：

$$\mathrm{𝑁 \varpropto\frac{𝐸_{𝑏}}{\varphi}}$$

$$\mathrm{⇒ 𝑁 = 𝐾 (\frac{𝑉 − 𝐼_{𝑎}𝑅_{𝑎}}{\varphi})\: … (1)}$$

从公式（1）可以清楚地看出，直流并励电动机的速度可以通过两种方法改变：

• 磁通控制法
• 电枢电阻控制法

磁通控制法

磁通控制法基于以下原理：通过改变磁通ϕ，可以改变直流并励电动机的速度。

$$\mathrm{𝑁 \varpropto\frac{1}{\varphi}}$$

在这种方法中，一个可变电阻（称为励磁调节器）与并励绕组串联连接。通过增加励磁调节器的电阻，可以降低并励电流Ish，从而降低磁通。因此，通过磁通控制法，只能将直流并励电动机的速度提高到额定速度以上。

磁通控制法常用于直流并励电动机的速度控制，因为它是一种简单且廉价的方法。

优点

用于直流并励电动机速度控制的磁通控制法具有以下优点：

• 这是一种简单方便的方法。
• 这是一种廉价的方法，因为由于I_sh值小，励磁调节器中的功率损耗也小。
• 使用磁通控制法进行的速度控制与机器上的负载无关。

缺点

以下是磁通控制法的缺点：

• 通过这种方法，只能获得高于额定速度的速度，因为励磁电路的总电阻不能低于并励绕组电阻（R_sh）。
• 在磁通控制方法中，可获得的最大速度是有限制的，因为如果磁通减弱太多，换向就会变差。

电枢电阻控制法

电枢电阻控制法基于以下原理：通过改变电枢两端的电压，可以改变电动机的反电动势，进而改变并励电动机的速度。

在这种方法中，一个可变电阻RC（称为控制电阻）与电枢串联连接。

直流并励电动机的速度由下式给出：

$$\mathrm{N \varpropto E_{b}}$$

此外，

$$\mathrm{𝐸_{𝑏} = 𝑉 − 𝐼_{𝑎}(R_{a} + 𝑅_{𝐶})}$$

因此，由于控制电阻中的电压降，反电动势降低，从而降低了电动机的速度。使用电枢电阻控制法可以获得的最大速度是对应于R_C = 0的速度，即额定速度。因此，通过这种方法只能获得低于额定速度的速度。

缺点

电枢电阻控制法具有以下缺点：

• 由于控制电阻承载全部电枢电流，因此有大量的功率在控制电阻中浪费。
• 电动机的输出和效率降低。
• 这种速度控制方法会导致速度调节不良。
• 速度随负载的变化而变化，因为速度取决于控制电阻上的电压降，进而取决于负载所需的电枢电流。

数值例子

一台250 V直流并励电动机，电枢电阻为0.3 Ω，电枢电流为60 A，转速为800 RPM。如果通过励磁调节器将磁通降低15%。求电动机的转速，假设负载转矩保持不变。

解决方案

情况1 - 正常情况：

$$\mathrm{𝑁_{1} = 800 RPM ; \:𝐼_{𝑎1} = 60 A}$$

$$\mathrm{\therefore 𝐸_{𝑏1} = 𝑉 − 𝐼_{𝑎1}R_{a} = 250 − (50 × 0.3) = 235 V}$$

情况2 - 磁通降低15%后的最终情况：

$$\mathrm{\varphi_{2} = 0.85\varphi_{2}}$$

$$\mathrm{⇒\frac{\varphi_2}{\varphi_1}= 0.85}$$

由于负载转矩保持恒定，因此：

$$\mathrm{\varphi_{1}𝐼_{𝑎1} = \varphi_{2}𝐼_{𝑎2}}$$

$$\mathrm{⇒ 𝐼_{𝑎2} =\frac{\varphi_1}{\varphi_2} \times 𝐼_{𝑎1} =\frac{1}{0.85} \times 60 = 70.58 A}$$

$$\mathrm{\therefore 𝐸_{𝑏2} = 𝑉 − 𝐼_{𝑎2}R_{a} = 250 − (70.58 × 0.3) = 228.83 V}$$

因此，

$$\mathrm{\frac{𝑁_{2}}{𝑁_{1}}=\frac{𝐸_{𝑏2}}{𝐸_{𝑏1}}\times\frac{\varphi_{1}}{\varphi_2}}$$

$$\mathrm{⇒𝑁_{2}=\frac{228.83}{235}\times\frac{1}{0.85}× 800}$$

$$\mathrm{\therefore\:𝑁_{2}= 916.46 RPM}$$

Manish Kumar Saini

更新于： 2021年8月21日

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