直流电机的调速

以下关系式给出了直流电机的转速

上述公式表明，转速取决于电源电压 V、电枢电路电阻 R_a 和磁场电流产生的磁通量 Ф。 在实践中，这三个因素的变化用于速度控制。 因此，直流电机有三种常用的调速方法。

1. 电枢回路中的电阻变化：这种方法称为电枢电阻控制或变阻器控制。
2. 磁通量 Ф 的变化
   这种方法称为磁通量控制。
3. 施加电压的变化。
   这种方法也称为电枢电压控制。

1. 电枢电阻控制（变阻器控制）

图：（a）通过电枢电阻控制直流并励电机的速度控制。
（b）通过电枢电阻控制直流串励电机的速度控制。

在这种方法中，一个可变串联电阻 R_e 接入电枢电路中。 上图 (a) 显示了并励电机的连接过程。 在这种情况下，励磁绕组直接连接到电源，因此磁通量 Ф 不受 R_e 变化的影响。

图 (b) 显示了在直流串励电机电枢电路中连接外部电阻 R_e 的方法。 在这种情况下，电流以及磁通量受到电枢电路电阻变化的影响。

R_e 中的电压降降低了施加到电枢的电压，因此降低了转速。

这种方法有以下缺点

1. 在外部电阻 R_e 中，会浪费大量功率。
2. 控制仅限于给出低于正常的转速，并且无法通过此方法获得转速的增加。
3. 对于给定的 R_e 值，转速降低不是恒定的，而是随着电机负载而变化。

这种方法仅适用于小型电机。

2. 磁通量 Ф 的变化（磁通量控制）

由于励磁电流产生磁通量，如果我们控制励磁电流，则可以控制转速。 在并励电机中，可以通过将可变电阻 R_c 与并励绕组串联来控制转速。 在下图中，电阻 R_c 称为并励调节器。

图：（a）通过改变磁通量来控制直流并励电机的速度。
（b）与直流串励电机串联的分流器。

给出了并励电流

以下任一种方法都可以改变串励电机的励磁电流

• 一个可变电阻 R_d 与串励绕组并联。 并联连接的电阻称为分流器。 主电流的一部分通过 R_d 分流。
• 第二种方法使用抽头励磁控制。

这里，通过改变励磁绕组的匝数来改变安匝数。 这种布置用于电力牵引。

图：直流电机上的抽头串联励磁绕组

磁场控制的优点如下

• 这是一种简单方便的方法。
• 并励绕组的功率损耗很小，因为并励电流 I_sh 非常小。

3. 电枢电压控制

我们可以通过改变施加到电枢的电压来控制直流电机的速度。 沃德-伦纳德系统的调速就是基于电枢电压控制的原理。 在该系统中，M 是需要控制转速的主直流电机，G 是一个单独激磁的直流发电机。 发电机 G 由三相驱动电机驱动，该电机可以是感应电机或异步电机。 交流驱动电机和直流发电机的组合称为电机-发电机 (M-G) 组。

图：沃德-伦纳德驱动

沃德-伦纳德驱动的优点

1. 这种驱动器可以在很宽的范围内平稳地控制直流电机的速度。
2. 它具有固有的再生制动能力。
3. 通过使用过励同步电机作为直流发电机的驱动器，可以补偿设备的滞后无功伏安。 因此，设备的整体功率因数得到提高。

传统沃德-伦纳德系统的缺点

1. 由于使用了与主直流电机额定值相同的两台附加机器（M-G 组），其初始成本很高。
2. 它具有较大的尺寸和重量。
3. 它需要更多的占地面积和昂贵的基础设施。
4. 需要非常频繁的维护。
5. 由于效率较低，因此损耗较高。
6. 它的驱动产生更多的噪音。