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没有变频器的时候,基本上是DC电机调速系统的天下。当晶闸管未出生时,DC电机由发电机驱动来调速。调节发电机的励磁电流可以控制发电机的输出电压,从而控制DC电机的转速,这只是一个愚蠢的重点,但调速范围很广,转矩大,稳定可靠。
直流电机调速系统
这里说的DC电机是有刷DC电机,因为电机的磁场和电枢线圈是独立控制的,相互正交90度,不存在耦合问题。当励磁电流保持不变时,定子励磁绕组的磁链不变。
电机扭矩=励磁绕组磁链*电枢电流
因此,只要调节电枢电流,就可以直接实现电机的精确转矩控制,很容易满足恒转矩的控制要求,这也是DC电机调速系统低速转矩非常好的根本原因。
对于DC电机调速,转速n=(电枢电压U-电枢电流I*电枢内阻R)/常数K,
因为DC电机的内阻R很小,转速n电枢电压U/常数
电枢电压u几乎与转速n成正比,这也是DC电机调速能通过发电机调压满足控制要求的重要原因。
后来又发明了可控硅等器件。通过全控桥或半控桥,将交流电直接变为可控直流电,随意快速调节电压,从而控制DC电机的电枢电压,从而改变电机的转速。
控制理论发展后,采用串级系统对DC电机进行调速,即速度环在外,速度偏差给定为电流环,电流环为内环。两个回路均由PID调节器控制,具有响应快、精度高、转矩大、调速范围宽等优点。
DC电机除了恒转矩调速外,还可以通过减小励磁电流来降低励磁磁通,使电机运行在恒功率区,使转矩随转速的增大而减小,功率保持不变,但调速范围可以变宽。
实际上,今天的变频调速矢量控制方式是模仿DC电机的调速方式,效果还不如DC调速系统。只是由于有刷DC电机碳刷磨损严重,维护麻烦,电机制造成本高,才有了有刷DC电机调速系统逐渐退出市场。即使如此,许多小功率电机仍然使用DC调速系统,毕竟价格有优势,性能更好。
变极调速
异步电机除了变频调速,其实还有一种调试方法,就是通过改变极数来实现调速。例如,当四极电机的转速为1500转时,八极电机的转速仅为750转。这种调速方式局限性很大,一般称为双速电机,往往只有两个速度段,但转矩比较大,比较稳定。在一些只需要两种速度的场合,采用这种调速方式是非常理想的。例如,在一些混合系统中,有这样的速度调节系统。低速运行一段时间后,切换到高速模式。这个控制系统很简单,有点类似于星三角的切换,所以成本低。直到今天,即使变频很普及,这种调速方式仍然在很多场合使用。
异步电动机的转速为n=60f/p,不仅可以通过改变频率来改变,还可以通过调节极数p来改变.
滑差调速
这种调速,顾名思义就是“溜”到调速。启动后,实际电机速度保持不变。它从电机和负载之间的“滑头”中滑过,使负载的速度降低。这个滑动头也可以理解为电磁离合器。这种离合器可以有很多种形式,但都是利用电磁效应形成阻力。这里简单说明一下磁粉离合器的原理。
比如这个离合器,里面有很多带线圈的磁粉,通电时会在线圈的磁场作用下粘在一起。电流越大,磁场越强,磁粉之间结合越紧密。到了一定程度就可以变成刚性的东西,直接连接输出轴和输出轴保持一致的速度输出,可以让负载和电机转速一样快。
当完全没有电流时,磁场消失,磁粉变成了散沙。输出轴和输入轴之间根本没有磁粉连接。尽管电机仍在旋转,但负载速度可能会变为零。
如果磁场电流在一定值,磁粉有一定的附着力,但刚性不够,就会往里滑,在输入输出轴之间形成一定的速差。通过控制磁场电流值,可以控制速度差,从而改变负载的速度。
因为比较滑,肯定会摩擦发热,所以会浪费一部分电能,调速效率低。当然也有它的优点,可以做成速度闭环控制,低速时的扭矩比变频器调速更理想。
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