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直流电动机调速方法分析

作者：闵宁

来源：《山东工业技术》2015年第17期

（烟台工贸技师学院，山东 烟台 264003）

摘 要：本文主要讨论了在职业院校自动控制技术课程中讲授直流电动机的调速原理及方法，并针对目前职业院校在校学生的知识结构和认知水平分析了在实际教学活动中所应采取的方法。该方法经过作者几年来在实际教学过程中的实验，取得了良好效果。 关键词：自动控制技术教学;直流电动机调速;电枢回路 0 前言

《自动控制技术》是全国高等职业技术院校电气维修专业教材，供各类高职院校、技师学院、高级技校相关专业使用，其中直流电动机调速系统的调速原理、系统特征以及系统分析是自动控制技术学习的重点内容。

直流电动机具有良好的起、制动性能，适宜于在大范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动领域中有着广泛的应用。因此，教授学生学习直流电动机的调速原理及方法具有积极的现实意义。

通过电力拖动课程的学习我们已经知道，直流电动机的速度N=（U-IaRa）/KeФ。通过数学知识我们知道，只需改变此公式中的任一项就可改变直流电动机的转速。下面我们逐一进行分析：

1 改变电源电压U

改变电源电压U的大小来改变直流电动机的转速是最显而易见的调速方法。在生活中我们都有这样的生活经验，输入电压越高，电动机的转速就越大，输入电压越低，电动机的转速就越低。

此种调速方法的优点是调速范围宽广，可以从低速一直调到额定转速，速度变化平滑，通常称为无极调速。调速过程中没有附加能量损耗。电压降低后，机械特性硬度不变，稳定性好。

但此类方法的缺点也是显而易见的。首先要获得可调的直流电压就需要安装三相异步电动机拖动直流他励发电机，由发电机产生直流电压供给直流电动机进行工作。那么在这个系统中就至少需要有三台容量相当的交流电动机、直流发电机和和直流电动机。同时这些设备在工

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作时耗电较大，噪音及干扰也较大。同时为安全起见，此类调速方法电压只能从0调至额定电压，转速从0调制额定转速，无法再调高（因端电压不能超过额定电压）。 2 改变电枢回路电阻

直流电动机速度公式中的第二项，即IaRa可以理解为电动机电枢回路电阻因发热、振动、摩擦等因素而损耗掉的部分输入电压。因此我们只需要改变电枢回路中的电阻即可实现调速的目的。

此类方法的优点是：所需设备较简单，成本低，在小功率直流电动机中用的较多。 此类方法的缺点是：因只能在电枢回路中增加电阻，无法减小电阻，此方法只能用来降低直流电动机的转速。而且此调速为有级调速。特性曲线较软，负载变动时，电动机转速变化较大。同时因为增加了电阻也就增加了能量损耗，经济性能变差。 3 削弱磁场

直流电动机速度公式分母中的KeФ为电动机在额定磁通下的电动势转速比。其中Ke为电动机常数，在不改变电动机内部结构的前提下Ke保持不变，因此我们只能通过改变Ф，即电动机励磁回路的磁通量来改变直流电动机的转速。我们可以通过在电动机励磁回路中添加阻磁材料的方法减小电动机励磁回路的磁通量，即削弱磁场，从而改变电动机的转速。 此类方法的优点是：调速在励磁回路中进行，功率较小，能量损耗小、控制方便。同时可以做到平滑的无级调速。

缺点是：因为只能削弱磁场，因此转速只能从额定转速往上调，不能再额定转速一下调速。调速范围较窄，而且当磁通减少太多时，由于电枢磁场对主磁场的影响加大而使电动机换向困难，火花较大。此外，在使用此类调速方法时还必须考虑到电枢机械强度的影响，最高转速应控制在两倍额定转速的范围内。

三种调速方法各有优缺点，在实际工作环境中常常将两种以上的方法结合起来使用。在教学过程我们发现，在理论课堂上学生对于每种调速方法的名称及原理都能比较好的掌握，但对于每种调速方法的优缺点及适用场合掌握的不够，特别是当几种方法结合起来使用时，学生会对调速过程中的加速、减速产生很大的困扰。这就要求我们教师应引导学生在了解各类调速的方法基础上，更进一步深入了解各类调速方法的优缺点和适用范围。在条件允许的情况下，应组织学生在实训车间进行实际操作，通过实际操作亲身体会各类调速方法的实际效果和局限性，特别是改变电枢回路电阻调速和削弱磁场调速，这两种调速方法因技术要求较高，学生在理论学习时就很难理解，在实训车间实习时有时也很难通过实验实现其调速过程，这就要求实习指导教师在指导时应有侧重点，对于较难掌握的两种调速方法应重点指导，特别是削弱磁场调速，在添加阻磁材料时应特别提醒学生注意，控制磁通量不得小于额定磁通量的一半，既转速不得超过额定转速的两倍，以避免事故的发生。

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4 总结

通过近几年来的教学实践，理论+操作已被证明是提高学习效率的有效途径之一，特别是对于职业院校的学生，理论学习可能并不是他们的长处，但动手能力强正是他们的优点，而目前就业市场上对于既有理论知识又能实际操作的就业人员缺口很大，待遇也水涨船高。这也正是职业院校区别于普通高校，职业院校的学生提高社会认知度和实现自我价值的有利条件。 参考文献：

[1]肖建章.自动控制技术[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2004. [2]于长官.自动控制技术及应用[M].黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，2007.

作者简介：闵宁（1979-），男，黑龙江巴彦人，本科，讲师，研究方向：工业电气自动化控制。