调速传动的发展及比较

    1．机械式调速传动

    机械式调速传动采用机械式动力源调节传动速度最为古老，其典型方式如下：

    蒸汽机调速有起动转矩大、调速及反转容易等特点，缺点是热效率低、单位输出功率大。所以中小功率的动力设备用内燃机和电动机驱动，大功率的动力设备使用汽轮机或电动机来驱动。

    汽轮机的优点是能量转换效率高、容易获得高速等，缺点是需要锅炉和大的附属设备，现逐步被变速联轴节和调速电动机所取代。

    使用汽油的内燃机主要用在汽车、船舶等交通领域，不需要电源。

    2．变速联轴节

    变速联轴节就是在以定速运转的电动机轴上装设可调速的联轴节，用于改变负载装置的输入转速，其典型代表如下：

    变间距带轮调速主要是利用带与带轮的接触面的摩擦力传递动力，调节轴的带与带轮间距、改变等效直径比进行调速，调速比为1：3～1：6。这种调速响应性及精度差，现广泛改用变频器进行调速。

    液力式变速机调速是利用改变液量来改变输出轴的转速，容易实现无级调速，比机械式调速好，但效率低、损耗大、无制动、急加减速困难，它也逐步被变频器调速代替。

    电磁转差离合器调速是调节励磁电流控制速度与转矩特性。它的缺点是总效率低，转筒需要冷却，不能产生制动转矩等，现也逐步被变频调速所代替。

    3．调速电动机

    在调速传动中，常常强烈要求将使用的电动机直接调速动转。现将调速电动机分类如下：

    直流电动机调速用发电机-电动机组控制是调速电动机的先驱，在初期主要是直流发电机-电动机方式或汞弧整流器方式，即用交流电动机传动直流发电机，改变励磁电流或控制汞弧整流器的触发相位角以获得可变直流电源，从而改变直流电动机的转速。这个时代的控制回路采用电子管等，在系统的效率、稳定性方面欠佳。但在1958年晶闸管及控制用晶体管开始生产，使采用晶闸管供电的直流电动机的应用成为可能。1967年，大容量平板式晶闸管开始生产，这种大容量晶闸管供电的直流电动机在工厂中被采用，实践证明其性能、效率、稳定性及维修性良好。以后就跨入了真正晶闸管供电直流电动机的时代。1970年晶体管放大器变为集成电路放大器，从此性能就更上一层楼了。

    另一方面，对于交流电动机的调速传动，其控制的基本原理很早被确立，转子电阻控制、电机串级调速等方式已实用化，但在稳定性、可靠性、维修等方面有些不足，使用范围受到限制。1965年以后由于晶闸管及控制用晶体管的进步，控制绕线转子异步电动机的转子电压进行调速运转的静止串级调速，采用晶闸管变频器进行同步电动机调速的无换向器电动机，采用晶闸管变频器使笼型异步电动机进行调速等依次实用化，完成了以变频器调速为主流的基础。以后随着电力半导体及控制器件的发展，直流电动机调速时代将过渡到交流调速的时代。

    采用电力电子及微电子技术的调速电动机，由于控制性能、速度控制范围、效率及维修性能优良，现已广泛地采用。

    上述三种调速性能比较如表1-3所示。

    表1-3    几种调速性能的比较