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解读 | 没有变频器如何实现电机调速

2512810 2021-01-23 | pdf | 225.96KB | 次下载 | 2积分

资料介绍

当年没有变频器的时候，基本上是直流电机调速系统的天下，阿波罗登月时候也要用精确的调速系统，甚至需要进行位置定位控制，当时也是使用了直流伺服来完成的，如果上个世纪60年代以前，晶闸管都没有诞生的时候，还是通过发电机来带动直流电机进行调速的，调整发电机励磁电流就可以控制发电机的输出电压，从而控制直流电机的转速，这种调速系统可以在早期的《电机拖动》教科书上见到，只是笨重点而已，但是调速范围非常宽，扭矩大，而且稳定可靠，另外直流调速的理论已经非常成熟了，早期的电动汽车上都用这种调速系统。

直流电机调速系统

这里说到的直流电机，当然说的是有刷直流电机，因为电机的磁场和电枢线圈是分开独立控制的，而且正交90°，并没有耦合问题，当励磁电流保持恒定的时候，定子励磁绕组磁链是不变的，电机扭矩=励磁绕组磁链*电枢电流。

所以只要调整电枢电流的大小，就可以直接实现对电机精确的转矩控制，能轻易满足恒转矩的控制要求，这也是直流电机调速系统低速扭矩非常良好的根本原因。

对于直流电机的调速，转速n=（电枢电压U-电枢电流I*电枢内阻R）/常数Kφ，因为直流电机的内阻R非常小，所以转速n≈电枢电压U/常数。

电枢电压U几乎和转速n成正比例关系，这也是直流电机调速通过发电机调压都能满足控制重要原因。

后来可控硅等器件发明出来了，通过全控桥或者半控桥，直接可以让交流电变成可控的直流电，电压大小可以任意快速可调，这样用来控制控制直流电机的电枢电压大小，从而改变电机的转速。控制理论发展起来后，还对直流电机使用了串级系统来调速，也就是速度环在外边，速度偏差作为电流环的给定，电流环做为内环，两个环都使用PID调节器来完成控制，响应快，精度高，扭力大，调速范围宽。

除了恒扭矩调速外，还可以通过减少励磁电流来降低励磁磁通的方法来让直流电机运行在恒功率区域，这样扭矩是随着转速的增加而减少，功率不变，但是可以扩宽调速范围。

实际上，今天的变频器调速的矢量控制模式，就是模仿直流电机的调速方法来进行的，而且效果还没有直流调速系统的理想。只是因为有刷直流电机碳刷磨损厉害，维护麻烦，而且电机制造成本贵等因素，才逐步让有刷直流电机调速系统退出了市场。即使这样，很多小功率的电机依然使用直流调速系统，毕竟价格有优势，而且性能比较好。

变极调速

异步电机除了变频调速外，实际还有一种调试方法，那就是通过改变极对数的方法来实现变速，比如四极电机转速时1500转，8极的就只有750转了，这种调速方式有很大的极限性，一般称之为双速电机，往往只有两个转速段，但是扭力比较大，而且比较稳定，在一些只需要两段速的场合，使用这种调速方式是非常理想的，比如一些混料系统上，就有这样的调速系统，低速运行一段时间后，再切换到高速模式，这种控制系统非常简单，有点类似星三角那种切换，所以成本低廉，一直到今天，即使变频非常普及了，但是还是很多场合使用这种调速方式。