直流電動機調(diào)速方法分析

（煙臺工貿(mào)技師學院，山東 煙臺 264003）

摘 要：本文主要討論了在職業(yè)院校自動控制技術課程中講授直流電動機的調(diào)速原理及方法，并針對目前職業(yè)院校在校學生的知識結構和認知水平分析了在實際教學活動中所應采取的方法。該方法經(jīng)過作者幾年來在實際教學過程中的實驗，取得了良好效果。

關鍵詞：自動控制技術教學;直流電動機調(diào)速;電樞回路

0 前言

《自動控制技術》是全國高等職業(yè)技術院校電氣維修專業(yè)教材，供各類高職院校、技師學院、高級技校相關專業(yè)使用，其中直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理、系統(tǒng)特征以及系統(tǒng)分析是自動控制技術學習的重點內(nèi)容。

直流電動機具有良好的起、制動性能，適宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機、礦井卷揚機、挖掘機、海洋鉆機、造紙機、高層電梯等需要高性能可控電力拖動領域中有著廣泛的應用。因此，教授學生學習直流電動機的調(diào)速原理及方法具有積極的現(xiàn)實意義。

通過電力拖動課程的學習我們已經(jīng)知道，直流電動機的速度N=（U-IaRa）/KeФ。通過數(shù)學知識我們知道，只需改變此公式中的任一項就可改變直流電動機的轉速。下面我們逐一進行分析：

1 改變電源電壓U

改變電源電壓U的大小來改變直流電動機的轉速是最顯而易見的調(diào)速方法。在生活中我們都有這樣的生活經(jīng)驗，輸入電壓越高，電動機的轉速就越大，輸入電壓越低，電動機的轉速就越低。

此種調(diào)速方法的優(yōu)點是調(diào)速范圍寬廣，可以從低速一直調(diào)到額定轉速，速度變化平滑，通常稱為無極調(diào)速。調(diào)速過程中沒有附加能量損耗。電壓降低后，機械特性硬度不變，穩(wěn)定性好。

但此類方法的缺點也是顯而易見的。首先要獲得可調(diào)的直流電壓就需要安裝三相異步電動機拖動直流他勵發(fā)電機，由發(fā)電機產(chǎn)生直流電壓供給直流電動機進行工作。那么在這個系統(tǒng)中就至少需要有三臺容量相當?shù)慕涣麟妱訖C、直流發(fā)電機和和直流電動機。同時這些設備在工作時耗電較大，噪音及干擾也較大。同時為安全起見，此類調(diào)速方法電壓只能從0調(diào)至額定電壓，轉速從0調(diào)制額定轉速，無法再調(diào)高（因端電壓不能超過額定電壓）。

2 改變電樞回路電阻

直流電動機速度公式中的第二項，即IaRa可以理解為電動機電樞回路電阻因發(fā)熱、振動、摩擦等因素而損耗掉的部分輸入電壓。因此我們只需要改變電樞回路中的電阻即可實現(xiàn)調(diào)速的目的。

此類方法的優(yōu)點是：所需設備較簡單，成本低，在小功率直流電動機中用的較多。

此類方法的缺點是：因只能在電樞回路中增加電阻，無法減小電阻，此方法只能用來降低直流電動機的轉速。而且此調(diào)速為有級調(diào)速。特性曲線較軟，負載變動時，電動機轉速變化較大。同時因為增加了電阻也就增加了能量損耗，經(jīng)濟性能變差。

3 削弱磁場

直流電動機速度公式分母中的KeФ為電動機在額定磁通下的電動勢轉速比。其中Ke為電動機常數(shù)，在不改變電動機內(nèi)部結構的前提下Ke保持不變，因此我們只能通過改變Ф，即電動機勵磁回路的磁通量來改變直流電動機的轉速。我們可以通過在電動機勵磁回路中添加阻磁材料的方法減小電動機勵磁回路的磁通量，即削弱磁場，從而改變電動機的轉速。

此類方法的優(yōu)點是：調(diào)速在勵磁回路中進行，功率較小，能量損耗小、控制方便。同時可以做到平滑的無級調(diào)速。

缺點是：因為只能削弱磁場，因此轉速只能從額定轉速往上調(diào)，不能再額定轉速一下調(diào)速。調(diào)速范圍較窄，而且當磁通減少太多時，由于電樞磁場對主磁場的影響加大而使電動機換向困難，火花較大。此外，在使用此類調(diào)速方法時還必須考慮到電樞機械強度的影響，最高轉速應控制在兩倍額定轉速的范圍內(nèi)。

三種調(diào)速方法各有優(yōu)缺點，在實際工作環(huán)境中常常將兩種以上的方法結合起來使用。在教學過程我們發(fā)現(xiàn)，在理論課堂上學生對于每種調(diào)速方法的名稱及原理都能比較好的掌握，但對于每種調(diào)速方法的優(yōu)缺點及適用場合掌握的不夠，特別是當幾種方法結合起來使用時，學生會對調(diào)速過程中的加速、減速產(chǎn)生很大的困擾。這就要求我們教師應引導學生在了解各類調(diào)速的方法基礎上，更進一步深入了解各類調(diào)速方法的優(yōu)缺點和適用范圍。在條件允許的情況下，應組織學生在實訓車間進行實際操作，通過實際操作親身體會各類調(diào)速方法的實際效果和局限性，特別是改變電樞回路電阻調(diào)速和削弱磁場調(diào)速，這兩種調(diào)速方法因技術要求較高，學生在理論學習時就很難理解，在實訓車間實習時有時也很難通過實驗實現(xiàn)其調(diào)速過程，這就要求實習指導教師在指導時應有側重點，對于較難掌握的兩種調(diào)速方法應重點指導，特別是削弱磁場調(diào)速，在添加阻磁材料時應特別提醒學生注意，控制磁通量不得小于額定磁通量的一半，既轉速不得超過額定轉速的兩倍，以避免事故的發(fā)生。

4 總結

通過近幾年來的教學實踐，理論+操作已被證明是提高學習效率的有效途徑之一，特別是對于職業(yè)院校的學生，理論學習可能并不是他們的長處，但動手能力強正是他們的優(yōu)點，而目前就業(yè)市場上對于既有理論知識又能實際操作的就業(yè)人員缺口很大，待遇也水漲船高。這也正是職業(yè)院校區(qū)別于普通高校，職業(yè)院校的學生提高社會認知度和實現(xiàn)自我價值的有利條件。

參考文獻：

[1]肖建章.自動控制技術[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2004.

[2]于長官.自動控制技術及應用[M].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2007.

作者簡介：閔寧（1979-），男，黑龍江巴彥人，本科，講師，研究方向：工業(yè)電氣自動化控制。