从生产机械要求控制的参量来看,电气传动控制系统可以分为:速度控制系统(简称调速系统)、位置控制系统、张力控制系统、多电动机同步控制系统等,上述控制系统通常都是利用控制转速(更本质上是控制电动机的转矩)来实现的,因此电气传动速度控制系统是最基本的电气传动控制系统。因此在我们接触具体的电气传动速度控制系统之前,有必要了解有关电气传动速度控制系统的一般性问题。
一.调速系统的技术指标
通常调速系统的技术指标一般指:静差率;调速范围;调速平滑性。
下面分别讨论各项指标。
1。静差率
静差率是指电动机运行于某一条机械特性上时,在额定负载下转速降△nN与理想空载转速n0

静差率表示电动机运行时转速相对稳定的程度。显然,电动机的机械特性愈硬,s愈小,转速的相对稳定性愈高。不同的机械设备对s的要求不同。例如,卧式车床可允许s 应当注意,静差率和机械特性的软硬程度既有联系,又有区别。例如,图5—1中的特性1和2
相互平行,斜率是一样的,故额定转速降△n=△n1=△n1。但因n n1>nn2所以s2

2.调速范围
调速范围一般是指电动机在额定负载下运行时,****转速nmax与****转速nmin之比。

由图5—1的机械特性曲线l、2可导出D与s
之间的关系,设
式中s2——允许的****静差率。
对同一台电动机来说,它的nmax已确定,在允许的****静差率s的条件下,若扩大调速范围,就必须设法减小△nN,也就是减小机械特性的斜率。但在一般转速开环系统中,△nN达不到非常小的值(受Ia和Ra的限制)。为了进一步减小△nN来扩大调速范围D,在电气传动系统中常采用转速闭环调速系统。
3.调速的平滑性
调速的平滑性通常是指在一定转矩(一般为额定转矩)下,两条相邻特性转速ni和ni+1或ni一1)之比来表示,即

这个比值越接近于1,调速的平滑性就愈好。在一定的调速范围内,调速的级数愈多,则平滑性越好。当调速级数趋于无限多时,称为“无级调速”,K接近于1,调速的平滑性萎好。各种机械设备对调速平滑性有不同的要求。有的用有级调速已能满足,对调速平滑性要求特别高的,才采用无级调速。
调速系统还有一些其他指标,如****超调量、过渡过程时间、振荡次数等,读者如有需要.可参考电气传动方面的专业书籍,这里就不再赘述了。
例 有一直流他励电动机的数据为:额定功率P=60kw,额定电压uN=220V,额定电流In=305A,额定转速nN=1000r/min,电枢回路总电阻Ra=O.04Ω,求静差率s≤O 2时电动机
的调速范围。
【解】首先求

理想空载转速

额定转矩下的转速降
所以,电动机的调速范围

二。机械与电气调速方法
根据生产机械的容量大小和对调速的技术、经济要求可以选用机械的、机械一电气的调速方法。
1_机械有级调速
在各类生产机械中,所谓机械有级调速是指各种机床的主传动及进给运动的不同转速及速度是通过改变齿轮箱中齿轮组(或带轮)的变速比得到的,这种调速方法常常不能保证最有利的切削速度,也就是机床不能在各种情况下保证有****的生产率。另外,若机械系统比较复杂,还会降低其工作精度并增加造价。但这种单纯靠机械有级调速的方法由于简单、可靠,所以在中、小容量的生产机械,如卧式车床、钻床、铣床等及起重运输机中,仍得到广泛的应用。
2.机械和电气结合的调速
这种方法是一种有级调速。为了简化生产机械的传动系统采用多速笼型异步电动机(双速、三速或四速电动机)。不同转速的调节是通过改变齿轮变速比和改变电动机本身的转速配合起来得到的,如果电动机的速度级数为m,机械变速级数为y,那么机床主轴的速度级数为

如有一三速电动机的调速系统,m=3,y=4,则z=12。
3.电气无级调速
生产机械的无级调速可以是电气的,也可以是液压的或机械的。但使用最多的还是电气无级调速系统,这是因为电气无级调速系统调速范围宽,控制方便灵活。还可以实现远距离操作,更重要的是电气调速能有效地简化机械结构,提高传动效率,有利于机电一体化。
三。 电气传动系统调速方案的确定
确定电气传动控制系统的方案时,应根据生产机械是否要求电气凋速,凋速要求的技术指标如何,生产机械是恒功率负载,还是恒转矩负载,生产工艺过程的复杂程度等进行初选,然后进行经济指标的比较,从而确定一个经济、合理、可靠、实用的方案。
1.对于不要求电气调速的生产机械
当机械负载不需电气调速,空载或轻载起动,起、制动不频繁时,应采用一般笼型异步电动机。着重载起动时.可选用双笼型或深槽式异步电动机,也可采用绕线转子异步电动机。当负载平稳,容量较大且起、制动次数很少时,可采用同步电动机传动。同步电动机的优点是效率高、功率因数高,在过励磁状态下,还可提高电网的功率因数,控制系统一般可采用继电一接触器控制系统,较复杂的可采用顺序控制器或可编程序控制器等。
2.对于要求电气调速的生产机械
当需要电气调速时,应根据生产机械提出的具体调速指标来选择传动方案。
若要求调速范围D=2~3、调速级数Z=2~4时,一般采用可变极数的双速或多速笼型异步电动机传动。
若要求调速范围D≤3、调速级数Z=2~6、重载起动、短时工作或重复短时工作的负载情况,一般采用绕线转子异步电动机传动。
若要求调速范围D=3~lO,无级调速,且功率不大时,要是不经常正反转,不经常运行在低速状态,通常采用带滑差离合器的异步电动机传动系统。
对于要求调速范围D=10~100或D>loo,随着电力电子、微电子、计算机以及矢量控制技术的发展,有多种方案可以选择:如可以采用带速度反馈的晶闸管直流传动系统;直流脉宽调速系统或变频交流调速系统等。可以预见,随着交流电气传动系统优势的发挥,直流电气传动系统将逐渐被新型交流电气传动系统所取代。