用电子调速驱动器代替其他方法

多年来，人们采用了许多方法来改变从动轴的转速。从机械连杆到滑轮再到可调速驱动器，所有方法都有效，但都有优点和缺点。本文将处理许多差异，并说明没有机械问题的电子可调速控制将如何提供更可靠的解决方案。

自闭症理论:
三相异步电动机的转速是以线频率为基础的。在美国，这个频率是60Hz或每秒60个周期。电机设计有一定数量的电机极。可能最常见的是四极电机。利用下面的公式，可以确定电机的同步速度。



因此，在美国，一台四极电机的同步加速器转速将达到1800RPM。然而，所有电机在满载时都表现出一些滑移，因此更有可能电机额定转速将接近1750-1780RPM。可调速驱动器在改变电机看到的实际频率时很有用。典型的ASD接收输入线路电压并将其转换为直流电压。参见图1。

然后对该电压进行滤波以去除交流纹波。然后使用晶体管，将直流电压“倒转”回交流电压。由于晶体管是通过处理器控制的，任何特定的电压和频率都可以调节到电机。通过这种方式，只要调整电机接收的频率，就可以设定任何所需的速度。你可能会听到诸如变频驱动、逆变器或可调速控制等术语，它们都指的是同一件事。逆变器更进一步是矢量驱动器。矢量驱动器使用编码器反馈来确定实际速度。然后，通过分离转矩产生电流从磁通电流，矢量驱动器可以产生全转矩到零RPM。ASD的总扭矩曲线如图2所示。一个标准的开环控制执行10:1的反转是标准的。加上编码器和使用矢量技术，翻转可以超过1000:1。 Turn-ups are only limited to the mechanical limitations of the motor since the drive can create frequencies up to 1000Hz. Note from the diagram that the HP remains constant beyond base speed. No belt can provide the same flexibility. Even easier on the setup is that of infinite numbers of speed changes and most of all, no belts or springs to maintain, no friction losses and no more maintenance calls. HP ranges for ASDs have recently made it into the 2000HP+ range for low voltage controls (600V or less).

机械系统:
变距滑轮是改变负载速度的一种简单的机械方法。几个不同的制造商提供了许多解决方案的基础上，turn down或turn up比。在其最简单的形式，一个滑轮调整，另一个滑轮是弹簧负载。然后打开或关闭可调节滑轮的比例来调整速度，负载弹簧的滑轮以相反的方式自我调节。更先进的滑轮系统将机械连接，以便当一个滑轮打开或关闭时，相反的滑轮也会改变，这确保了皮带不会滑倒的操作。如图3a和3b所示。与任何机械换档一样，无论是真正的变速箱还是比例上升或比例下降的滑轮系统，两件事是成反比的，速度与扭矩。当负载变快时，扭矩下降，反之，当负载变慢时，扭矩上升。这可能在切割应用中有用，在切割时需要钻头上的高扭矩，但在抛光/精加工切割时需要低扭矩的高速。典型的比例通常是3:1，但也可以高达9:1。 HP limitations are usually around 50HP. Guards must be maintained to prevent contact with rotating equipment, thus these can be a safety hazard.

即使再多走一步，也可以添加气动或液压系统来完成机械变化，而无需手动调整。用一个简单的PID控制器，这可以是自动的。

然而，有一件事，必须考虑的任何时候这种设置是使用负载扭矩。每当司机比负载转得快时，负载上的可用扭矩就会上升。这可能会造成一个问题，当只是试图改变速度，但保持相同的可用扭矩。另一个问题是皮带和弹簧的磨损。随着时间的推移，弹簧将失去其效力，皮带将变得松弛并开始滑动，从而导致其损失。如果弹簧过紧，则皮带会产生更大的阻力，从而造成进一步的损失。因此，如果使用这种方法，就必须在确定规模和计划未来维护方面进行大量的工程工作。

当扭矩只需要改变速度时，asd是一个完美的选择。由于驱动器没有运动部件，因此没有机械磨损需要处理。如果操作需要以任何比例的速度变化，驱动器可以处理它，而不需要更换皮带轮和皮带。

另一种改变速度的方法，而不是变滑轮方法是牵引传动。在这种方法中，两个转子以不同的角度啮合在一起以调节速度。如图4a和4b所示。

由于接触点的改变，负载速度也随之改变。这些最适合连续加载应用程序。不允许尖刺加载，因为滑动很容易发生，并迅速减少活动部件的使用寿命。另一种类型的牵引驱动器如下图5所示。

安装在这些可倾轴上的驱动球压在输入和输出锥面上。通过移动丝杠，滚珠倾斜轴以增加或降低总体速比。这是一种有效的变速方法，但不适用于冲击载荷。

在这种情况下，可调节的速度控制可以容忍尖峰负载，并可以减少从“冲击”中看到的瞬态。连续电流调节，控制将减少峰值电流到一个合理的水平。即使是那些冲击载荷最严重的设备，如碎石机，也可以从这种控制方式中受益。缺点当然是没有增加扭矩可以实现可调速度控制，但超速不是一个问题，除非机械原因在电机阻止它。

从减速转到使用力学的跟随。一些机械严格依赖于一个电机与多个齿轮装置，以提供整个机器的同步运动。参见图4。由于零件磨损，这种传动装置通常会变得不同步，从而导致产品质量差。用户必须更换传动装置来修理机器。做出调整也不容易。两者都是代价高昂的解决方案。然后在web流程的情况下，调整松弛也是困难的。一个可调速度驱动器，在这种情况下，矢量版本将提供一个更简单的方法。参见图6。 Instead of using (1) 20Hp motor with mechanical links, (4) 5HP drives/motors are used instead.

使用线轴编码器(或来自另一个控件的编码器)，可以连接无限数量的电机以菊花链或并行配置运行。由于我们处理的是电子设备，而不再是机械环节，磨损就消除了。如果机器需要调整，它是一个简单的控制参数调整，而不是重建机器。如果需要纠正松弛，那么一个简单的输入更改就可以从web中消除松弛。结合这种电子传动装置，精度可以维持到+/-1编码器计数，并可以操纵任何变速箱范围。如果工艺改变或使用了不同的材料，这只是在控制中调整比例的问题。不需要任何机械上的改变。这是一种成本节约!

涡流离合器是另一种调速控制方法。通过在电机上增加感应式离合器，负载速度可以改变。当负载从10%到100%时，涡流离合器可以提供最大速度的0.5%的调节。(从空载到满载，调节通常为3%或以上)在涡流离合器的情况下，电机通过线路启动，离合器失效(无电流流动)。当电机达到转速后，它的控制器与涡流离合器接合。参见图7。

涡流离合器由磁场、转速表和涡流控制模块组成。控制模块为离合器提供直流电流，从而使负载旋转。转速表的反馈在PID设置中被馈送到控制模块。负载所需要的扭矩越大，就需要向离合器提供更多的电流以防止滑动。在空载的情况下，最少的泄漏量进入离合器和轴旋转，因此零转速的空载极其难以调节。在涡流离合器的情况下，没有额外的扭矩可以提供给负载。在最好的情况下，附着在离合器上的负载将看到电机速度的95%，或者在1780RPM驱动电机的情况下，负载将以1690RPM旋转。所以，负载永远不会达到全速。在调整速度和扭矩时，必须考虑到这一点。

一个可调的速度控制改变频率给电机，因此它的速度直接成正比的频率由电机提供。唯一的例外是，电机本身就有“打滑”。因此，四极电机在满载时可能以1780Rpm运行，在空载时以60Hz运行时可能以1800RPM运行。然而，在这种情况下，你会得到全范围的电机和不像涡流离合器，与ASD附加，超速是可能的。

结论:
有许多方法可以控制速度。大多数机械方法都很有效，而且很容易理解。然而，在人工和重置成本方面，维护可能会成为一个令人头痛的问题。随着机器的升级，执行速度越来越快，机械解决方案通常需要完全更换。在竞争的公司中，保持领先地位是必须的。在可调速度控制的情况下，改变速度或扭矩通常是一个参数变化的问题，这可以在飞行中完成。它们没有机械故障，每天都添加更快的处理器和更多的内存，因此它们的“智力”增长得更快。在设置机器速度控制时，一定要权衡机械和电子的选择。