问答题
试比较直流电动机调速系统、交流异步电动机调速系统和同步电动机调速系统的优缺点,并指出今后调速系统的发展趋势。
【正确答案】1.优缺点比较
(1)直流电动机的缺点
结构复杂、机械磨损严重、噪声大、维护困难、价格昂贵;换向产生火花,不适合易燃易爆等恶劣环境;机械换向器的换向能力限制了电动机,难以制造大容量、高转速、高电压的直流电动机,接触式的电流传输又限制了直流电动机的使用场合;电枢在转子上,电动机效率低,散热条件差,冷却费用高。为改善换向能力,减少电枢漏感,转子变得短粗,GD2增大,影响系统的动态性能。
直流电动机调速的优点:调速范围广,易于实现平滑无级调速;起动、制动和过载转矩大;易于控制,可靠性高,动态性能好。
(2)交流异步电动机的优点
结构简单,坚固耐用,维护工作量小;运行效率高,转动惯量小,动态响应快,适应范围广;可以制造大容量、高转速、高电压的交流电动机。
交流异步电动机调速的缺点:异步电动机需从定子侧励磁,电动机功率因数低,造成变频装置的功率因数低;在高性能的矢量控制异步电动机调速系统中,转子参数受温度影响,产生控制误差,影响控制精度,需加补偿措施或利用其他控制方式(如矢量变换控制.直接转矩控制、无速度传感器控制系统、数字化技术等,非线性解耦控制、人工神经网络自适应控制、模糊控制等新的控制策略);异步电动机为提高其功率因数及效率,需尽量减小定、转子间隙,这使得制造困难,并不适合工作于冲击振动大的场合。
(3)同步电动机的优点
普通同步电动机结构虽比笼型异步电动机复杂,但比直流电动机简单;和同容量的直流电动机相比,效率高,过载能力大、体积小、转动惯量小,便于维护;可以制造大容量、高转速、高电压的同步电动机。同步电动机调速的优点:和异步电动机调速系统相比,它具有功率因数高(可为1,甚至超前)、转速恒定、转子参数可测、效率高等优点。特别是对于低转速、负载不断冲击振动的生产机械,如:轧钢和挖掘机,由交一交变频器供电的同步电动机矢量控制调速系统,其运行性能达到并超过了直流电动机调速的水平。同步电动机调速的缺点:起动费事,重载时有振荡以至于失步的危险。采用转速频率闭环控制解决失步问题。除永磁式同步电动机外,需要在转子侧加一套励磁绕组,无论是无刷励磁还是有刷励磁,和笼型异步电动机相比,都要增加维护的工作量。同步电动机的矢量控制比异步电动机的矢量控制复杂,需要准确检测转子位置或转子磁链位置。
2.调速系统的发展趋势
在三种调速系统中,直流调速系统虽然历史悠久,技术成熟,并且在不断地完善自己(如全数字化),但由于直流电动机的固有缺陷,目前已逐渐被交流调速所取代,与异步电动机传动系统相比,有竞争力的当属同步电动机调速系统,它引起了人们的极大兴趣,在电气传动领域中占有很大比例。相信不久的将来,在取代直流调速系统方面,其作用将超过交流异步电动机调速系统。
【答案解析】