3.1 调速系统的稳态调速指标
3.1.1 转速控制的基本要求
任何一台需要对转速进行控制的设备，对其调速系统的性能都有一定的要求，归纳起来，有以下四个方面：
1）调速：在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地（有级）或平滑地（无级）调节转速。
2）稳速：以一定的精度在所需转速上稳定进行。
3）加、减速：频繁起动、制动的设备要求加速、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动、制动尽量平稳。
4）抑制扰动：突加或突减负载时转速降落或升高应尽量小，转速恢复到设定转速的时间应尽量短。
本章为了稳态分析的需要，首先针对前两项要求，定义两个稳态调速指标，即“调速范围”和“静差率”。
3.1.2 稳态调速指标
1.调速范围
电动机所提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比称为调速范围，用英文字母D表示，即
式中，nmax、nmin分别为电动机在额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的最高和最低转速。
2.静差率
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所产生的转速降落（简称额定速降）ΔnN与理想空载转速n0之比，称为静差率s，即
或用百分数表示为
显然，静差率表示调速系统在负载变化时转速的稳定程度，它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定程度就越高。
应当注意，静差率和机械特性的硬度既有联系又有区别。一般调压系统在不同转速下的机械特性是互相平行的直线，如图3-1中的特性①和②互相平行，两者硬度是一样的，额定速降ΔnN1=ΔnN2；但是它们的静差率却不同，因为理想空载转速不一样。根据静差率的定义式（3-2），由于n01＞n02，所以s1＜s2。这表明，对于相同硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率就越大，转速的稳定程度也就越差。在n0=1000 r/min时，ΔnN=10 r/min，s=1%；如果n0=100 r/min，ΔnN=10 r/min，则s=10%；如果n0只有10 r/min，仍然是ΔnN=10 r/min，电动机停止转动，转速就全部降落完了。因此，调速范围D和静差率s这两项指标不是彼此孤立的，必须同时使用才有意义。
图3-1 不同转速下的静差率
通常，调速系统的静差率指标，主要是指最低转速时的静差率，即
调速系统的调速范围是指在最低转速时还能满足静差率要求的转速变化范围。脱离了对静差率的要求，任何调速系统都可以得到极宽的调速范围；脱离了调速范围，要满足给定的静差率也是相当容易的。
3.调压调速系统中D、s和ΔnN之间的关系
在直流电动机调压调速系统中，nmax就是电动机的额定转速nN，则系统的静差率是式（3-4）所示的静差率。而额定负载时的最低转速为
考虑到式（3-4），式（3-5）可以写成
调速范围为
将式（3-6）代入式（3-7），得
式中，nN为额定转速。
式（3-8）表达了调速范围D、静差率s和额定速降ΔnN之间应满足的关系。对于一个调速系统，其特性硬度或ΔnN是一定的，如果对静差率s的要求越严，系统允许的调速范围D就越小。
【例3-1】某直流调速系统电动机额定转速nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min，当要求静差率s≤30%和s≤20%时，计算允许的调速范围。
解：如果要求静差率s≤30%，则调速范围为D=
=5. 3
如果要求静差率s≤20%，则调速范围为D=
=3. 1
在实际中许多需要无级调速的生产机械常常对静差率提出较严格的要求，不允许有很大的静差率。例如，由于龙门刨床加工各种材质的工件，对速度有不同的要求，又由于毛坯表面不平，加工时负载常有波动（负载扰动），为了保证加工精度和表面粗糙度，不允许有较大的速度变化。对龙门刨床工作台调速系统，一般要求调速范围D=20~40，静差率s≤5%。又如连轧机，由于各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内同时轧制，为了保证被轧金属的秒流量相等，不致造成钢材拉断或拱起，各机架出口线速度需保持严格的比例关系，一般应使调速系统的调速范围D=10，静差率s在0.2%~0.5%之间，才能满足连轧机的工艺要求。在上述情况下，开环调速系统是不能满足要求的，下面举例说明。
【例3-2】某V-M直流调速系统的直流电动机的额定值为60kW、220V、305A、1000r/min，主电路总电阻R=0.18Ω，电枢电阻Ra=0.066Ω，要求D=20，s≤5%。开环调速系统能否满足要求？
解：已知系统当电流连续时
开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为
可见在额定转速时不能满足s≤5%的要求。
如果要满足D=20，s≤5%的要求，则
由以上计算结果可知，开环直流调速系统的ΔnN太大，不能满足D=20，s≤5%的要求。
调速范围和静差率是一对相互制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的方法是减少负载所引起的额定负载时的转速降落ΔnN。但是在转速开环的直流调速系统中，ΔnN=RIN/Ce是由直流电动机的参数决定的，无法改变。解决矛盾的有效途径是采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统，才能减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。