浅谈电动机直流调速的优越性及课程教学重点

摘 要：随着现代工业自动化控制的发展，变频调速逐步得到了应用，有些院校认为变频调速逐步得到了应用，就把直流调速这门课程（或教学章节）删除，但是变频调速只能应用于调速，而对力矩是无法做到精确控制的，对于要求低速度、大力矩的场合，如轧机、造纸印刷、橡胶机械、光缆线缆设备等，直流调速的应用还是具有广泛性的，因而应当注重直流调速的教学。

关键词：直流调速 教学 重点

随着现代工业自动化控制和电力电子技术的迅速发展，变频调速逐步得到了应用，有些院校认为，变频调速具有调速的平滑性，且可实现节能降耗，因此可以取代直流调速，于是就把直流调速这门课程（或章节内容）删除了。可是作为20世纪60年代开始应用的晶闸管整流装置的直流调速系统，已向着大功率化、高频化、集成化的方向发展，直流调速系统的应用还是具有广泛性的。

一、直流调速低频启动转矩控制精度无法取代

变频调速只能应用于调速，而对力矩是无法做到精确控制的。其原因是变频调速用在高精度的场合，必须要带有一个脉冲编码器，而编码器的安装就是个问题。变频器拖动的电动机基本上都是鼠笼式的，一头负载，一头要有单独的冷却风扇，编码器一般要安装在负载侧，或是输出轴侧。由于减速机齿轮本身有间隙，就易产生检测误差，而在编码器安装时又产生一定的安装误差，这些都是不利于提高精度的影响因素。另外，变频器在解耦建模时，在一些计算中已经忽略了一些因素，变频器在运行时的某些状况下可能导致这些因素不容忽略，这也是导致控制精度降低的一方面原因。

直流调速的电枢和励磁不是耦合的，是分开的，这样对电枢电流和励磁电流能够做到精确控制。而在交流调速时，电枢电流和励磁电流是耦合的，是无法做到精确控制的，尽管目前的变频调速具有矢量控制，也就是运用现代控制理论，通过矢量转换，将交流电动机中耦合的电枢电流和励磁电流解开，从而对其进行控制，也就是仿真直流调速的原理，但是要做到相当于直流调速的控制特性还是很困难的。因此在轧机、橡胶机械、光缆线缆设备等要求低速度、力矩很高的情况下，直流调速的应用还是具有广泛性的。特别是现在可以采用的扩容技术，使得直流调速的应用空间比较大。

二、直流调速具有无可比拟的优越性

首先，调速性能好，调速范围广，易于平滑调节。直流电动机具有响应速度快，从零速度到额定速度能够维持额定力矩的能力，所以能够进行从零速到额定速度无级调速（力矩不变），其范围可达1：10000左右。而对于变频调速而言，如果进行无级调速其力矩是随着电动机的速度变化而变化的，一般当低于30Hz的时候运行就不稳定了。所以说直流调试比交流调速应用范围更广。

其次，启动、制动转矩大，易于快速启动、停车。直流电动机的转矩只与电枢电流和磁场有关，与转速无关。而交流电动机与电压大小有关，与定子和转子的间隙大小有关。

第三，过载能力强，能承受较频繁的冲击负荷。直流过载能力可达200%，而交流过载能力在120%。

第四，具有较强的机械特性，稳定性好。交流电动机的变频调速在低频率的时候输出转矩很小，特性随着频率的降低逐渐变软，无法适应低转速高输出转矩的要求，而直流电动机启动转矩大，使用调压调速固有的机械特性不变，可以依然保持较硬的机械特性曲线。

第五，线路简单、控制方便。

第六，国内外控制方案成熟。

第七，控制系统总体造价相对低廉，设计、制造、安装调试周期短。

三、直流调速教学的重点

基于以上所述直流调速的优点，在轧机、橡胶机械、光缆线缆设备、码头起重、纺织印染、造纸印刷等行业还是具有较广泛的应用范围的。因此，众多的企业需要这方面的维护保养人员，而这些人员除具有必要的专业技能外，还需要较强的专业知识。这是因为随着电子技术的发展，直流调速系统从早期的分立电力电子元件结构（如晶闸管），朝着大功率化、高频化、集成化的方向发展（如MOS功率场效应晶体管和功率集成电路），从单一的单结晶体管触发电路，发展到集成触发电路和数字触发电路，无处不体现对维护人员的专业理论、专业技能的要求。因而在专业教学中，我们还应当注重直流调速的教学。

对于教学过程，笔者建议还是以简单的分立原件系统电路着手，逐步递进到集成电路系统，从单一的单结晶体管触发电路，逐步递进到集成触发电路和数字触发电路，使得学生循序渐进地充分理解基础原理，并把教学侧重点放在维护保养及故障检修环节，这样有利于使学生与企业岗位实现无缝对接。

（作者单位：湖南潇湘技师学院）