调速控制电路的设计与应用

直流电动机是一种调速性能较好的电动机，与异步电动机相比，它调速范围更宽，能够实现无级调速，所以在一些对调速要求高的机械设备中，常采用直流电动机作为动力源。

直流电动机调速有三种方式：一是电枢绕组回路串接电阻调速；二是改变励磁绕组的励磁磁场调速；二是改变电枢绕组电压来调速。

1.电枢绕组回路串接电阻调速控制电路

电枢绕组回路串接电阻调速控制电路如图8-15所示。RP为调速变阻器，它与电枢绕组串接在一起，当RP阻值增大时，RP两端的电压增大，由于电源电压不变，故电枢绕组两端的电压下降，电动机转速下降；当RP阻值减小时，电枢绕组两端的电压增大，电动机转速升高。

电枢绕组回路串接电阻调速方法只能将电动机转速调低，无法将转速调高（不会超过额定转速）。另外，电动机工作时电枢绕组流过的电流比较大，而调速变阻器又与电枢绕线串联，故在变阻器上有很大的能量损耗，且转速易受负载影响，稳定性差。但由于这种调速方法操作方便、设备简单，因此对于功率不大、工作时间短、要求不高的设备常采用这种调速方法，如电池吊车、铲车，电池搬运车等设备中的直流电动机广泛采用这种调速方法。

图8-15 电枢绕组回路串接电阻调速控制电路

2.改变励磁磁场调速控制电路

改变励磁磁场调速控制电路如图8-16所示。RP为调速变阻器，它与励磁绕组串接在一起，当RP阻值增大时，流过励磁绕组的电流减小，励磁绕组产生的磁场变弱，磁通量减小，电动机转速升高；当RP阻值减小时，励磁绕组的磁通量增加，电动机转速降低。

由于电动机励磁绕组的电流很小，约为电枢绕组电流的3%～5%，故调速变阻器的能量损耗较小。并励直流电动机在额定条件运行时，励磁磁场基本饱和，很难通过增强励磁磁场来降速，只能通过减弱磁场来提速，故这种调速方法又称弱磁调速，但不能将转速过于调高，否则易出现电动机振动过大和“飞车”事故。

图8-16 改变励磁磁场调速控制电路

3.改变电枢绕组电压调速控制电路

若采用改变电枢绕组电压的方法来调速，则需要为电枢绕组提供独立可调的直流电源，这种方法适用于他励直流电动机（或接成他励式的并励直流电动机）。在一些生产设备中，常采用直流发电机产生直流电压提供给他励直流电动机作为电枢绕组电源，组成直流发电机—电动机拖动系统（简称为G-M系统），来实现通过改变电枢绕组电压调速。

图8-17所示为一种较典型的直流发电机—电动机拖动系统电路。M2为三相交流异步电动机，G2为并励直流发电机，G1为他励直流发电机，M1为他励直流电动机。发电机与电动机结构基本相同，而不同在于电动机的电枢绕组通电后会运转，将电能转换成机械能，而发电机的电枢绕组在外力驱动运转时，会输出电压，将机械能转换成电能。

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图8-17 一种较典型的直流发电机—电动机拖动系统电路

电路工作过程分析如下：

1）起动准备。

电动机M2通电后运转，带动发电机G2、G1同步转动，发电机G2运转后，其旋转的电枢绕组切割定子铁心磁场（定子铁心本身具有一定的剩磁）会输出较低电压，该电压送给自身的励磁绕组A2，增强励磁磁场，由于励磁磁场的增强，G2输出电压增大，如此循环，G2电枢绕组输出的电压U₂很快达到额定值。U₂电压除了供给励磁绕组A2外，还作为电源提供给控制电路和电动机M1的励磁绕组。

2）正向起动运行控制。

发电机G1的励磁绕组A1的电感量很大，A1的电流由小增大有一段时间，在A1电流增大的过程中，发电机G1的电枢绕组输出电压也逐渐上升，该逐渐上升的电压送给电动机M1的电枢绕组，电动机M1转速慢慢升高，实现逐渐升压平滑起动。

3）调速控制。电动机M1有两种调速方法：一是通过调节变阻器R改变励磁磁场来调速；二是通过调节变阻器R₁改变电枢绕组电压来调速。

当R阻值增大时，通过电动机M1励磁绕组A的电流减小，励磁磁场减弱，电动机M1转速加快；反之，R阻值减小，电动机转速变慢。

当R₁阻值增大时，通过发电机G1励磁绕组A1的电流减小，A1产生的励磁磁场减弱，发电机G1的电枢绕组输出电压下降，电动机M1电枢绕组电压也下降，M1的转速变慢；反之，R₁阻值减小，电动机转速变快。

4）停转制动控制。

电动机M1的反向起动运行、调速和停转控制与正向控制基本相同，这里不再叙述。

直流发电机—电动机拖动系统电路调速性能好，并具有良好的起动、调速、制动控制性能，因此广泛用在龙门刨床、轧钢机和重型镗床等设备中，但这种系统也有一些缺点，如电动机多、设备费用高、效率低等。