1.1 直流电动机的调速方法

他励直流电动机的电气符号与稳态运行时的等效电路如图1-1所示。

直流电动机的绕组包括电枢绕组和励磁绕组。励磁绕组上加直流励磁电压Uf，产生电动机工作所需的磁通Φ，电枢绕组加电枢电压Ud，电枢绕组中有电流Id，通电直导线在磁场中受力，带动电动机电枢旋转。通常情况下励磁电压不变，通过调节电枢电压的大小来改变电动机转速。只要电枢电压Ud和励磁电压Uf二者之一的极性发生改变，电动机的转向就随之而变。

电动机稳定运行时的等效电路如图1-1（b）所示，E为电枢绕组产生的感应电势，其大小与电动机的转速n成正比；Ra为电枢的电阻。由等效电路不难得出

整理可得直流电动机转速表达式（即机械特性方程）为

式中，，称为理想空载转速；

，为负载电流引起的转速降。

电动机的转速与5个参数有关，其中Ke为电动机常数，由电动机结构决定；负载电流Id由电动机所带负载决定。所以改变他励直流电动机的转速有3种方法：改变电枢电压Ud、改变电枢回路电阻R、改变磁通Φ。通常只改变1个参数，其他参数只保持额定值或固定值。

1.1.1 调压调速

通过改变电枢电压来改变电动机转速的方法称为调压调速。其对应的机械特性方程为

因为电动机的电枢电压一般以额定电压为上限值，所以电枢电压只能在额定值以下变化。由机械特性方程可知，当电枢电压Ud取不同的值时，对应的理想空载转速改变，机械特性的硬度（或斜率）不变，机械特性曲线如图1-2所示。

调压调速的特点如下。

（1）电枢电压降低，电动机的转速降低；反之，电枢电压升高，电动机的转速升高。

（2）电枢电压最大值为额定电压，转速最高值为额定转速。

（3）机械特性的硬度不变，即机械特性是一组平行的斜线。

由于获得的机械特性硬度大，调速精度较高，所以调压调速在直流调速系统中应用广泛。

1.1.2 串电阻调速

串电阻调速是在电动机电枢回路串入电阻来改变电动机的转速。其机械特性方程为

串入电阻的阻值越大，机械特性曲线的斜率越大，即倾斜度越大，转速降∆n越大，特性硬度变得越软，但理想空载转速不变，机械特性如图1-3所示。

串电阻调速的特点如下。

① 电枢回路电阻增大，电动机转速降低，得到的转速小于额定转速。

② 机械特性曲线具有相同的理想空载转速n0。

③ 特性的硬度随着串入电阻增大而变软。

由于硬度较软，调速精度较低，所以串电阻调速在调速系统中应用较少。

1.1.3 弱磁调速

由于直流电动机的额定磁通接近于工作磁通的饱和值，通过改变磁通来调速只能在小于额定磁通的范围内调节，故称为弱磁调速。弱磁调速对应的机械特性方程为

磁通减小时，机械特性曲线的理想空载转速升高，斜率增大，特性曲线的硬度变软，机械特性曲线如图1-4所示。

弱磁调速的特点如下。

（1）可获得高于额定值的转速，磁通Φ越小，转速越高。

（2）随着磁通减小，理想空载转速n0升高。

（3）磁通减小，特性的硬度变软。

由于其硬度软，调速精度不高，所以弱磁调速一般不单独使用，有时可与调压调速结合，用于获得高于额定值的转速。

以上3种调速方式中，最常用的是调压调速。在不做特殊说明的情况下，直流调速均指的是调压调速。