二、调速方法
从上式可以看出，当改变电枢电压Ud、电枢回路电阻Ra和励磁磁通?时，都可以改变电动机的转速，因此直流电动机的调速通常有以下三种方法，即改变电枢电压Ud调速、改变电枢回路电阻Ra调速和改变磁通?调速，而此时得到的机械特性称为人工机械特性。对于矿井直流提升系统，通常采用改变电枢电压Ud的调速方法。
第二节 V－M直流拖动基本方案
不论是交流还是直流提升，都要求提升机能在四象限运行。由上式可知，要改变直流电动机电磁转矩的大小，通常采用调节电枢电流的方案；那么要改变直流电动机转矩的极性，可采用改变电枢电流的极性或者改变直流他励电动机励磁电流的极性(即励磁磁通的极性)。
目前矿井直流提升常用的方案基本上为磁场换向可逆逻辑无环流系统。
在磁场换向系统中，电枢回路采用一套整流装置，而励磁回路则采用两套整流装置反并联连接，其主电路结构如图图2所示。
～1VM2V～3V
图2 磁场换向V－M直流拖动系统主回路接线图
电动机转矩极性的改变是靠改变励磁电流的的极性实现的，如变流器1V工作时2V关闭为正向提升运行，反之即为反向运行。此外，在换向过程中，励磁电流由额定值下降到零时，如电枢电流依然存在，电动机将产生“飞车”现象。为了避免这种情况，通常在励磁电流下降到接近于零时，控制电枢电流也为零。
电动机励磁回路的负载是大电感，时间常数大，电流的建立较慢，所以较之电枢换向系统快速性稍差。但矿井提升机对快速性的要求不是太高，也就是说并不要求转矩变化太快。因为急剧的转矩变化会造成过大的机械冲击，而且由于钢丝绳的弹性连接往往会引起剧烈振
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荡。当然，转矩的变化也不可太慢，否则会由于位能负载的作用造成提升机失控下坠，比较合适的转矩反向时间约在0.6～1.2s之间。为了满足这一要求，常采用“强迫励磁”的方法，即在建立磁场或反向过程中加3～5倍的励磁电压。
由于磁场换向电枢回路用一套变流装置，虽然励磁回路用两套，但由于励磁功率通常只占电动机额定功率的3%～5%，显然磁场换向所需变流装置的容量要小得多，考虑到经济上的这一优越性，目前这种方案在大容量矿井提升机直流电力拖动中得到广泛应用。 一、磁场换向的V－M直流电力拖动机械特性和运转状态
1、系统机械特性
系统开环机械特性和运转状态如图3所示。
n?1??1?2??2正向制动正向电动1V整流2V整流1V逆变2V整流?1?2IdM1V2VIfIdMIf(?1??2)3V1V02V3VTIdM1V(?1??IfIdMIf?222V3V1V)?1反向电动1V整流3V整流1V逆变3V整流2V3V反向制动?2??2?1??1
图3 磁场换向的V－M系统开环机械特性及运转状态
２、运转状态
提升机正向提升时，电枢变流器1V工作在整流状态，α＜90°。磁场变流器2V工作在整流状态，设励磁电流If为正向，且为额定励磁电流。在四象限运行中，电枢电流的极性始终保持不变，电动机的转矩极性由励磁电流的极性决定。因If为正向，所以电动机转矩极
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性为正向，电动机工作在正向电动状态。改变1V的控制角α就可以调节电枢电压Ud的大小，从而达到调压调速的目的。在此运行状态，Ud＞Ed，能量是从交流电网经1V供给电动机的，运行状态与电枢换向系统相同。若电动机工作在负力减速或下放重物，关闭2V，使变流器3V工作在整流状态，If反向。因转速方向不变，则电动机的反电势Ed反向，让1V工作在逆变状态，且使Ud＜Ed，由于If已反向，电动机的转矩极性反向，电动机工作在正向发电制动状态，电能由电动机经1V(逆变成交流电)回馈交流电网。
反向电动和反向制动状态的分析与上述类似。
由于电枢电流Id方向不变，转矩的反向过程取决于励磁电流If的反向过程。而励磁回路的电磁惯性时间常数很大，一般达到2s以上，所以转矩的换向时间较电枢换向长。为了加快转矩的换向过程，通常在磁场换向系统中采取“强迫励磁”，将磁场反向时间缩短到0.6～1.2s。
二、直流提升机对调速系统的控制要求及调速指标
提升机对自动调速系统提出控制性能的要求一般包括静态调速指标和动态调速指标。静态调速指标，要求自动调速系统能在最高转速(一般指额定转速)和最低转速的范围内调节转速，并且要求在不同转速下工作时，速度稳定。动态调速指标要求系统起动、制动快速而平稳；稳态运行时，对负载变化、电源电压波动等干扰因素要有较强的抵抗能力，即通常所说的抗干扰能力强。
调速系统的静态品质好坏，可用下述的两个指标衡量： 1、调速范围
电动机在额定负载时提供的最高转速nmax与最低转速nmin之比称调速范围，表示为
D?nmax nmin对于直流拖动系统，电动机的最高转速nmax就是电动机的额定转速ndN。 2、静差率
调速系统的静差率是指电动机在稳定工作时，负载由零增至额定值时，对应的静态速降ΔndN与理想空载转速n0之比：
s??ndN n0在设计时，要求的静差率是指低速运行时的静差率。D、s与ΔndN之间的关系可表示为
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D?sndN
?ndN(1?s)式中 ndN－电动机额定转速，r／min；
s－额定负载时，对应最低转速的静差率； ΔndN－额定负载时的静态速降，r／min。
矿井提升机的等速度一般为6～12m／s，爬行速度一般为0.3～0.5m／s，因此调速范围D＝12～40。爬行阶段一般要求的静差率为s＝0.1～0.5。
调速系统的动态品质一般用上升时间、超调量、调节时间等动态指标来衡量。 为了使系统具有优良的静动态品质，设计时考虑系统的闭环控制，通过确当地选择调节器的形式和参数来满足静动态品质要求。
第三节 基本知识简介
一、PN结与电力二极管的工作原理
图4为电力二极管的外形、结构和电气 图形符号。
AKAIPJb)NK它是以半导体PN结为基础，由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成，外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装，基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。具有单向导电和不可控制的特点。KAa)c)
图4 电力二极管的外形、结构和电气 图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
它是以半导体PN结为基础，由一个面积较大的PN结和两端引线及封装组成，外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装，基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。 具有单向导电和不可控制的特点。
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二、晶闸管的结构与工作原理
图5为晶闸管外形、结构和电气图形符号。
AP1N1J1P2J2JN23Ka)b)KGGKKAAGAc)
图5 晶闸管外形、结构和电气图形符号 a)外形 b)结构 c)电气图形符号 AAP1N1GP2N2Ka)b)N1P2IAV1GIGSEGIc1NPNPNPIc2V2IKKEAR对晶体管的驱动触发产生注入门极的触发电流IG的电路
门极触发电路
图6 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
a) 双晶体管模型 b工作原理)
IA正向导通URSMUPRMIHIG2IG1IG=0UDRM+UAUDSMUbo
-UA雪崩击穿0-IA图7 晶闸管的伏安特性
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