工程機(jī)械電氣主傳動(dòng)方式分析

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了工程機(jī)械電氣主傳動(dòng)方式分析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請(qǐng)閱讀。

一、直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和變流變頻調(diào)速系統(tǒng)介紹

1.1直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

經(jīng)歷了現(xiàn)代科技發(fā)展的變革，對(duì)整流器的更新、以晶閘管整流裝置代替了老舊的直流發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)組以及水銀整流裝置等一系列發(fā)展，使得直流電氣傳動(dòng)產(chǎn)生了翻天覆地的變化。直流調(diào)速指的是通過人為或是自動(dòng)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變，從而滿足工作機(jī)械的需求，通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或電壓改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和工作機(jī)械特性的交點(diǎn)，讓電動(dòng)機(jī)能夠使穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的速度發(fā)生變化。因?yàn)橹绷靼l(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)與制動(dòng)性能，所以其比較適用于在比較廣泛范圍內(nèi)的平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦場(chǎng)卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬削床機(jī)、造紙機(jī)、高層電梯等一些需要更高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。今年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無論是在理論上還是在實(shí)踐上都有著比較成熟的技術(shù)，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)以及生活中起著極為重要的作用。

1.2變流變頻調(diào)速系統(tǒng)

變流變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變交流電動(dòng)機(jī)的供電頻率來達(dá)到交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速目的的技術(shù)。電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。人們想要讓簡(jiǎn)單可靠?jī)r(jià)廉的籠式交流電動(dòng)機(jī)也能像直流電動(dòng)機(jī)那樣調(diào)速，定子調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串極調(diào)速等交流調(diào)速方式就在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生；并相繼出現(xiàn)了滑差電機(jī)、繞線式電機(jī)、同步式交流電機(jī)等。但其調(diào)速性能都無法和直流電動(dòng)機(jī)相比。直到20世紀(jì)80年代，由于電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，才出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)。作為當(dāng)代電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主流，采用變頻調(diào)速技術(shù)的交流電機(jī)以體積小、保護(hù)系統(tǒng)齊全、可靠性高、操作簡(jiǎn)單快捷等以往調(diào)速系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛地使用和推崇。采用變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)被廣泛地運(yùn)用在鋼鐵、有色、石油、紡織、機(jī)械、化工、建筑、煤炭、電力、航海、電動(dòng)機(jī)車和養(yǎng)殖等行業(yè)之中，并且很受歡迎。隨著我國(guó)的數(shù)字控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和比較還會(huì)逐漸增加。

二、直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和變流變頻調(diào)速系統(tǒng)各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

站在技術(shù)角度來說，數(shù)字化微處理器的功率半導(dǎo)體變流技術(shù)使現(xiàn)代直流和交流調(diào)速都達(dá)到了很高的水平，其技術(shù)也相應(yīng)地較為成熟。

2.1直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

直流調(diào)速系統(tǒng)通過采用直流電機(jī)，以及晶閘管變流的方式，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。除此之外，直流調(diào)速系統(tǒng)還可以通過對(duì)電流的線性度以及直流電壓進(jìn)行改變，從而達(dá)到對(duì)電流給定速度和轉(zhuǎn)矩信號(hào)，從而便可以對(duì)電機(jī)的輸入電壓和電流進(jìn)行改變，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

(1)具有良好的起動(dòng)與制動(dòng)功能，對(duì)于在大范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速有著較大的優(yōu)勢(shì)。

(2)與同功率系統(tǒng)相比，其過載能力較強(qiáng)，通常都在百分之兩百左右。

(3)動(dòng)態(tài)反應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)。

(4)在四象限的工況下，同功率的系統(tǒng)元件比較少，所以直流調(diào)速系統(tǒng)的可靠性較高。直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)有：

(1)在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行修理時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不僅對(duì)技術(shù)的要求很高而且成本也比較高。

(2)電機(jī)的防護(hù)等級(jí)很難進(jìn)行提高。

2.2變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

變流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用的是交流鼠籠電機(jī)裝置和交流變頻調(diào)速裝置，該系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)時(shí)，需要改變頻率。變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：

(1)與直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)相比，因?yàn)椴捎昧私涣魇蠡\電機(jī)的原故，故維修相對(duì)簡(jiǎn)單，防護(hù)等級(jí)也較高。

(2)對(duì)電壓等級(jí)沒有什么特俗的需求。

(3)該系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、泵類的負(fù)載較小，所耗費(fèi)用不高。

(4)占地面積較小、體積小、重量較輕。例如，美國(guó)的某鋼廠通過采用交交變頻同步電機(jī)去替代原有的三點(diǎn)樞直流電機(jī)，在電機(jī)的功率都為12120kW的情況下，交交變頻同步電機(jī)對(duì)于空間的占用率僅為原來的三分之一。變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)有：(1)在同功率情況下，其過載能力較低。通常情況下＜150%。(2)在同功率情況下，其起動(dòng)力較小。(3)與直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)相比，在四象限工況下，變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性較低，并且造價(jià)偏高。

三、交流電機(jī)與直流電機(jī)的特性

通過分析可以得出交流電機(jī)與直流電機(jī)具有以下特性：

(1)交流電機(jī)擁有固定的基速行譜，其額定速度必須小于這一基速行譜值；而直流電機(jī)則可以在一定的基速范圍內(nèi)被設(shè)計(jì)成任意一檔速度。

(2)在任何補(bǔ)償?shù)那闆r下，直流電機(jī)的弱磁速度方位與其基速相比總是在1:3～1:5范圍之內(nèi)。

(3)同機(jī)座號(hào)的交流電機(jī)，最大扭矩與速度的平方呈反比，因而限制的了功率；而同機(jī)座號(hào)的直流電機(jī)，限制功率的原因主要是換向器的換向能力。

(4)如果電機(jī)在低速的情況下運(yùn)營(yíng)了較長(zhǎng)的時(shí)間，或是該設(shè)備的恒功率運(yùn)行范圍較大時(shí)，使用直流電機(jī)會(huì)更加具有優(yōu)勢(shì)。

(5)交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，其在輸出最大功率時(shí)，速度范圍會(huì)比較窄。

(6)同頻率交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與自重與直流電機(jī)相比較大，所以交流電機(jī)在啟動(dòng)與制動(dòng)頻繁場(chǎng)合的機(jī)械設(shè)備上使用時(shí)會(huì)受到更多的限制。

四、直流晶閘管變流器和交流頻率變換器的比較直流晶閘管變流器和交流頻率變換器的差異主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)由于變頻器通常采用的PWM的控制方式，并且以相對(duì)較高的頻率開關(guān)，因?yàn)楫a(chǎn)生的電磁干擾較大。

(2)若在使用調(diào)速器輸出相同的電流時(shí)，變頻器對(duì)半導(dǎo)體元器件的需求會(huì)增加。

(3)在目前通常使用的功率器件GTO、IGBT等器件的過載能力都相對(duì)較低，在不增加調(diào)速器容量的情況下，無法滿足過載峰值電流。

(4)在變頻器逆變前，要在其直流母線上通過設(shè)置電抗器以及其他平波器件的方式，以增大重量和安裝控件。

五、結(jié)語(yǔ)

在目前市場(chǎng)上，消費(fèi)者容易受到諸如，變頻調(diào)速比直流電機(jī)更易于維護(hù)，耗費(fèi)的費(fèi)用更少，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單的說法的影響，從而受到誤導(dǎo)。在上文中我們已經(jīng)對(duì)直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和變流變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了詳盡的分析，可以得知這樣的觀點(diǎn)過于片面，沒有足夠的科學(xué)依據(jù)。在實(shí)際上，兩種系統(tǒng)各有各的特長(zhǎng)與缺點(diǎn)，其使用也是因情況而定。

作者：何繼賢 呂敏 單位：長(zhǎng)沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院