從生產機械要求控制的參量來看,電氣傳動控制系統可以分為:速度控制系統(簡稱調速系統)、位置控制系統、張力控制系統、多電動機同步控制系統等,上述控制系統通常都是利用控制轉速(更本質上是控制電動機的轉矩)來實現的,因此電氣傳動速度控制系統是最基本的電氣傳動控制系統。因此在我們接觸具體的電氣傳動速度控制系統之前,有必要了解有關電氣傳動速度控制系統的一般性問題。
一.調速系統的技術指標
通常調速系統的技術指標一般指:靜差率;調速范圍;調速平滑性。
下面分別討論各項指標。
1。靜差率
靜差率是指電動機運行于某一條機械特性上時,在額定負載下轉速降△nN與理想空載轉速n0

靜差率表示電動機運行時轉速相對穩定的程度。顯然,電動機的機械特性愈硬,s愈小,轉速的相對穩定性愈高。不同的機械設備對s的要求不同。例如,臥式車床可允許s 應當注意,靜差率和機械特性的軟硬程度既有聯系,又有區別。例如,圖5—1中的特性1和2
相互平行,斜率是一樣的,故額定轉速降△n=△n1=△n1。但因n n1>nn2所以s2

2.調速范圍
調速范圍一般是指電動機在額定負載下運行時,****轉速nmax與****轉速nmin之比。

由圖5—1的機械特性曲線l、2可導出D與s
之間的關系,設
式中s2——允許的****靜差率。
對同一臺電動機來說,它的nmax已確定,在允許的****靜差率s的條件下,若擴大調速范圍,就必須設法減小△nN,也就是減小機械特性的斜率。但在一般轉速開環系統中,△nN達不到非常小的值(受Ia和Ra的限制)。為了進一步減小△nN來擴大調速范圍D,在電氣傳動系統中常采用轉速閉環調速系統。
3.調速的平滑性
調速的平滑性通常是指在一定轉矩(一般為額定轉矩)下,兩條相鄰特性轉速ni和ni+1或ni一1)之比來表示,即

這個比值越接近于1,調速的平滑性就愈好。在一定的調速范圍內,調速的級數愈多,則平滑性越好。當調速級數趨于無限多時,稱為“無級調速”,K接近于1,調速的平滑性萎好。各種機械設備對調速平滑性有不同的要求。有的用有級調速已能滿足,對調速平滑性要求特別高的,才采用無級調速。
調速系統還有一些其他指標,如****超調量、過渡過程時間、振蕩次數等,讀者如有需要.可參考電氣傳動方面的專業書籍,這里就不再贅述了。
例 有一直流他勵電動機的數據為:額定功率P=60kw,額定電壓uN=220V,額定電流In=305A,額定轉速nN=1000r/min,電樞回路總電阻Ra=O.04Ω,求靜差率s≤O 2時電動機
的調速范圍。
【解】首先求

理想空載轉速

額定轉矩下的轉速降
所以,電動機的調速范圍

二。機械與電氣調速方法
根據生產機械的容量大小和對調速的技術、經濟要求可以選用機械的、機械一電氣的調速方法。
1_機械有級調速
在各類生產機械中,所謂機械有級調速是指各種機床的主傳動及進給運動的不同轉速及速度是通過改變齒輪箱中齒輪組(或帶輪)的變速比得到的,這種調速方法常常不能保證最有利的切削速度,也就是機床不能在各種情況下保證有****的生產率。另外,若機械系統比較復雜,還會降低其工作精度并增加造價。但這種單純靠機械有級調速的方法由于簡單、可靠,所以在中、小容量的生產機械,如臥式車床、鉆床、銑床等及起重運輸機中,仍得到廣泛的應用。
2.機械和電氣結合的調速
這種方法是一種有級調速。為了簡化生產機械的傳動系統采用多速籠型異步電動機(雙速、三速或四速電動機)。不同轉速的調節是通過改變齒輪變速比和改變電動機本身的轉速配合起來得到的,如果電動機的速度級數為m,機械變速級數為y,那么機床主軸的速度級數為

如有一三速電動機的調速系統,m=3,y=4,則z=12。
3.電氣無級調速
生產機械的無級調速可以是電氣的,也可以是液壓的或機械的。但使用最多的還是電氣無級調速系統,這是因為電氣無級調速系統調速范圍寬,控制方便靈活。還可以實現遠距離操作,更重要的是電氣調速能有效地簡化機械結構,提高傳動效率,有利于機電一體化。
三。 電氣傳動系統調速方案的確定
確定電氣傳動控制系統的方案時,應根據生產機械是否要求電氣凋速,凋速要求的技術指標如何,生產機械是恒功率負載,還是恒轉矩負載,生產工藝過程的復雜程度等進行初選,然后進行經濟指標的比較,從而確定一個經濟、合理、可靠、實用的方案。
1.對于不要求電氣調速的生產機械
當機械負載不需電氣調速,空載或輕載起動,起、制動不頻繁時,應采用一般籠型異步電動機。著重載起動時.可選用雙籠型或深槽式異步電動機,也可采用繞線轉子異步電動機。當負載平穩,容量較大且起、制動次數很少時,可采用同步電動機傳動。同步電動機的優點是效率高、功率因數高,在過勵磁狀態下,還可提高電網的功率因數,控制系統一般可采用繼電一接觸器控制系統,較復雜的可采用順序控制器或可編程序控制器等。
2.對于要求電氣調速的生產機械
當需要電氣調速時,應根據生產機械提出的具體調速指標來選擇傳動方案。
若要求調速范圍D=2~3、調速級數Z=2~4時,一般采用可變極數的雙速或多速籠型異步電動機傳動。
若要求調速范圍D≤3、調速級數Z=2~6、重載起動、短時工作或重復短時工作的負載情況,一般采用繞線轉子異步電動機傳動。
若要求調速范圍D=3~lO,無級調速,且功率不大時,要是不經常正反轉,不經常運行在低速狀態,通常采用帶滑差離合器的異步電動機傳動系統。
對于要求調速范圍D=10~100或D>loo,隨著電力電子、微電子、計算機以及矢量控制技術的發展,有多種方案可以選擇:如可以采用帶速度反饋的晶閘管直流傳動系統;直流脈寬調速系統或變頻交流調速系統等?梢灶A見,隨著交流電氣傳動系統優勢的發揮,直流電氣傳動系統將逐漸被新型交流電氣傳動系統所取代。