电动机调速负载能力及性质配合分析

电动机调速时的负载能力是调速的基本指标之一，本节专门对它进行讨论。

1.电动机调速时的负载能力

电动机的负载能力，显然是指电动机带动负载能力的高低，具体而言，是在合理运用电动机的前提条件下，电动机所能输出的转矩和功率的大小。

以直流他励电动机为例，在不同的调速方式下，其在调速过程中电动机的负载能力的变化规律是不同的。

（1）电枢回路串接电阻调速时的负载能力。采用改变直流电动机电枢电路外串电阻的调速方法时，因为励磁电流不变，允许的电动机连续长期工作电枢电流不变，所以输出转矩也不变，其连续长期允许的最大电磁转矩和转速的关系如图6-11所示。在图中，每条特性上的A、B、C、D点的转矩，是连续长期工作时依发热条件允许的最大电磁转矩。这个转矩其实就是电动机铭牌上的额定电磁转矩TN，采用这种调速方法，在调速时额定电磁转矩不变，是恒定的，故称为恒转矩调速。

应当注意，在图6-11中，如果电动机连续长期工作在大于TN的转矩下，依照发热条件其温升将超过允许值，所以在大于TN转矩下连续长期工作是不允许的。

图6-11　电枢串电阻恒转矩调速

图6-12　改变电源电压恒转矩调速

又如采用改变电动机电枢两端的电压调速方法时，其允许的电枢电流和磁通也都未改变，因而允许的连续长期输出转矩也是不变的。所以这类调速方法也是属于恒转矩调速，如图6-12所示。

恒转矩调速方法适合于拖动恒转矩负载，即在整个调速范围内，电动机的转矩满足生产机械的要求，而且也都得到充分利用，还不浪费。

图6-13　改变磁通恒功率调速

（2）改变磁通调速时的负载能力。采用改变直流电动机主磁通的调速方法时，通常情况下，其转速随磁通减小而增高。而由输出的电磁转矩公式Tem=CTΦIa可知，因为Φ减小，势必Ia增大。但连续长期工作的电动机的电枢电流根据发热条件是受限制的，所以电枢电流不能超过额定电流。故电动机输出的转矩，随着磁通Φ地减小而减小，即随着转速升高，输出的连续长期工作转矩要比额定转矩小。图6-13中的曲线1、2、3，其输出的连续长期允许最大转矩为A、B、C点的转矩。可见，随着转速升高，其允许的输出转矩减小。因为Pem=Temn，所以输出功率不变，故称为恒功率调速。

恒功率调速方法适合于拖动恒功率调速负载。因为采用这种方法在整个调速范围内，不仅电动机的转矩能满足生产机械转矩的要求，而且电动机的容量也会得到充分的利用。(www.xing528.com)

综上讨论可知，当为生产机械选择电力拖动方案时，最好能使电动机在调速过程中和整个调速范围内，其连续长期允许的电动机输出转矩与生产机械的负载转矩的调速性能相适应。

2.电动机调速的负载能力与负载性质的配合

电动机调速时容许输出的转矩及功率，只是表示电动机所具备的负载能力，并不是电动机的实际输出的转矩和功率。电动机的实际输出取决于负载性质。而调速方式不同，其负载能力亦不同。这样，在不同的调速方式下，从合理运用电动机负载能力的角度出发，存在着调速方式与负载性质互相配合的问题。即在某种调速方式下，电动机所具备的负载能力，与由负载性质决定的电动机实际输出如果相等，无疑电动机得到了合理运用。

生产机械在调速过程中也有不同的性质。例如，起重机具有恒转矩的调速性质；车床主轴在调速过程中，切削速度和切削力的乘积给出不变的功率，即恒功率的调速性质。此外，还有其他类型的调速性质。

根据对电动机调速时的负载能力的分析可知，恒转矩调速方法适合于拖动恒转矩负载，恒功率调速方法适合于拖动恒功率负载。下面从正反两方面来说明这个道理。

先看一个选配不当的例子。如果选择恒转矩调速的电动机拖动去配恒功率负载，则如图6-14所示。

在转速nx以上，电动机的转矩没有充分利用，因为负载转矩减小很多，但电动机的转矩仍能保持恒定不变，因此电动机的转矩没有得到充分发挥。如果按照最高转速时的负载转矩来选配电动机的转矩时，如图6-14所示。显而易见，电动机只在最高转速时可以工作，在其他任何转速下都拖不动负载，因为电动机容量远远不够，因此这样选择的电动机系统便不能工作。

图6-14　电动机恒转矩调速配恒功率负载

图6-15　电动机恒转矩调速配恒功率负载

图6-16　电动机的调速转矩与负载一致

又若负载转矩为恒转矩负载，而选配了恒功率调速的电动机时，同样会因为类似的原因使系统不能工作。

下面再看一个选配恰当的例子。如图6-15所示，即负载在nx以下为恒转矩调速负载，而在nx以上为恒功率调速负载。如果选配电动机也是在nx以下用调节电动机电枢两端的电压方法调速，其允许的连续长期输出转矩恒定不变；而当在nx以上时，则调节电动机主磁通，其允许的连续长期工作转矩为恒功率性质。这样就选配得合适，既能满足生产要求，又能充分利用电动机容量。

当然，应当指出，具体从事工程设计时，除考虑特性的合理配合外，还应当从控制拖动系统的设备投资和电动机价格方面进行技术经济的综合分析。