交流和直流电机的调速有什么差异？

选择速度控制器是构建电机驱动应用的重要组成部分，并极大地影响项目的性能、成本、效率和寿命。虽然有许多不同类型的电机，根据不同的基本原理运行，速度控制可以大致分为交流和直流。

交流电机的调速

交流电机的速度实际上是由交流电源的频率决定的，通过修改这个频率来实现速度控制。执行此操作的设备称为变频驱动器或 VFD。 VFD 首先使用整流器将交流电源转换为直流电源，然后使用逆变器将其转换为所需频率的交流电源。有两种主要类型的 VFD。最常见的称为“V/Hz”驱动器，它通过保持一致的电压频率 (V/Hz) 比来运行，以确保在较宽的速度范围内保持一致的扭矩。这种类型的控制器可在 5 Hz 以上提供良好的速度控制。低于此速度，由于电压、频率和转矩变化之间的关系，仅仅保持 V/Hz 比率一致并不足以控制电机，电机通常会由于功率到转矩的低效转换而开始过热。因此，这种类型的控制非常适合需要窄带速度调节的中高速应用，但不适用于伺服电机等极低速或无速（保持转矩）应用。

第二种类型的 VFD 被称为“矢量驱动器”，即使在非常低的速度下也能控制交流电机的速度和扭矩，它通过分别控制电机内的两种不同类型的电流、励磁电流和产生转矩的电流来实现这一点。使用复杂的算法，矢量驱动器操纵这些电流，以在极低速时保持最佳的功率转换为扭矩，并减少低速时的热损失。这意味着矢量驱动器通常在全速范围内提供更高的启动扭矩和精确控制，是低速、换向和保持扭矩应用的理想选择。

直流电机的调速

控制直流电机的速度只需使用电位计控制电源电压（在电机的安全工作范围内）即可，直流电机在整个速度范围内保持一致的扭矩，无需额外的组件。这使得控制它们的速度比交流电机容易得多，并且它们非常适合需要在任何速度下进行精确控制的应用。

然而，进一步的考虑取决于速度控制器的要求，在交流电源上运行的直流控制器需要使用整流器对电源进行转换。与交流电机不同，直流电机的制动或反转需要额外的组件，通常是用于制动的功率电阻器和用于切换电源极性以使电机反转的继电器。还必须确保电机在反转电源极性之前已经停止，这需要一种检测电机何时处于静止状态的方法，这可能会增加显着的额外成本，尤其是对于较大的应用。

对比

传统上，对于需要高水平速度控制的应用，选择直流驱动器是唯一真正的选择。然而，今天，技术进步已使交流变频器在能力方面迎头赶上。现代交流矢量驱动器可以提供即使是最严格的应用（例如伺服电机）所需的速度控制范围和精度。在某些情况下，交流变频器甚至具有优势，尤其是在需要频繁制动和换向时。一般来说，交流速度控制器比直流控制器更昂贵，因为它们更复杂。然而，由于交流电机通常更便宜，控制器/电机组合成本可能低于等效的直流驱动器，特别是对于超过2马力的应用。交流速度控制器的成本也在下降，不断增长的需求推动了制造技术的改进和技术创新。因此，重要的是根据应用程序在其整个生命周期内的全部范围来比较成本。

由于交流速度控制器更复杂，它们通常需要在安装过程中进行配置和调整，而直流驱动器的连接和使用相对简单。然而，这使它们能够提供更广泛的可编程故障安全保护，并且现代软件正在提高交流驱动器的安装便利性，例如能够在单元之间传输配置数据，以使更换更快、更容易。对于自动化控制系统应用，交流速度控制器可能是更好的选择，因为它们通常具有集成到监控网络所需的硬件和软件功能。

结论

交流和直流电机速度控制器的工作原理不同，各有优缺点。选择电机速度控制器时，重要的是要考虑所有应用要求以做出最佳选择。对于高精度速度控制，交流和直流应用都需要速度传感器（例如转速计或编码器）以闭环配置运行，这使他们能够在变化的扭矩应用中实现极其精确的控制。