圖1(a) 改變電樞電阻調(diào)速電路 圖1(b) 改變電樞電阻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性
當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，隨著串入的外接電阻Rw的增大，電樞回路總電阻R=(Ra+Rw)增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就降低。其機(jī)械特性如圖1(b)所示。Rw的改變可用接觸器或主令開關(guān)切換來實(shí)現(xiàn)。
這種調(diào)速方法為有級(jí)調(diào)速，調(diào)速比一般約為2：1左右，轉(zhuǎn)速變化率大，輕載下很難得到低速，效率低，故現(xiàn)在已極少采用。
2. 改變電樞電壓調(diào)速
連續(xù)改變電樞供電電壓，可以使直流電動(dòng)機(jī)在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
如前所述，改變電樞供電電壓的方法有兩種，一種是采用發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組供電的調(diào)速系統(tǒng)；另一種是采用晶閘管變流器供電的調(diào)速系統(tǒng)。下面分別介紹這兩種調(diào)速系統(tǒng)。
1. 采用發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組調(diào)速方法
圖2 (a)發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)調(diào)速電路
(b)發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性
如圖2(a)所示，通過改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流IF來改變發(fā)電機(jī)的輸出電壓Ua，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。在不同的電樞電壓Ua時(shí)，其得到的機(jī)械特性便是一簇完全平行的直線，如圖2(b)所示。由于電動(dòng)機(jī)既可以工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，又可以工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，所以改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的方向，如圖2(a)中切換接觸器ZC和FC，就可以使系統(tǒng)很方便地工作在任意四個(gè)象內(nèi)。
由圖可知，這種調(diào)速方法需要兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和另一臺(tái)容量小一些的勵(lì)磁發(fā)電機(jī)(LF)，因而設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝需打基礎(chǔ)、運(yùn)行噪聲大、維護(hù)不方便。為克服這些缺點(diǎn)，50年代開始采用水銀整流器（大容量）和閘流管這樣的靜止交流裝置來代替上述的旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。目前已被更經(jīng)濟(jì)、可靠的晶閘管變流裝置所取代。
2. 采用晶閘管變流器供電的調(diào)速方法
圖3 (a) 晶閘管供電的調(diào)速電路
(b) 晶閘管供電時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性
有晶閘管變流器供電的調(diào)速電路如圖3(a)所示。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。在此調(diào)速方法下可得到與發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)類似的調(diào)速特性。其開環(huán)機(jī)械特性示于圖3(b)中。
圖3(b)中的每一條機(jī)械特性曲線都由兩段組成，在電流連續(xù)區(qū)特性還比較硬，改變延遲角a時(shí)，特性呈一簇平行的直線，它和發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組供電時(shí)的完全一樣。但在電流斷續(xù)區(qū)，則為非線性的軟特性。這是由于晶閘管整流器在具有反電勢(shì)負(fù)載時(shí)電流易產(chǎn)生斷續(xù)造成的。
變電樞電壓調(diào)速是直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最廣的一種調(diào)速方法。在此方法中，由于電動(dòng)機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下磁通都不變，只是改變電動(dòng)機(jī)的供電電壓，因而在額定電流下，如果不考慮低速下通風(fēng)惡化的影響（也就是假定電動(dòng)機(jī)是強(qiáng)迫通風(fēng)或?yàn)榉忾]自冷式），則不論在高速還是低速下，電動(dòng)機(jī)都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，故稱這種調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。這是它的一個(gè)極為重要的特點(diǎn)。如果采用反饋控制系統(tǒng)，調(diào)速范圍可達(dá)50:1～150：1,甚至更大。
3. 采用大功率半導(dǎo)體器件的直流電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)速方法
脈寬調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)的歷史久遠(yuǎn)，但因缺乏高速大功率開關(guān)器件而未能及時(shí)在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。今年來，由于大功率晶體管(GTR)，特別是IGBT功率器件的制造工藝成熟、成本不斷下降，大功率半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)的直流電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)速系統(tǒng)才獲得迅猛發(fā)展，目前其最大容量已超過幾十兆瓦數(shù)量級(jí)。
4. 改變勵(lì)磁電流調(diào)速
當(dāng)電樞電壓恒定時(shí)，改變電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流也能實(shí)現(xiàn)調(diào)速。由式1可看出，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁通Ф（也就是勵(lì)磁電流）成反比，即當(dāng)磁通減小時(shí)，轉(zhuǎn)速n升高；反之，則n降低。與此同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩Te是磁通Ф和電樞電流Ia的乘積（即Te=CTФIa），電樞電流不變時(shí)，隨著磁通Ф的減小，其轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩也會(huì)相應(yīng)地減小。所以，在這種調(diào)速方法中，隨著電動(dòng)機(jī)磁通Ф的減小，其轉(zhuǎn)矩升高，轉(zhuǎn)矩也會(huì)相應(yīng)地降低。在額定電壓和額定電流下，不同轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)始終可以輸出額定功率，因此這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速。
為了使電動(dòng)機(jī)的容量能得到充分利用，通常只是在電動(dòng)機(jī)基速以上調(diào)速時(shí)才采用這種調(diào)速方法。采用弱磁調(diào)速時(shí)的范圍一般為1.5:1～3:1，特殊電動(dòng)機(jī)可達(dá)到5:1。
這種調(diào)速電路的實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只要在勵(lì)磁繞組上加一個(gè)獨(dú)立可調(diào)的電源供電即可實(shí)現(xiàn)。
(1)
，p為電磁對(duì)數(shù)，a為電樞并聯(lián)支路數(shù)，N為導(dǎo)體數(shù)。
(2)
