寬調速

第二次世界大戰(zhàn)期間，機床的進給系統(tǒng)主要采用液壓伺服機構作為驅動元件組成液壓伺服系統(tǒng)。20世紀60年代初，日本安川公司制成了小慣量電機代替液壓伺服機構，發(fā)展為電伺服系統(tǒng)。從70年代初開始，英國、美國、日本、法國、聯邦德國等國家，都先后研制和生產了寬調速直流伺服電動機，并廣泛應用于機床。日本富士通公司于1973年引進了美國蓋梯斯公司專利，并發(fā)展了自己的寬調速電動機。

中國從1975年開始也研制成多種規(guī)格的寬調速電動機，并開發(fā)了新一代的寬調速直流伺服系統(tǒng)。寬調速直流伺服電動機寬調速系統(tǒng)的重要設備是電動機，應選用高性能寬調速直流伺服電動機。這類電動機具有下列特點:轉矩波動系數小，低速時可輸出大轉矩，電氣時間常數小。(見伺服電動機)

(1)轉矩波動系數小。調速系統(tǒng)低速運行時，電動機的電磁轉矩波動影響穩(wěn)速精度。產生轉矩波動的原因有兩個：一是電動機齒槽引起的氣隙磁導隨轉子位置不同而發(fā)生變化，從而使電動機轉矩波動系數不為恒值，導致輸出轉矩隨轉子轉動發(fā)生周期性波動；二是在換向寬度內換向繞組中電流與氣隙磁場作用產生附加轉矩。普通直流電動機轉矩波動值與額定轉矩的比值為。.2~。.3，而寬調速直流伺服電動機的電樞槽數和換向片數都多，上述比值小于0.03，有利于低速運行平穩(wěn)。

(2)低速時可輸出大轉矩。對機床進給系統(tǒng)來說，低速工作需承擔切削時的負載轉矩大;而高速工作為空程運行，負載轉矩小。為減小電動機額定功率，在低速時使電動機過載運行，滿足短時重切削的要求，其峰值轉矩可為額定轉矩6~10倍，具有較大的過載能力。寬調速直流伺服電動機選用矯頑力高、磁性能穩(wěn)定的鐵氧體，鋁鎳鉆等永磁材料作磁極，并進行適當的磁路設計，使得在出現峰值電流時，不易去磁，且電樞的直徑大、電樞轉動慣t大、熱容t大；選用耐高溫的絕緣材料，電熱時間常數大，而具有較大的過載能力。因此，該電動機低速時能翰出大轉動，又有足夠的轉動慣量比，不會損失最大理論加速度值，保證了系統(tǒng)的快速響應能力。該電動機由于低速時翰出轉矩大，可以直接驅動負載軸，省去了齒輪傳動機構，使機械結構簡單可靠;消除了齒輪噪聲和振動，提高了傳動效率，降低了成本，消除了齒晾誤差，避免了齒隙振蕩，提高了系統(tǒng)放大倍數;由于沒有齒輪軸彈性變形的影響，提高了輛合剛度，使系統(tǒng)的毯速精度得到提高;電動機的電樞直徑大，電樞轉動慣t大，可以與負載慣量較好地匹配，伺服系統(tǒng)容易調整，運行德定。

(3)電氣時間常數小。電氣時間常數T.~L./R.。式中R.為電樞電阻；L.為電樞電感。由于L，與極對數的平方成反比，電氣時間常數T.也與極對數的平方成反比。小功率寬調速電機通常設計為6極或8極，大功率寬調速電機可設計為10~14極，因而電氣時間常數很小，有利于系統(tǒng)快速響應。技術措施為適應寬調速的要求，寬調速控制系統(tǒng)采取的措施主要有速度自適應調節(jié)器，采用電流限流型速度調節(jié)系統(tǒng)，動力潤滑，增加位里外環(huán)。

(4)速度自適應調節(jié)器.低速運行時，由于旋轉體質t不均勻、機械振動、電機電磁轉矩波動等系統(tǒng)內部擾動及負載擾動，會引起轉速降落，使在某一段時間內轉速為零，產生姍動.對于具有電流環(huán)和速度環(huán)的三階系統(tǒng)，可采用速度自適應調節(jié)器，使速度調節(jié)器的比例系數增大，積分時間減小，減小由上述擾動引起的轉速波動、動態(tài)速降以及出現停轉后的恢復時間。

(5)電流限流型速度調節(jié)系統(tǒng)。在系統(tǒng)的起動、制動期間內電樞電流超過限流值，電流環(huán)起作用，相當于雙環(huán)系統(tǒng)；在穩(wěn)態(tài)運行時，電流在限流值之內，電流環(huán)不起作用，為速度單環(huán)系統(tǒng)，其抗擾性能好、響應快，有利于寬調速控制。

(6)動力潤滑.低速運行時，負載軸的摩擦轉矩與電動機軸轉速為非線性函數關系，轉速為零時的靜摩擦轉矩大于轉動時的動康擦轉矩，由靜摩擦轉矩過渡到正常轉動時的動摩擦轉矩，正是低轉速區(qū)域所對應的奉攘轉矩非線性變化區(qū)域。當系統(tǒng)的轉速輸人量低于某一較小值時，由于摩裸轉矩的變化，使系統(tǒng)運行不平穩(wěn)。動力潤滑是變靜摩擦為動摩擦，克服低速運行不平穩(wěn)的有效方法。如采用晶體管脈寬調制放大器對電動機供電，當電動機轉速低于某一較低轉速時，電樞電流為交變電流，電動機處于高頗徽振狀態(tài)，使負載軸總是處于動摩擦轉矩狀態(tài)下運行，改善了低速運行特性。

(7)位置外環(huán)。在速度環(huán)具有良好性能的基礎上，增加位!外環(huán)可進一步提高調速范圍。理論上最低轉速值可接近于零。位工外環(huán)有數字式及鑒相式兩種，指令脈沖的頻率決定于轉速值，而且脈沖當t越小，電動機運行越平穩(wěn)。

普通的調速系統(tǒng)在高速段工作時穩(wěn)速精度較高，低速運行時的穩(wěn)速精度指標嚴重惡化，而寬調速控制能使低速運行時的穩(wěn)速精度達到要求。寬調速控制主要應用于機床特別是數控機床進給系統(tǒng)，以及天線伺服系統(tǒng)、儀表隨動系統(tǒng)、轉臺隨動系統(tǒng)等需要在寬轉速范圍下工作的控制系統(tǒng)中，如機床進給系統(tǒng)，其調速范圍為3000~30000。寬調速控制的實現主要是依靠適應寬調速運行要求的寬調速電動機及其相應的控制系統(tǒng)。

1998年，經全國科學技術名詞審定委員會審定發(fā)布。

十幾年前，串級調速作為一種高效率的交流無級調速曾經盛行一時，隨著近代變頻調速的興起，串級調速日漸蕭條，被認為是落后的調速技術.如何評價交流調速技術的優(yōu)劣，不同的需求有不同的標準。但普遍的共識是：⑴ 效率高；⑵ 調速平滑即無級調速；⑶ 調速范圍寬；⑷調速產生的負面影響（如諧波、功率因數等）??；⑸成本低廉。

既然串級調速和變頻調速有一致的調速特性。特點和性能：1）串級調速的控制設備焦復雜，成本較高，控制困難。因為轉子回路串入了一個頻率與轉子電壓頻率相同的外加電壓，且要隨頻率變化是相當困難的。因此，在實際應用中，通常是將轉子外加電壓用整流器整流成可控的直流電壓來代替交變電壓。2）串級調速的機械特性較硬，調速平滑性好，轉差功率損耗小，效率較高。3）低速時，轉差功率損耗較大，功率因素較低，過載能力較弱。4）串級調速范圍一般為（2~4）：1，適用用于大容量的通風機，提升機等泵類負載。5）串級調速電機要求是滑環(huán)電機，電機滑環(huán)碳刷需要經常更換維護，相比異步電機維護費用增加。6）串級調速裝置，為了順利啟動，會配合轉子串電阻啟動方式，拉到需要轉速之后，逆變器配合觸發(fā)實現調速。

《電氣工程名詞》第一版。 2100433B