调速系统的关键指标与优化

在选择和评价某种调速系统时，应考虑下列指标：调速范围、调速的稳定性及静差度、调速的平滑性、调速的负载能力、经济性等。

1.技术指标

（1）调速范围。调速范围是指在一定的负载转矩下，电动机可能运行的最大转速nmax与最小转速nmin之比，即

近代机械设备制造的趋势是力图简化机械结构，减少齿轮变速机构，从而要求拖动系统能具有较大的调速范围。不同生产机械要求的调速范围是不同的，例如车床D=20～120，龙门刨床D=10～40，机床的给进机构D=5～200，轧钢机D=3～120，造纸机D=3～20等。

电力拖动系统的调速范围，一般是机械调速和电气调速配合起来实现的。那么，系统的调速范围就应该是机械调速范围与电气调速范围的乘积。在这里，主要研究电气调速范围。在决定调速范围时，需要使用计算负载转矩下的最高和最低转速，但一般计算负载转矩大致等于额定转矩，所以可取额定转矩下的最高和最低速度的比值作为调速范围。

由式（6-46）可见，要扩大调速范围，必须设法尽可能地提高nmax与nmin。但电动机的nmax受其机械强度、换向等方面的限制，一般在额定转速以上，转速提高的范围是不大的。而降低nmin受低速运行时的相对稳定性的限制。

（2）调速的相对稳定性和静度差。所谓相对稳定性，是指负载转矩在给定的范围内变化时所引起的速度的变化，它决定与机械特性的斜率。斜率大的机械特性在发生负载波动时，转速变化较大，这要影响到加工质量及生产率。

生产机械对机械特性的相对稳定性的程度是有要求的。如果低速时机械特性较软，相对稳定性较差，转速就不稳定，负载变化，电动机转速可能变得接近于零，甚至可能使生产机械停下来。因此，必须设法得到低速硬特性，以扩大调速范围。

静差度（又称静差率）是指当电动机在一条机械特性上运行时，由理想空载到满载时的转速降落Δn与理想空载转速n0的比值，用百分数表示，即

在一般情况下，取额定转矩下的速度落差ΔnN，有

静差度的概念和机械特性的硬度很相似，但又有不同之处。两条互相平行的机械特性，硬度相同，但静差率不同。例如高转速时机械特性的静差度与低转速时机械特性的静差度相比较，在硬度相等的条件下，前者较小。同样硬度的特性，转速愈低，静差率愈大，愈难满足生产机械对静差率的要求。

由式（6-48）可以看出，在n0相同时，斜率愈大，静差度愈大，调速的相对稳定性愈差；在斜率相同的条件下，n0愈低，静差度愈大，调速的相对稳定性愈差。显然，电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，相对稳定性就愈高。(www.xing528.com)

生产机械调速时，为保持一定的稳定程度，要求静差度小于某一允许值。不同的生产机械，其允许的静差度是不同的，例如普通车床可允许δ≤30%，有些设备上允许δ≤50%，而精度高的造纸机则要求δ≤0.1%。

（3）调速的平滑性。调速的平滑性是指在一定的调速范围内，相邻两级速度变化的程度，用平滑系数K表示，即

式中：ni和ni-1是指相邻两级，即i级与i-1级的速度。

这个比值愈接近于1，调速的平滑性愈好。在一定的调速范围内，可能得到的调节转速的级数愈多，则调速的平滑性愈好，最理想的是连续平滑调节的“无级”调速，其调速级数趋于无穷大。

（4）调速时的容许输出。调速时的容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上能够输出的功率和转矩。对于不同类型的电动机采用不同的调速方法时，容许输出的功率与转矩随转速变化的规律是不同的。

另外，电动机稳定运行时的实际输出的功率与转矩是由负载的需要来决定的。在不同的转速下，不同的负载需要的功率P2与转矩T2也是不同的，应该使调速方法适应负载的要求。

2.经济指标

在设计选择调速系统时，不仅要考虑技术指标，而且要考虑经济指标。调速的经济指标决定于调速系统的设备投资及运行费用，而运行费用又决定于调速过程的损耗，它可用设备的效率η来说明，即

式中：P2是指电动机轴上的输出功率；Δp是指调速时的损耗功率。

各种调速方法的经济指标极为不同，例如，直流他励电动机电枢串电阻的调速方法经济指标较低，因电枢电流较大，串接电阻的体积大，所需投资多，运行时产生大量损坏，效率低。而弱磁调速方法则经济的多，因励磁电流较小，励磁电路的功率仅为电枢电路功率的1%～5%。总之，在满足一定的技术指标下，确定调速方案时，应力求设备投资少，电能损耗小，而且维修方便。