减速电机的调速方法是什么?如何调?
齿轮减速电机是固定转速的减速电机,一旦速比选定,电机选定,最后输出转速是固定的。但实际使用中,还有许多场合要求速度有所变化,如车床的主轴速度、各种搅拌器的搅拌轴速度、输送不同物品时的输送机速度等,如何调速是工程技术人员甚为关心的话题。
减速电机的调速方法主要取决于其电机部分的类型(直流、交流异步、伺服、步进等),因为减速箱本身只是起降低转速、增大扭矩的作用,无法主动调速。调速的核心在于控制驱动电机的输入参数。
以下是最常见的调速方法及其操作方式(以中文说明):
一、 直流减速电机的调速
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改变电枢电压调速 (调压调速):
- 原理: 直流电机的转速大致与电枢电压成正比。降低电压,转速降低;升高电压,转速升高(但不可超过额定电压)。
- 如何调:
- 可变电阻器 (传统、效率低): 在电枢回路中串联一个可调电阻,通过改变电阻值改变电枢两端的电压。适用于小型、要求不高的场合。
- 晶闸管 (可控硅) 调压电路: 通过调节可控硅的导通角来改变输出到电枢的平均直流电压。需专用调速控制器/驱动器。
- PWM (脉宽调制) 调速 (最常见): 这是现代最主流的方法。使用开关器件(如MOSFET、IGBT)以高频快速地接通和断开电源。通过改变一个周期内接通时间(脉宽)与总周期时间的比率(占空比)来等效地改变平均电压。调节驱动器或控制器上的电位器或输入控制信号(如0-5V, 0-10V, 4-20mA)即可改变占空比,实现无级调速。 效率高、性能好。
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改变励磁电流调速 (弱磁调速):
- 原理: 直流电机的转速与磁通成反比。减小励磁电流(弱磁),磁场减弱,转速会升高(但转矩下降)。通常在基速(额定电压下额定励磁达到的转速)以上调速。
- 如何调: 使用可变电阻或专门的励磁控制器改变励磁绕组的电流。单独使用较少,常作为调压调速的补充来拓宽调速范围。需注意:励磁电流不能断开,否则可能“飞车”损坏设备!
二、 交流异步减速电机的调速 (最常见的三相感应电机)
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变频调速 (VVVF, 变频变压调速 - 绝对主流):
- 原理: 交流异步电机的转速近似与电源频率成正比。变频调速器 (变频器) 先将工频(如50Hz)交流电整流成直流,再通过逆变电路逆变成频率和电压可调的三相交流电供给电机。在改变频率(f)的同时也成比例地改变电压(V),保持磁通恒定,维持较好的转矩特性。
- 如何调: 使用变频器驱动电机。调速方法非常灵活:
- 变频器面板按键/旋钮: 直接通过变频器自身的操作面板按键修改频率设定值或转动旋钮。
- 模拟量输入: 接收外部的0-10V, 0-5V, 4-20mA等信号来设定运行频率。例如接一个调速电位器。
- 数字通信: 通过RS485、Modbus、CANopen、EtherCAT等通信接口接收上位机(PLC、HMI、电脑)的指令设定频率。
- 多段速设定: 通过变频器的多个开关量输入端子选择预设好的固定频率点运行。这是现代工业中最通用、性能最好的交流电机调速方法。
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变极调速:
- 原理: 利用特殊的变极多速电机(绕组设计可切换)。通过改变定子绕组的接线方式(如星-角切换、串联-并联切换)来改变电机的极对数(p)。转速与极对数成反比。
- 如何调: 需要使用专门的变极多速电机及其配套的切换开关(接触器组)。通常只有2-3档固定的转速可选择,不能连续无级调速。 常见于风机、水泵等负载,逐渐被变频器取代。
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改变转差率调速 (效率较低):
- 调压调速 (对于小容量单相或三相):
- 原理: 降低电机端电压会增大转差率(s),从而降低转速。但会导致转矩大幅下降,发热严重,效率低。
- 如何调: 串接自耦变压器、双向晶闸管调压器或PWM调压(效果有限)。仅适用于转矩随转速下降的负载(如风扇、小泵),调速范围窄,易过热。
- 电磁调速(滑差调速/涡流制动调速):
- 原理: 在普通异步电机和负载减速箱之间串接一个电磁转差离合器。离合器由电枢(主动端,连接电机)和磁极(从动端,连接负载)组成。改变励磁绕组的电流可以改变两者之间的滑差(转差),从而无级调节负载转速。
- 如何调: 通过调整配套的控制器输出的直流励磁电流大小。控制器可以有旋钮或模拟量输入设定转速。结构复杂,有滑差损耗(效率不高且发热),调速响应稍慢,维护量较大,已逐渐被变频器取代。
- 调压调速 (对于小容量单相或三相):
三、 其他特殊类型电机 (伺服电机、步进电机) 的减速应用调速
- 伺服减速电机: 调速精度极高、响应快。通过伺服驱动器,采用PWM技术控制输出电压的频率、幅值和相位。调速通过改变发送给驱动器的脉冲频率(速度模式)或位置指令(影响实际速度)实现。 需专用控制器设定。
- 步进减速电机: 开环控制。转速由输入脉冲信号的频率直接决定。通过改变控制器输出的脉冲频率即可实现调速。 调速平滑性相对较差,高转速时可能失步。
重要提示与调速步骤 (通用):
- 确定电机类型: 这是最关键的第一步! 查看减速电机铭牌和驱动器型号,确认是直流电机、普通交流异步电机、伺服电机还是步进电机等。
- 选择合适的调速器/驱动器: 根据电机类型和需要的调速范围、精度、性能要求选择:
- 直流电机:直流PWM调速器。
- 交流异步电机:变频器(首选)或电磁调速控制器(旧设备)。
- 伺服电机:专用伺服驱动器。
- 步进电机:步进电机驱动器。
- 正确接线: 严格按照调速器/驱动器的说明书接线。特别注意电源输入、电机输出、控制信号(模拟量、开关量、通信)、接地等。
- 参数设置: 许多驱动器(尤其变频器、伺服驱动器)需要根据电机参数(额定功率、电压、电流、极数、磁通等)进行基础设置。通常需要设置控制模式(本地/远程)、调速方式(模拟量/通信/面板)、加减速时间、最大/最小频率限制、保护参数(过流、过载)等。
- 调速操作:
- 面板控制: 在驱动器面板上按键设定目标速度(频率或转速值)或转动调速旋钮。
- 电位器调速: 在模拟量输入端子接一个10kΩ左右的线性电位器,旋转电位器。
- 外部信号控制: 给驱动器提供0-10V/0-5V电压信号或4-20mA电流信号来设定速度(例如PLC或仪表输出)。
- 通信控制: 通过串口、总线等方式由上位机发送速度指令。
- 固定档位: 对于变频器的多段速或变极电机,接通/断开相应的开关量信号选择预设速度。
- 监视与微调: 启动后观察电机的运行状况(噪音、振动、温升)和输出轴转速是否符合要求。可能需要根据负载情况微调加速/减速时间、比例增益(伺服)等参数以获得更好性能。
总结关键点:
- 核心在电机,减速箱是配角(增扭降速)。
- 主流方案:
- 直流电机 => PWM 调压调速。
- 交流异步电机 => 变频调速 (VVVF)。
- 高精度/高响应 => 伺服电机调速。
- 简单开环控制 => 步进电机调速 (调脉冲频率)。
- 操作: 无论哪种方式,最终都是通过调节驱动器或控制器的设定信号(面板、电位器、电压/电流、数字信号、通信指令) 来改变电机的供电频率或电压/电流,从而达到调速目的。
- 务必: 看清电机铭牌,选用正确匹配的驱动器,参照说明书接线和设置参数。
在开始调速前,务必确认你的减速电机配套的驱动器和电机类型!
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