分析 | 如何进行电机速度控制，电机速度控制的方法有多少种？

来源 | 老赵说机械

1. 电流频率

电机的旋转与电力直接相关，现代控制通过速度控制器影响电机的输入而控制电机速度，下图用示波器观察电机在单相交流频率正弦波和三相正弦波下的风速和电流的关系，上下起伏的波峰代表风速，电流频率为360度，美国的电流频率为每秒60次，称为60赫兹，在世界其他地方，这种速度是每秒50次（50赫兹），中心的水平线，也就是所谓的“零线”，一个正弦波每秒穿过它120次。

2. 多速电机

大多数电机制造商提供的电机有一个以上的可用速度，而实际上没有单独的控制器来改变这些速度。多速电机使用抽头绕组或多个交替绕组，速度可通过开关手动改变或通过电路板控制，通常用于多速的电机是PSC和罩极单相电机，PSC电机是最常用的，可以有抽头或交替绕组，罩极电机用抽头绕组制造。

制造商提供的速度组合存在限制，实际所需的速度可能并不总是可用到的，这是多速电机在任何情况下都会存在的一个限制；另一个缺点是，使用的开关通常是需要手动改变速度，这些电机与风扇配合良好，风扇用于在给定时间内无变化地交换一定量的空气，这种类型的风扇电机是相对经济的，但准确的气流是很难匹配，因为它的速度不灵活。

3. 被动装置速度控制

被动设备速度控制通常是实现最便宜的购买，但往往是最昂贵的使用方式，因为他们浪费电力。它们通过改变输入电压来控制电机的电磁特性。这就降低了整个正弦波的振幅，这实际上是改变了频率正弦波的高度，这是一项古老的技术，由于它的效率等级低，它正被更现代化的方法所取代，这些方法使用的交换机效率更高，价格也更便宜。

与被动装置速度控制一起使用的最常见的电机是PSC、罩极和三相电机，无论使用哪种电机，在使用特定类型的控制装置时，负载不得大于电机在启动时的额定值，否则将会发生故障。这通常是全速运转扭矩的150-200%，这种控制通常适用于小功率电机，我们通常不必担心负载或效率。虽然无源器件控制便宜可靠，但通常需要有人手动操作，由于电压输出不一致，精确的速度可能很难实现。

4. 串联电阻器

变压器：可以用它代替电阻，一般也可以用同样的方法工作，它由两个线圈组成，彼此电绝缘，排列方式是一个线圈中的电流变化将改变另一个线圈中的电压，电压的降低或升高是改变电机转速的原因。与串联电阻相比，变压器的优点是在低速启动时不会将功率浪费为热量，这也意味着负载可以以低速启动，这种控制方式的缺点是通常体积大，需要手动操作，而且不如串联电阻经济。

变阻器：当这个装置被激活时，它会改变电机绕组上的电压，从而产生电机打滑，通常，变阻器由一个电阻元件组成，该电阻元件配有两个触点，一个滑动，一个固定。当滑动触点沿电阻元件向固定触点移动时，距离和电流离开元件的速度都会改变，当前速度的这种变化可以当电机连接在一条直线上时转换成变速。这种控制方式的缺点是电机需要高速启动然后减速，否则触点会过热烧坏，另一个缺点是变阻器必须手动操作。

电位器：电位器与变阻器非常相似，只是它有一个电阻元件，通过3个触点而不是2个触点连接到电路上，排列方式和电流的变化方式也略有不同。电阻元件的端部连接到电路，第三个触点连接到电路的输出端，通常是一个滑动穿过电阻元件的可移动触点。

5. 固态控制

在过去的几年里，固态控制技术和如何使用它来控制电机有了巨大的进步，目前大多数的产品开发在速度控制器上进行的，涉及固态控制，有些控制装置甚至被整合到电机本身。固态控制通常是非常可靠的，可以给出准确的速度，并且越来越经济可行，与分数马力的电机一起使用。在过去，这些类型的控制通常只用于积分马力的电机，其中节省的电力证明他们有用，随着电子元件的进步和成本的降低改变了它们使用方式。

大多数不同类型的固态控制都包含了频率和/或电流的变化以控制电机速度，它们甚至可以改变频率，使之高于正常的线路频率，这意味着我们可以将速度提高到电机额定值之外。通常与固态控制一起使用的电机有罩极、PSC和三相。尽管这些类型的控制器比过去使用的不太复杂的控制器更精确，但在速度和扭矩控制方面，使用它们时仍存在一些缺点或问题。例如，这些速度控制装置的大多数制造商没有意识到通过改变谐波频率可能对电机造成的损害。

需要注意的其他一些缺点是，超过规定值的电流会对电机绕组层压板造成非常大的危害，来自逆变器的电压尖峰会对绕组造成很大的损害，谐波比电机部件已经测试过的能对轴承或层压板造成损害的谐波要高，声音和振动可以改变，从而产生损失当然还有更大的火灾风险。

6. 机械装置

机械装置是控制风机和鼓风机转速的最古老形式之一，它们可以单独使用，也可以与其他类型的空间一起使用。在大多数情况下，它们比电子形式的速度控制有很多优点。例如，你不必担心电子设备故障和专家判断哪一部分出了故障，使用机械设备，你通常可以看到哪个零件出了故障，如果需要的话，大多数机械人员都可以解决这个问题。

不幸的是，在正常运行期间，转速通常是不可调的，机构需要大量的维护，如润滑。

滑轮：这是皮带传动中最常见的速度控制形式，甚至有滑轮是完全可调的地方，你可以获得准确的速度。但是，当改变滑轮直径时，通常也需要改变皮带长度。滑轮在大型风扇或鼓风机中有着巨大的优势，其速度需要比标准电机提供的速度慢或快，或者不能使用直接驱动。只要滑轮上的皮带张力正确，它们也可以轻松地承载大负荷。我们大多数人都熟悉这种类型的产品，知道它是不可调的，而风扇或鼓风机运行，这是一个巨大的浪费，这种布置通常也是最高维护之一。

变速器产品（齿轮减速器、齿轮、离合器等）：这种速度控制形式通常不用于风扇和鼓风机，但不应将其排除在考虑范围之外。大多数都熟悉变速器产品，因为它用于不同于风扇的应用中，当速度减慢时，负载不会改变。这些通常是可靠的，但往往非常昂贵又麻烦，它们通常需要很高的维护，并且经常需要手动调整以使速度改变。