分析 | 如何進(jìn)行電機速度控制，電機速度控制的方法有多少種？

來源 | 老趙說機械

1. 電流頻率

電機的旋轉(zhuǎn)與電力直接相關(guān)，現(xiàn)代控制通過速度控制器影響電機的輸入而控制電機速度，下圖用示波器觀察電機在單相交流頻率正弦波和三相正弦波下的風(fēng)速和電流的關(guān)系，上下起伏的波峰代表風(fēng)速，電流頻率為360度，美國的電流頻率為每秒60次，稱為60赫茲，在世界其他地方，這種速度是每秒50次（50赫茲），中心的水平線，也就是所謂的“零線”，一個正弦波每秒穿過它120次。

2. 多速電機

大多數(shù)電機制造商提供的電機有一個以上的可用速度，而實際上沒有單獨的控制器來改變這些速度。多速電機使用抽頭繞組或多個交替繞組，速度可通過開關(guān)手動改變或通過電路板控制，通常用于多速的電機是PSC和罩極單相電機，PSC電機是最常用的，可以有抽頭或交替繞組，罩極電機用抽頭繞組制造。

制造商提供的速度組合存在限制，實際所需的速度可能并不總是可用到的，這是多速電機在任何情況下都會存在的一個限制；另一個缺點是，使用的開關(guān)通常是需要手動改變速度，這些電機與風(fēng)扇配合良好，風(fēng)扇用于在給定時間內(nèi)無變化地交換一定量的空氣，這種類型的風(fēng)扇電機是相對經(jīng)濟的，但準(zhǔn)確的氣流是很難匹配，因為它的速度不靈活。

3.?被動裝置速度控制

被動設(shè)備速度控制通常是實現(xiàn)最便宜的購買，但往往是最昂貴的使用方式，因為他們浪費電力。它們通過改變輸入電壓來控制電機的電磁特性。這就降低了整個正弦波的振幅，這實際上是改變了頻率正弦波的高度，這是一項古老的技術(shù)，由于它的效率等級低，它正被更現(xiàn)代化的方法所取代，這些方法使用的交換機效率更高，價格也更便宜。

與被動裝置速度控制一起使用的最常見的電機是PSC、罩極和三相電機，無論使用哪種電機，在使用特定類型的控制裝置時，負(fù)載不得大于電機在啟動時的額定值，否則將會發(fā)生故障。這通常是全速運轉(zhuǎn)扭矩的150-200%，這種控制通常適用于小功率電機，我們通常不必?fù)?dān)心負(fù)載或效率。雖然無源器件控制便宜可靠，但通常需要有人手動操作，由于電壓輸出不一致，精確的速度可能很難實現(xiàn)。

4. 串聯(lián)電阻器

變壓器：可以用它代替電阻，一般也可以用同樣的方法工作，它由兩個線圈組成，彼此電絕緣，排列方式是一個線圈中的電流變化將改變另一個線圈中的電壓，電壓的降低或升高是改變電機轉(zhuǎn)速的原因。與串聯(lián)電阻相比，變壓器的優(yōu)點是在低速啟動時不會將功率浪費為熱量，這也意味著負(fù)載可以以低速啟動，這種控制方式的缺點是通常體積大，需要手動操作，而且不如串聯(lián)電阻經(jīng)濟。

變阻器：當(dāng)這個裝置被激活時，它會改變電機繞組上的電壓，從而產(chǎn)生電機打滑，通常，變阻器由一個電阻元件組成，該電阻元件配有兩個觸點，一個滑動，一個固定。當(dāng)滑動觸點沿電阻元件向固定觸點移動時，距離和電流離開元件的速度都會改變，當(dāng)前速度的這種變化可以當(dāng)電機連接在一條直線上時轉(zhuǎn)換成變速。這種控制方式的缺點是電機需要高速啟動然后減速，否則觸點會過熱燒壞，另一個缺點是變阻器必須手動操作。

電位器：電位器與變阻器非常相似，只是它有一個電阻元件，通過3個觸點而不是2個觸點連接到電路上，排列方式和電流的變化方式也略有不同。電阻元件的端部連接到電路，第三個觸點連接到電路的輸出端，通常是一個滑動穿過電阻元件的可移動觸點。

5. 固態(tài)控制

在過去的幾年里，固態(tài)控制技術(shù)和如何使用它來控制電機有了巨大的進(jìn)步，目前大多數(shù)的產(chǎn)品開發(fā)在速度控制器上進(jìn)行的，涉及固態(tài)控制，有些控制裝置甚至被整合到電機本身。固態(tài)控制通常是非常可靠的，可以給出準(zhǔn)確的速度，并且越來越經(jīng)濟可行，與分?jǐn)?shù)馬力的電機一起使用。在過去，這些類型的控制通常只用于積分馬力的電機，其中節(jié)省的電力證明他們有用，隨著電子元件的進(jìn)步和成本的降低改變了它們使用方式。

大多數(shù)不同類型的固態(tài)控制都包含了頻率和/或電流的變化以控制電機速度，它們甚至可以改變頻率，使之高于正常的線路頻率，這意味著我們可以將速度提高到電機額定值之外。通常與固態(tài)控制一起使用的電機有罩極、PSC和三相。盡管這些類型的控制器比過去使用的不太復(fù)雜的控制器更精確，但在速度和扭矩控制方面，使用它們時仍存在一些缺點或問題。例如，這些速度控制裝置的大多數(shù)制造商沒有意識到通過改變諧波頻率可能對電機造成的損害。

需要注意的其他一些缺點是，超過規(guī)定值的電流會對電機繞組層壓板造成非常大的危害，來自逆變器的電壓尖峰會對繞組造成很大的損害，諧波比電機部件已經(jīng)測試過的能對軸承或?qū)訅喊逶斐蓳p害的諧波要高，聲音和振動可以改變，從而產(chǎn)生損失當(dāng)然還有更大的火災(zāi)風(fēng)險。

6. 機械裝置

機械裝置是控制風(fēng)機和鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速的最古老形式之一，它們可以單獨使用，也可以與其他類型的空間一起使用。在大多數(shù)情況下，它們比電子形式的速度控制有很多優(yōu)點。例如，你不必?fù)?dān)心電子設(shè)備故障和專家判斷哪一部分出了故障，使用機械設(shè)備，你通?？梢钥吹侥膫€零件出了故障，如果需要的話，大多數(shù)機械人員都可以解決這個問題。

不幸的是，在正常運行期間，轉(zhuǎn)速通常是不可調(diào)的，機構(gòu)需要大量的維護(hù)，如潤滑。

滑輪：這是皮帶傳動中最常見的速度控制形式，甚至有滑輪是完全可調(diào)的地方，你可以獲得準(zhǔn)確的速度。但是，當(dāng)改變滑輪直徑時，通常也需要改變皮帶長度。滑輪在大型風(fēng)扇或鼓風(fēng)機中有著巨大的優(yōu)勢，其速度需要比標(biāo)準(zhǔn)電機提供的速度慢或快，或者不能使用直接驅(qū)動。只要滑輪上的皮帶張力正確，它們也可以輕松地承載大負(fù)荷。我們大多數(shù)人都熟悉這種類型的產(chǎn)品，知道它是不可調(diào)的，而風(fēng)扇或鼓風(fēng)機運行，這是一個巨大的浪費，這種布置通常也是最高維護(hù)之一。

變速器產(chǎn)品（齒輪減速器、齒輪、離合器等）：這種速度控制形式通常不用于風(fēng)扇和鼓風(fēng)機，但不應(yīng)將其排除在考慮范圍之外。大多數(shù)都熟悉變速器產(chǎn)品，因為它用于不同于風(fēng)扇的應(yīng)用中，當(dāng)速度減慢時，負(fù)載不會改變。這些通常是可靠的，但往往非常昂貴又麻煩，它們通常需要很高的維護(hù)，并且經(jīng)常需要手動調(diào)整以使速度改變。