可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器

　　可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器（Adjustable speed drive）簡(jiǎn)稱ASD，也稱為變速驅(qū)動(dòng)器（Variable speed drive），簡(jiǎn)稱VSD，是指可以調(diào)整機(jī)械速度的設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備（例如組裝線）會(huì)針對(duì)不同的應(yīng)用，運(yùn)作在不同的速度。若制程條件需要調(diào)整泵或是風(fēng)扇產(chǎn)生的流體流動(dòng)，在許多控制流體流量的應(yīng)用中，可以透過調(diào)整設(shè)備速度來節(jié)省能源。

　　若設(shè)備的速度可以從幾個(gè)事先規(guī)劃好的速度（例如高速、中速、低速）中選擇一個(gè)，此驅(qū)動(dòng)器稱為是“可調(diào)速”（adjustable speed）。若設(shè)備速度可以在一定范圍內(nèi)自由調(diào)整，即可以稱為“變速”（variable speed）。

　　可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器及變速驅(qū)動(dòng)器可能是純機(jī)械、機(jī)電、液壓及電子的。

電動(dòng)機(jī)

　　交流電動(dòng)機(jī)若以交流電源驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以根據(jù)其定子極數(shù)及交流電源頻率，會(huì)在固定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。交流馬達(dá)可以運(yùn)作在“換極”的運(yùn)作方式，重新調(diào)整定子繞組的方式，以調(diào)整定子的極數(shù)，可以得到二種或是三種的速度。例如一個(gè)八極電動(dòng)機(jī)的機(jī)器，可以透過調(diào)整接線的方式，而是以4極或8極運(yùn)作運(yùn)轉(zhuǎn)，假設(shè)工頻為60Hz，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1800RPM及900RPM。若不常需要有速度的變動(dòng)，電動(dòng)機(jī)可能一開始接線為某一種轉(zhuǎn)速的模式，若制程條件變化，可以重新接線，或是透過電磁接觸器在兩個(gè)速度之間切換。要在超過三個(gè)速度之間切換就沒有經(jīng)濟(jì)價(jià)值了。

　　可設(shè)定定速運(yùn)轉(zhuǎn)的速度組數(shù)隨著極數(shù)增加而增加，因此也會(huì)受到成本的限制。若需要速度組數(shù)太多，或是需要無段變速，就需要其他的方法了。

　　直流馬達(dá)可以調(diào)整串接場(chǎng)電流來調(diào)整速度，另一種調(diào)整直流馬達(dá)速度的方式是改變電樞上的電壓。

　　可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器可以用電動(dòng)機(jī)以及調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器組成。若是定速電動(dòng)機(jī)配合一個(gè)可以調(diào)整機(jī)械轉(zhuǎn)速的機(jī)構(gòu)，也可以稱為可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器（電動(dòng)機(jī)速度固定，但驅(qū)動(dòng)負(fù)載的速度可變）。隨著電力電子學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多傳統(tǒng)的可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器技術(shù)已經(jīng)被變頻器（variable frequency drives）取代。

使用可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的原因

　　使用可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的原因，主要會(huì)是為了過程控制及節(jié)約能源。一開始使用可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的目的是為了過程控制，但后來節(jié)約能源成為同樣重要的主題。

避免反復(fù)啟動(dòng)停止

　　相較于傳統(tǒng)定速運(yùn)作模式，可調(diào)速控制器可以提供比下更平順的運(yùn)作。以污水抽水站為例，污水會(huì)因重力經(jīng)由管路流到最下方的濕井中，接下來會(huì)將污水抽到處理制程中，若是用定速泵，會(huì)在濕井污水高過某一水位時(shí)開始抽水，低到某一水位后停止抽水。反復(fù)的開關(guān)泵浦會(huì)有在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)出現(xiàn)突波電流，在電動(dòng)機(jī)及功率控制設(shè)備上會(huì)有電磁應(yīng)力及熱應(yīng)力，泵浦及管路會(huì)有機(jī)械及液壓應(yīng)力，污水處理設(shè)備需要處理開關(guān)泵浦產(chǎn)生的突波。若使用可調(diào)速的驅(qū)動(dòng)器，泵浦可以在濕井水位上升時(shí)平順地加速運(yùn)行，讓所抽的污水量可以符合污水處理制程所需，制程也可以平順運(yùn)作。

節(jié)省能源

　　在工業(yè)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用中，主要的能源消耗是在風(fēng)扇和泵浦上。若定速風(fēng)扇和泵浦要應(yīng)用在變動(dòng)制程的負(fù)載上時(shí)，需設(shè)法調(diào)整其流量，最簡(jiǎn)單變動(dòng)流量的方式是在風(fēng)扇的管路輸出處增加擋板，或是在泵浦的管路輸出處增加閥，增加其壓力損失，因此降低其流量。不過增加的壓力損失也就會(huì)形成能量的損失上。若可以用增加設(shè)備的方式，不讓這些能量損耗，可能可以降低整體成本（電費(fèi)及設(shè)備成本）。若是用可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇或是泵浦，可以依需要調(diào)整速度，以避免額外的能源耗損。

　　若風(fēng)扇是由定速電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)，在不加裝擋板的情形下，其產(chǎn)生的風(fēng)量是設(shè)計(jì)用在系統(tǒng)最大需求的條件下，可能會(huì)比當(dāng)時(shí)需要的風(fēng)量要大。風(fēng)量可以用擋板來調(diào)整，但更有效率的作法是調(diào)整電動(dòng)機(jī)的速度。根據(jù)流體機(jī)械相似定律，若風(fēng)量為原來的50%，變速電動(dòng)機(jī)的耗能會(huì)減為原來的20%，而定速電動(dòng)機(jī)的耗能會(huì)是原來的85%。

可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的種類

　　有些原動(dòng)機(jī)（例如內(nèi)燃機(jī)、往復(fù)式蒸氣機(jī)、蒸氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、水輪等），速度在一定范圍可以連續(xù)無段變化（可能是透過燃料供給速率或是其他方式）。不過在很高或是很低的速度范圍下，效率可能會(huì)不佳，而且可能會(huì)有些系統(tǒng)因素，使系統(tǒng)無法運(yùn)作在非常低或是非常高的速度。

　　在電動(dòng)機(jī)發(fā)明前，會(huì)用機(jī)械式的調(diào)速器來調(diào)整水輪或是蒸氣機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械功。當(dāng)開始使用電動(dòng)機(jī)后，也同時(shí)出現(xiàn)了許多調(diào)整電動(dòng)機(jī)速度的設(shè)備。現(xiàn)今在工業(yè)驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)上，機(jī)械驅(qū)動(dòng)器、液壓驅(qū)動(dòng)器及電子驅(qū)動(dòng)器是彼此競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)品。

機(jī)械可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器

　　機(jī)械可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器有兩種：變節(jié)徑驅(qū)動(dòng)器及牽引驅(qū)動(dòng)器。

　　變節(jié)徑驅(qū)動(dòng)器（variable pitch drive）是皮帶輪帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，其中一個(gè)或是兩個(gè)皮帶輪的節(jié)徑可以調(diào)整。

　　牽引驅(qū)動(dòng)器（traction drive）是用金屬輥?zhàn)樱╮oller）在另一個(gè)配合的金屬輥?zhàn)由限D(zhuǎn)動(dòng)來傳遞能量。可以用移動(dòng)輥輪，改變接觸路徑上的輥?zhàn)又睆剑瑏碚{(diào)整入及輸出的速度比。已有許多不同的輥?zhàn)油庑渭跋嚓P(guān)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

液壓可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器

　　液壓可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器有三種：靜液壓傳動(dòng)器、動(dòng)液壓傳動(dòng)器以及液壓粘性傳動(dòng)器。

　　靜液壓傳動(dòng)器（hydrostatic drive）屬于變速器的一種，包括一個(gè)液壓泵浦以及液壓馬達(dá)。其中使用了正排量泵浦及馬達(dá)，泵浦及馬達(dá)旋轉(zhuǎn)一圈會(huì)對(duì)應(yīng)一定量的流體，這是依排量決定的，和速度及轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)。速度的調(diào)節(jié)是透過閥來調(diào)整流體的流量，或是調(diào)整泵浦或馬達(dá)的排量。目前已有使用許多不同款式的設(shè)計(jì)。斜盤傳動(dòng)器采用了軸向活塞泵及（或）馬達(dá)，可以調(diào)整斜盤角度來調(diào)整排量以及速度。

　　動(dòng)液壓傳動(dòng)器（Hydrodynamic drive）也稱為液力耦合器，利用油在定速輸入軸上的葉輪以及變速輸出軸的轉(zhuǎn)子之間傳遞扭矩。汽車自動(dòng)變速器中的液力變矩器就屬于動(dòng)液壓傳動(dòng)器

　　液壓粘性傳動(dòng)器（hydroviscous drive）有一個(gè)或是多個(gè)連接到輸入軸的碟片，與其平行的是另外一個(gè)或多個(gè)連接在輸出軸的碟片上，兩組碟片之間有油膜，用以傳遞轉(zhuǎn)矩。之傳遞的力矩和輸入軸及輸出軸之間油的壓力成正比，一般會(huì)用液壓缸來控制其壓力。此作用可以用在離合器上，例如Hele-Shaw離合器，也可以用作變速驅(qū)動(dòng)器，例如Beier變比例齒輪箱。

無段自動(dòng)變速器

　　主條目：無段自動(dòng)變速器

　　機(jī)械或是油壓的可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器若應(yīng)用在車輛、農(nóng)業(yè)機(jī)械等設(shè)備上，也常稱為變速器或無段自動(dòng)變速器（CVT）。

電子可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器

控制方式

　　控制可以是自動(dòng)的，也可以是手動(dòng)的。手動(dòng)的可以用電位器或是線性霍爾效應(yīng)感測(cè)器（抗塵抗油污效果較好），自動(dòng)的則可以利用旋轉(zhuǎn)編碼器量測(cè)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行自動(dòng)控制。

驅(qū)動(dòng)器種類

　　電子可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器，會(huì)依電動(dòng)機(jī)及控制方式的不同，分為三種：直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、VS馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器以及交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。每一種又有許多較細(xì)的分類。電子驅(qū)動(dòng)器會(huì)包括電動(dòng)機(jī)以及速度控制單元（或系統(tǒng)）。不過一般在電子電機(jī)領(lǐng)域提到驅(qū)動(dòng)器（drive），多半只考慮控制器，不包括電動(dòng)機(jī)。在電動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展初期，有使用電機(jī)機(jī)械的控制系統(tǒng)，后來的電子控制器是使用真空管進(jìn)行設(shè)計(jì)。在固態(tài)電子元件普及之后，新的控制器設(shè)備也就加入了最新的電子控制技術(shù)。

直流驅(qū)動(dòng)器

　　直流驅(qū)動(dòng)器是指配合直流電動(dòng)機(jī)的速度控制系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)的速度和電樞電壓成正比，和電動(dòng)機(jī)磁通（場(chǎng)電流的函數(shù)）成反比，因此用電樞電壓或是場(chǎng)電流都可以控制速度。有許多不同種類的直流電動(dòng)機(jī)，其控制方式也有不同。

VS馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器

　　VS馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器也稱為渦電流驅(qū)動(dòng)器（eddy current drive），有時(shí)也會(huì)依其主要廠牌稱為Dynamatic驅(qū)動(dòng)器（Dynamatic drive），其中會(huì)有一個(gè)定速電動(dòng)機(jī)（多半會(huì)是異步電動(dòng)機(jī)）以及渦電流的離合器。離合器中有定速的轉(zhuǎn)子，另一側(cè)是可調(diào)速的轉(zhuǎn)子，兩者之間有小的氣隙。場(chǎng)繞線上的直流電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，此磁場(chǎng)會(huì)決定定速轉(zhuǎn)子傳遞給可調(diào)速轉(zhuǎn)子的力矩大小。VS馬達(dá)內(nèi)部會(huì)在可調(diào)速轉(zhuǎn)子加裝交流的轉(zhuǎn)速表，以回授轉(zhuǎn)速資訊。控制器會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速資訊，調(diào)整離合器電流以進(jìn)行閉回路的速度控制。

　　VS馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器是滑差控制的系統(tǒng)，而且滑差能量會(huì)變成熱而散失，理論上VS馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的效率不會(huì)比交流/交流轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)器要好。電動(dòng)機(jī)以全速運(yùn)作，并且產(chǎn)生負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩。輸出軸會(huì)傳遞相同大小的轉(zhuǎn)矩，但其速度較慢。因?yàn)楣β适寝D(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的乘積，輸入功率等于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速乘以轉(zhuǎn)矩，而輸出功率等于驅(qū)動(dòng)器輸出轉(zhuǎn)速乘以轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)速的差稱為“滑差轉(zhuǎn)速”。從離合器耗散的熱等于滑差轉(zhuǎn)速乘以轉(zhuǎn)矩。目前變頻器已在大部分的應(yīng)用中取代了VS馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，不過在耦合大慣量，常需要啟動(dòng)停止的設(shè)備（例如沖壓機(jī)、輸送帶、起重機(jī)械或是大型機(jī)床）還是常使用VS馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，這類設(shè)備可以漸進(jìn)啟動(dòng)，而VS馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的維護(hù)，比機(jī)械式離合器或液壓可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器要簡(jiǎn)單。

交流驅(qū)動(dòng)器

　　交流驅(qū)動(dòng)器是指配合交流電機(jī)的速度控制系統(tǒng)。

　　滑差控制繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)（WRIM）驅(qū)動(dòng)器在轉(zhuǎn)子上有滑環(huán)，可以控制電動(dòng)機(jī)的滑差，控制方式包括將滑差能量再回灌到定子上，或是用調(diào)整轉(zhuǎn)子外加電阻的方式調(diào)整轉(zhuǎn)子電流。調(diào)整轉(zhuǎn)子電阻的驅(qū)動(dòng)器效率也不如交流/交流轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)的WRIM驅(qū)動(dòng)器，因此也不再流行，只在一些特殊的應(yīng)用中才會(huì)使用。

　　滑差能量回收系統(tǒng)可以將能量回收到定子側(cè)，轉(zhuǎn)換滑差能量，回收到定子側(cè)的電源。若是調(diào)整轉(zhuǎn)子電阻的驅(qū)動(dòng)器，這部分的能量就會(huì)變成熱散失了。滑差能量回收的可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器用在大型的風(fēng)扇、泵浦，風(fēng)力發(fā)電機(jī)，船舶推進(jìn)系統(tǒng)，大型液壓泵浦或發(fā)電機(jī)，或是能量?jī)?chǔ)存用的飛輪中。早期滑差能量回收系統(tǒng)會(huì)用電機(jī)機(jī)械的設(shè)備來進(jìn)行交流/交流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換（例如包括整流器、直流電動(dòng)機(jī)以及交流發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)），這稱為克拉莫驅(qū)動(dòng)器（Kramer drive），最近的系統(tǒng)用變頻器（VFD），稱為靜態(tài)克拉莫驅(qū)動(dòng)器（static Kramer drive）。

　　一般而言，最基本組態(tài)的變頻器可以進(jìn)行異步電動(dòng)機(jī)或是同步電動(dòng)機(jī)的速度控制，方式是調(diào)整提供給電動(dòng)機(jī)電源的頻率

　　電動(dòng)機(jī)不同頻率下的電壓、功率及轉(zhuǎn)矩

　　紅色：V/f曲線以及各頻率下的功率

　　藍(lán)色：各頻率下的轉(zhuǎn)矩

　　在一些低階的變頻器中，會(huì)用V/f控制來控制異步電動(dòng)機(jī)，其主要原理是將交流電動(dòng)機(jī)電壓除以頻率的比值維持在一定值，因此在運(yùn)行頻率范圍之間就可以改變其頻率，并且調(diào)整其功率。此運(yùn)行范圍一般是在電動(dòng)機(jī)基頻以下，電動(dòng)機(jī)在基頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其電壓會(huì)是額定電壓。若在超過基頻以上的頻率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其電壓會(huì)維持定值，因此電壓除以頻率的比值會(huì)隨頻率增加而減少，其輸出功率不變，但轉(zhuǎn)矩會(huì)減低。

　　回昇型交流驅(qū)動(dòng)器也是交流驅(qū)動(dòng)器的一種，在負(fù)載速度比馬達(dá)速度快時(shí)，回昇型交流驅(qū)動(dòng)器可以將能量回收到交流供電系統(tǒng)中。

　　在變頻器條目中有列出許多不同種類交流電動(dòng)機(jī)使用的電子速度控制技術(shù)。

關(guān)于可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器，小編為大家就分享這些。歡迎聯(lián)系我們合運(yùn)電氣有限公司，以獲取更多相關(guān)知識(shí)。