西安西馳電氣股份有限公司(證券代碼831081),成立于2002年,是一家專(zhuān)業(yè)從事電力電子產(chǎn)品研發(fā)、制造、銷(xiāo)售的高新技術(shù)企業(yè)。
了解更多當年沒(méi)有變頻器的時(shí)候,基本上是直流電機調速系統的天下,阿波羅登月時(shí)候也要用精確的調速系統,甚至需要進(jìn)行位置定位控制,當時(shí)也是使用了直流伺服來(lái)完成的,如果上個(gè)世紀60年代以前,晶閘管都沒(méi)有誕生的時(shí)候,還是通過(guò)發(fā)電機來(lái)帶動(dòng)直流電機進(jìn)行調速的,調整發(fā)電機勵磁電流就可以控制發(fā)電機的輸出電壓,從而控制直流電機的轉速,這種調速系統可以在早期的《電機拖動(dòng)》教科書(shū)上見(jiàn)到,只是笨重點(diǎn)而已,但是調速范圍非常寬,扭矩大,而且穩定可靠,另外直流調速的理論已經(jīng)非常成熟了,早期的電動(dòng)汽車(chē)上都用這種調速系統。
直流電機調速系統
這里說(shuō)到的直流電機,當然說(shuō)的是有刷直流電機,因為電機的磁場(chǎng)和電樞線(xiàn)圈是分開(kāi)獨立控制的,而且正交90°,并沒(méi)有耦合問(wèn)題,當勵磁電流保持恒定的時(shí)候,定子勵磁繞組磁鏈是不變的。
電機扭矩=勵磁繞組磁鏈*電樞電流
所以只要調整電樞電流的大小,就可以直接實(shí)現對電機精確的轉矩控制,能輕易滿(mǎn)足恒轉矩的控制要求,這也是直流電機調速系統低速扭矩非常良好的根本原因。
對于直流電機的調速,轉速n=(電樞電壓U-電樞電流I*電樞內阻R)/常數Kφ,
因為直流電機的內阻R非常小,所以轉速n≈電樞電壓U/常數
電樞電壓U幾乎和轉速n成正比例關(guān)系,這也是直流電機調速通過(guò)發(fā)電機調壓都能滿(mǎn)足控制重要原因。
后來(lái)可控硅等器件發(fā)明出來(lái)了,通過(guò)全控橋或者半控橋,直接可以讓交流電變成可控的直流電,電壓大小可以任意快速可調,這樣用來(lái)控制控制直流電機的電樞電壓大小,從而改變電機的轉速。
控制理論發(fā)展起來(lái)后,還對直流電機使用了串級系統來(lái)調速,也就是速度環(huán)在外邊,速度偏差作為電流環(huán)的給定,電流環(huán)做為內環(huán),兩個(gè)環(huán)都使用PID調節器來(lái)完成控制,響應快,精度高,扭力大,調速范圍寬。
除了恒扭矩調速外,還可以通過(guò)減少勵磁電流來(lái)降低勵磁磁通的方法來(lái)讓直流電機運行在恒功率區域,這樣扭矩是隨著(zhù)轉速的增加而減少,功率不變,但是可以擴寬調速范圍。
實(shí)際上,今天的變頻器調速的矢量控制模式,就是模仿直流電機的調速方法來(lái)進(jìn)行的,而且效果還沒(méi)有直流調速系統的理想。只是因為有刷直流電機碳刷磨損厲害,維護麻煩,而且電機制造成本貴等因素,才逐步讓有刷直流電機調速系統退出了市場(chǎng)。即使這樣,很多小功率的電機依然使用直流調速系統,畢竟價(jià)格有優(yōu)勢,而且性能比較好。
變極調速
異步電機除了變頻調速外,實(shí)際還有一種調試方法,那就是通過(guò)改變極對數的方法來(lái)實(shí)現變速,比如四極電機轉速時(shí)1500轉,8極的就只有750轉了,這種調速方式有很大的極限性,一般稱(chēng)之為雙速電機,往往只有兩個(gè)轉速段,但是扭力比較大,而且比較穩定,在一些只需要兩段速的場(chǎng)合,使用這種調速方式是非常理想的,比如一些混料系統上,就有這樣的調速系統,低速運行一段時(shí)間后,再切換到高速模式,這種控制系統非常簡(jiǎn)單,有點(diǎn)類(lèi)似星三角那種切換,所以成本低廉,一直到今天,即使變頻非常普及了,但是還是很多場(chǎng)合使用這種調速方式。
異步電機轉速n=60f/p,除了改變頻率就可以改變轉速n外,調整極對數p也可以讓轉速得到改變。
滑差調速
這種調速,顧名思義,就是“打滑”來(lái)調速的意思,實(shí)際電機轉速啟動(dòng)以后是不變的,是通過(guò)電機和負載之間的“滑差頭”來(lái)打滑,讓負載這邊的速度變低而已,這個(gè)滑差頭,也可以理解成電磁離合器,這種離合器可以有多種形式,但都是利用了電磁效應形成阻力,下邊簡(jiǎn)單以磁粉離合器的原理來(lái)說(shuō)明一下。
比如在這個(gè)離合器里邊,裝有線(xiàn)圈還有很多磁粉,磁粉在通電情況下,會(huì )因為線(xiàn)圈磁場(chǎng)的作用,黏連在一起,電流越大,磁場(chǎng)越強,磁粉之間結合越緊密,達到一定程度,就可以變成一定剛性的東西,直接讓輸出和輸出軸連接到一起,保持一致的速度輸出,這樣可以讓負載和電機轉速一樣快。
當完全沒(méi)有電流了,磁場(chǎng)消失,磁粉會(huì )變成一盤(pán)散沙,輸出和輸入軸之間完全沒(méi)有磁粉連接了,雖然電機還在轉,負載轉速可以變成零了。
如果磁場(chǎng)電流處于一定值,磁粉有一定的黏連,但是剛度不夠,就會(huì )在里邊打滑,這樣會(huì )讓輸入和輸出軸之間形成一定的速度差,控制磁場(chǎng)電流值大小,就可以控制速度差大小,這樣能讓負載的速度得到改變。
因為是打滑的,所以肯定會(huì )摩擦發(fā)熱,這樣一部分電能會(huì )白白浪費,調速的效率低下。當然也有它的優(yōu)點(diǎn),它可以做成速度閉環(huán)控制,低速時(shí)候扭矩比變頻器調速還要理想。(來(lái)源電工學(xué)習網(wǎng))
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