在直流電動(dòng)機(jī)中，根據(jù)勵(lì)磁繞組連接方式的不同，可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四類電動(dòng)機(jī)、而在調(diào)速系統(tǒng)中用得最多的是他勵(lì)電動(dòng)機(jī)。圖1為直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)與直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的原理圖。
圖1 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)與直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的原理圖
電樞回路中的電壓平衡方程式為： u=e+iara （1）
式中：u-電動(dòng)機(jī)的端電壓(v)；
ia-流經(jīng)電樞的電流(a)；
ra-電樞繞組的電阻(ω)；
e-直流電動(dòng)機(jī)電刷間的電動(dòng)勢，它是由于電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。 e=keφn （2）
式中：φ-對(duì)磁極的磁通(wl)；
n-電樞的轉(zhuǎn)速(r／min)；
ke-與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。
以式(2)代入式(1)，并加整理可得：n= u/keφ- iara/keφ （3）
為改善直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，限制電樞電流，在電樞回路中應(yīng)串接外加電阻rad，式(1-2)則為： u=e+ia（ra+rad) （4）
式(3)則變?yōu)椋?n= u/keφ- ia（ra+rad)/keφ （5）
由式(1)可得： id＝t/kmφ 代入式(1-6)，則可得：
n= u/keφ- t（ra+rad)/kekmφ2 （6）
由式(6)可知，調(diào)節(jié)串入電樞回路的外加電阻rad，電樞的供電電壓u或磁極間的磁通(主磁通)φ，都可以在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；而改變電樞的供電電壓u的方向，或電樞繞組中的電流ia的方向，就可以改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。即直流電動(dòng)機(jī)的一般調(diào)速方法有三種：
1．調(diào)節(jié)串入電樞回路的外加電阻rad，(調(diào)阻調(diào)速法或電阻控制法)
圖2 具有三段附加電組的他勵(lì)電動(dòng)機(jī)控制電路
保持電動(dòng)機(jī)的供電電壓u和磁極的磁通由不變，調(diào)節(jié)電樞回路的電阻，就可得到不同的轉(zhuǎn)速。如圖2所示，在電樞回路中，串入r1、r2、r3不同的電阻，依靠控制接觸器kml、km2和km3，依次將外接的外加電阻rad (如r1、r2、r3)接入，從而使ra+rad的阻值由ra變?yōu)閞1，(＝ra+ r1)、r2，(＝ra+ r1+ r2)和r3，(＝ra+ r1+ r2+ r3)。這樣，就可以得到對(duì)應(yīng)于a、c、e、g點(diǎn)的不同轉(zhuǎn)速na、nc、ne、ng。
當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl相同時(shí)，轉(zhuǎn)速隨外加電阻rad的增大而降低。
若不考慮電樞電路的電感，電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)（降低轉(zhuǎn)速)的機(jī)電過程將如圖中所示，沿著a→b→c→d→e→f→g變化。電動(dòng)機(jī)從穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速na降低到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速nc，再降低至ne、ng。。如串接的附加電阻減小，也可使轉(zhuǎn)速上升。
這種調(diào)速方法具有以下一些特點(diǎn)：
1) 當(dāng)rad＝0時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于固有機(jī)械特性的“基速”上，隨著串入的外加電阻rad的增大，轉(zhuǎn)速降低，即從基速下調(diào)。若減小串入電阻，也可使轉(zhuǎn)速上升，但永遠(yuǎn)不會(huì)超過基速。
2) 調(diào)阻調(diào)速，電動(dòng)機(jī)工作于一組機(jī)械特性上，各條特性均經(jīng)過相同的理想空載點(diǎn)na，而斜率不同。機(jī)械特性較軟，平滑性較差，rad越大，斜率越大，即
特性越軟。電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定度變差。
3) 這種調(diào)速方法雖然能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，僅它一般只在需要降低轉(zhuǎn)速時(shí)使用且多采用分級(jí)調(diào)速(一般最大為六級(jí))，而實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速閑難。
4)在空載或輕載時(shí)，調(diào)速范圍不大；在重載時(shí)會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
5)由于電樞電流流過調(diào)速電阻，因而消耗電能較大，轉(zhuǎn)速越低，損耗越大。因此，這種調(diào)速方法只適用于對(duì)調(diào)速性能要求不高的中、小電動(dòng)機(jī)，大容量電動(dòng)機(jī)不宜采用。
2．調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電樞供電電壓u (調(diào)壓調(diào)速法或電壓控制法)
保持直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁磁通和電樞回路的電阻不變，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電樞供電電壓u，由式（6)可見，轉(zhuǎn)速n即隨之發(fā)生變化。如圖3所示，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩
tl一定的情況下，加上不同的電樞電壓un、u1、u2、u3、…（un＞u1＞u2＞u3＞…），
圖3 改變電樞電壓調(diào)速的特性
可以得到不同的轉(zhuǎn)速na、nb、nc、nd、…（na＞nb＞nc＞nd＞…），并隨著電壓的降低，轉(zhuǎn)速相應(yīng)地降低。這種調(diào)速方法具有以下一些特點(diǎn)：
1)當(dāng)供電電壓連續(xù)變化時(shí)、轉(zhuǎn)速也可以連續(xù)平滑地變化。即可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，且調(diào)運(yùn)范圍較大。但供電電壓不能超過電動(dòng)機(jī)的額定電壓。因此．調(diào)節(jié)的速度均低于額定轉(zhuǎn)速。
2)降低電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與固有特性相平行，斜率不變、即硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高。
3)調(diào)速時(shí)，因電樞電流與電壓u無關(guān)，且磁通未變化，故電磁轉(zhuǎn)矩t＝kmφid不變，即為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。
4)可以用調(diào)節(jié)電樞電壓的辦法來起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，而不用其它起動(dòng)設(shè)備。
由于這些持點(diǎn)，調(diào)壓調(diào)速法在大型設(shè)備或精密設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用。電壓的調(diào)節(jié)，過去是用直流發(fā)電機(jī)組(g-m系統(tǒng))、電動(dòng)機(jī)放大機(jī)組、汞弧整流器、閘流管等．目前用的較多的是可調(diào)直流電源、晶閘管整流裝置(v-m系統(tǒng))、晶體管脈寬調(diào)制放大器供電系統(tǒng)等。
3．調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的主磁通φ (調(diào)磁調(diào)速法或勵(lì)磁控制法)
保持電動(dòng)機(jī)的電樞電壓和電樞回路的電阻不變，調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通，即改變了電動(dòng)機(jī)的主磁通φ，由式（6)可見，轉(zhuǎn)速n隨著磁通φ的降低而升高。
圖4所示為在負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl一定的情況下，在不同的主磁通φn、φ1、φ2、…
圖4 弱磁調(diào)速的特性
下，得到的不同轉(zhuǎn)速na、nb、nc、…。圖中
φn＞φ1＞φ2．因而得到na＜nb＜nc。這種調(diào)速方法具有以下一些特點(diǎn)：
1) 可以平滑無級(jí)調(diào)速，但由于設(shè)計(jì)時(shí)一般總是取磁通工作在飽和區(qū)域，再增大主磁通的可能性不大，所以，調(diào)磁調(diào)速一般只能以削弱磁通來實(shí)現(xiàn)，即弱磁調(diào)速、而調(diào)節(jié)的速度將超過額定轉(zhuǎn)速。
2) 調(diào)速特性較軟，且受電動(dòng)機(jī)換向條件等的限制、普通他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速的1.2—1.5倍，所以，調(diào)速范圍不大。
3) 調(diào)速時(shí)維持電樞電壓u和電樞電流id不變．即功率p＝uid不變。所以,調(diào)磁調(diào)速適合于帶恒功率負(fù)載，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩t＝kmφid將隨著主磁通φ的減小而減小。
4) 由于削弱主磁通后．轉(zhuǎn)速增長較快，過分地弱磁，甚至可能造成“飛車”事故。因此，不得過分地弱磁，速度不能調(diào)得過高。使用中還必須具有弱磁保護(hù)安全措施。基于弱磁的調(diào)速范圍很小，一般不單獨(dú)使用，需和調(diào)壓調(diào)速配合使用。在額定轉(zhuǎn)速（基速）以下，用降壓調(diào)運(yùn)；而在額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，則用磁調(diào)速。這樣，可得到很寬的調(diào)速范圍，而且調(diào)速損耗小，運(yùn)行效率高，并可獲得較好的調(diào)速方式與負(fù)載的配合關(guān)系。
目前,對(duì)調(diào)速性能要求較高的電力拖動(dòng)系統(tǒng)、大多以閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速方法為主。