發(fā)布時(shí)間：2023-05-30 14:58:39
序言：寫作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
隨著交流電動(dòng)機(jī)被廣泛運(yùn)用在各式各樣的領(lǐng)域中，交流電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)就受到大家的重視。作為一種非線性的系統(tǒng)，交流電動(dòng)機(jī)具有高階、強(qiáng)耦合、參數(shù)時(shí)變等特點(diǎn)，屬于復(fù)雜系統(tǒng)，交流電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)擾動(dòng)抑制方法與其無(wú)源性控制相結(jié)合，使得電動(dòng)機(jī)的實(shí)際仿真效果、外部擾動(dòng)環(huán)境下穩(wěn)定等性能都較高，因此，交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)源性控制與擾動(dòng)抑制技術(shù)作為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。本文就交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)緣性控制原理、擾動(dòng)抑制原理展開分析，就其技術(shù)進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】交流電動(dòng)機(jī) 無(wú)源性控制 擾動(dòng)抑制技術(shù) 自適應(yīng)控制
交流電動(dòng)機(jī)主要是將交流電的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種機(jī)器，而基于交流電動(dòng)機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用在各行各業(yè)中，這也給交流電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)性提出了更大的挑戰(zhàn)。隨著交流電動(dòng)機(jī)被運(yùn)用在多種多樣的領(lǐng)域中，其具有的高階、多變量以及強(qiáng)耦合、參數(shù)時(shí)變等非線性系統(tǒng)特征表現(xiàn)得非常明顯。基于電機(jī)端口的受控研究，下文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)源性控制和擾動(dòng)抑制技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，就其原理展開研究。
1 國(guó)內(nèi)外對(duì)交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的相關(guān)研究現(xiàn)狀
1.1 交流電動(dòng)機(jī)速度控制主電路與控制電路
事實(shí)上，交流電動(dòng)機(jī)的速度控制主要以大功率電力電子器件為主，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)控制理論被廣泛使用，這也給交流電機(jī)拖動(dòng)的開發(fā)提供了良好的環(huán)境和基礎(chǔ)。目前，控制電路主要還是以DSP和單片機(jī)為主，電子控制器的數(shù)字化控制發(fā)展使得設(shè)備的性能大大提升，控制算法也得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等復(fù)雜控制也逐漸被應(yīng)用起來(lái)。作為電機(jī)調(diào)速的重要組成部分，智能功率模板成為了新一代的主控電路，通過(guò)將功率開關(guān)期間和驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行集成，內(nèi)設(shè)過(guò)電壓、過(guò)電流等故障檢測(cè)電路，將檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)紺PU中。它由高速低功耗的管芯與優(yōu)化門極驅(qū)動(dòng)電路、快速保護(hù)電路等部件構(gòu)成，能夠在發(fā)生負(fù)載事故或者使用不恰當(dāng)時(shí)，也能保證智能功率模塊安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1.2 交流電動(dòng)機(jī)的控制策略
早前的交流傳動(dòng)屬于不可調(diào)傳動(dòng)，而隨著電子控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流可調(diào)傳動(dòng)也逐漸開始廣泛起來(lái)。常用的穩(wěn)態(tài)模型控制方案主要由開環(huán)恒V/F比控制、閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制等。且前者是一種開環(huán)的控制方式，與變壓變頻控制不同，其不對(duì)速度進(jìn)行反饋控制，而閉環(huán)轉(zhuǎn)差屬于直接轉(zhuǎn)矩控制，因其實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制，從而擁有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性能，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差也較小?；诮涣麟妱?dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型的控制方法分為矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種，矢量控制實(shí)現(xiàn)了磁鏈與轉(zhuǎn)矩的解耦，可以進(jìn)行獨(dú)立控制，而直接轉(zhuǎn)矩控制的計(jì)算量小、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良。
1.3 交流電動(dòng)機(jī)非線性控制方法
前面說(shuō)到，交流電動(dòng)機(jī)是一種非線性的對(duì)象，而無(wú)論是矢量控制還是直接轉(zhuǎn)矩控制，都不能很好的對(duì)其動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行描述。所以自適應(yīng)控制、反饋線性化控制以及滑膜變結(jié)構(gòu)控制等都為電動(dòng)機(jī)的非線性控制提供了方式。自適應(yīng)控制研究對(duì)象具有一定的不確定性，包括描述被控對(duì)象、環(huán)境數(shù)學(xué)模型的不確定性，以及一些未知因素和隨機(jī)因素。這些不確定性有時(shí)是在系統(tǒng)內(nèi)部，而有時(shí)卻在系統(tǒng)外部發(fā)生。從內(nèi)部來(lái)講，描述被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型起結(jié)構(gòu)與參數(shù)就具有很大的不確定性，而這種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法在電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制中得到了很好的發(fā)揮。反饋線性化控制的整體較為精確，適合系統(tǒng)的整個(gè)分析域?；ぷ兘Y(jié)構(gòu)控制能偶使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨時(shí)變化的開關(guān)特征，但當(dāng)系統(tǒng)再不同滑膜軌跡中時(shí)，頻率切換可能伴隨著高頻的抖動(dòng)。
2 交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)源性控制原理分析
2.1 系統(tǒng)無(wú)源性
無(wú)論是哪種機(jī)械系統(tǒng)，如果沒(méi)有外界能量加以支持，其動(dòng)能與勢(shì)能之和總是趨近于零的，且其系統(tǒng)速度、位移也是趨向于零的。簡(jiǎn)單了說(shuō)，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，如果缺少外界能量注入，系統(tǒng)指揮消耗能量，而這種能量不可能放大，而只要停止向外界或者內(nèi)容注入能量，系統(tǒng)的能量之和必將趨近于零，以此來(lái)達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。對(duì)于非線性系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，公式中，u、y分別表示尾數(shù)相同的系統(tǒng)輸入與輸出，其中f（0）=0，h（0）=0.
另外，系統(tǒng)的無(wú)源性還是反應(yīng)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中所消耗的能量特征。對(duì)于一般的能量供給量來(lái)說(shuō)，考慮s（u，y）為單位時(shí)間內(nèi)以外不注入能量為輸出輸入信號(hào)函數(shù)，那么耗散的計(jì)算方法則為：
v（x（T））-v（x（0））≤
2.2 能量成形與無(wú)源性
因考慮到電機(jī)系統(tǒng)的能量成形與無(wú)源性，通過(guò)成對(duì)的變量uRm、yRm與外界相連，其結(jié)果滿足能量平衡方程。
H[x（t）] H[x（0）] =
該方程表示系統(tǒng)存儲(chǔ)的能量與外界供給能量和系統(tǒng)耗散的能量差相等。而公式中的H（x）表示訥訥過(guò)量存儲(chǔ)函數(shù)，xRn表示狀態(tài)向量，d（x（t），t）表示具有耗散效應(yīng)的非負(fù)函數(shù)。滿足能量平衡方程式的系統(tǒng)屬于無(wú)源性控制系統(tǒng)，且H（x）≥c，此時(shí)的c就表示能量函數(shù)的下界，y則表示無(wú)源輸出。具體如圖1所示。
2.3 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的無(wú)源性控制原理
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)非線性、多變量以及強(qiáng)耦合特點(diǎn)表現(xiàn)明顯的一個(gè)典型，近年來(lái)，隨著非線性控制理論深入廣泛的研究，使得感應(yīng)電機(jī)控制成為主導(dǎo)潮流。為了克服反饋線性化、無(wú)源性控制等需要考慮奇異點(diǎn)的問(wèn)題，無(wú)源性控制利用輸出反饋使得電機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)表現(xiàn)為無(wú)源映射，從上面所提到的電機(jī)能量方程入手，采用不影響其穩(wěn)定性的無(wú)功力簡(jiǎn)化控制器設(shè)計(jì)。此時(shí)，坐標(biāo)的變化并不影響系統(tǒng)的無(wú)源性，所以，選擇不同的輸出函數(shù)與能量函數(shù)，設(shè)計(jì)出多種無(wú)源性控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性控制。
3 交流電動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)L2擾動(dòng)抑制控制技術(shù)
進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，常常會(huì)遇到因負(fù)載轉(zhuǎn)矩存在擾動(dòng)或者電機(jī)參數(shù)時(shí)變等因速度影響電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。此時(shí)，如果僅僅適應(yīng)狀態(tài)誤差PCH控制方法，往往達(dá)不到理想的效果，而采用無(wú)源性控制與自適應(yīng)L2擾動(dòng)抑制技術(shù)結(jié)合的方式，能夠有效提高控制效果，達(dá)到所需性能要求。在電動(dòng)機(jī)負(fù)載擾動(dòng)但參數(shù)無(wú)變化的情況下，利用L2增益擾動(dòng)抑制和狀態(tài)誤差PCH控制結(jié)合可以推算出速度控制器；而當(dāng)發(fā)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩存在擾動(dòng)或者電機(jī)參數(shù)時(shí)變是，就要通過(guò)自適應(yīng)L2擾動(dòng)抑制和狀態(tài)PCH相結(jié)合的頒發(fā)來(lái)求得速度控制器。
當(dāng)系統(tǒng)無(wú)緣時(shí)，供給量s（u，y） = yTu就是耗散的，因此系統(tǒng)的供給量就是s（u，y） = γ22-2是耗散的，此時(shí)γ為整數(shù)，那么就說(shuō)無(wú)源系統(tǒng)有小于整數(shù)γ的L2增益。
針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)而言，通過(guò)建立異步電動(dòng)機(jī)端口受控哈密頓系統(tǒng)模型，來(lái)構(gòu)建閉環(huán)狀態(tài)誤差PCH系統(tǒng)。在互聯(lián)和阻尼配置能量成形方法的基礎(chǔ)上得到負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定控制器，如果想要單純依靠這些方法來(lái)控制系統(tǒng)是不可能的。針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的負(fù)載轉(zhuǎn)矩存在的擾動(dòng)問(wèn)題，我們通過(guò)在異步電動(dòng)機(jī)PCH控制的基礎(chǔ)上，采用L2增益控制方式設(shè)計(jì)控制器，對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)進(jìn)行抑制，同時(shí)這種方式也能很好的消除穩(wěn)態(tài)誤差引入PI控制。根據(jù)相關(guān)仿真結(jié)果顯示，所提出的這種控制方式，具有高效的轉(zhuǎn)速跟蹤性能和負(fù)載擾動(dòng)抑制功能，是異步電動(dòng)機(jī)現(xiàn)代非線性控制的一種有效途徑。
而對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)而言，針對(duì)PMSM速度控制負(fù)載擾動(dòng)及參數(shù)時(shí)變的問(wèn)題，可以利用狀態(tài)誤差PCH控制原理來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)速度控制器。與此同時(shí)，結(jié)合永磁同步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)誤差PCH控制，通過(guò)自適應(yīng)L2增益擾動(dòng)抑制功能，對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩及參數(shù)時(shí)變擾動(dòng)進(jìn)行抑制。仿真結(jié)果顯示，利用L2擾動(dòng)抑制技術(shù)可以有效的抑制系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)，在PMSM定子電感、電阻變化情況下，也可以使用自適應(yīng)L2擾動(dòng)抑制控制技術(shù)，減少電機(jī)參數(shù)時(shí)變和負(fù)載擾動(dòng)帶來(lái)的影響，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。
3 結(jié)束語(yǔ)
隨著交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，怎樣有效的控制電機(jī)成為了領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。本文介紹了交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)源性控制和擾動(dòng)抑制技術(shù)，利用公式和仿真結(jié)果證明了無(wú)源性控制與能量成形的關(guān)系，并得出L2擾動(dòng)抑制技術(shù)可以有效的抑制系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)。
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關(guān)鍵詞：額定功率；效率；定子；轉(zhuǎn)子
引言
實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)化的旋轉(zhuǎn)機(jī)械稱為電機(jī)。其中把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的電機(jī)成為發(fā)電機(jī)，能夠把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電機(jī)稱為電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)按照供電電源的種類不同可以劃分為直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)兩類，交流電動(dòng)機(jī)可以分為同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)作為選型的重要指標(biāo)，其數(shù)值的大小代表了電動(dòng)機(jī)工作能力與品質(zhì)的高低，應(yīng)當(dāng)是每位電工人員應(yīng)當(dāng)掌握與理解的重要參數(shù)指標(biāo)。
1 電動(dòng)機(jī)性能及參數(shù)的介紹
1.1 直流電動(dòng)機(jī)的介紹
直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)相比結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、使用和維護(hù)的要求高。但是直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬并且具有平滑的調(diào)速性能，因此在電車、電氣機(jī)床、起重機(jī)械、電力牽引設(shè)備等方面應(yīng)用廣泛。直流電動(dòng)機(jī)主要有定子、轉(zhuǎn)子、換向器等三部分組成，其中換向器是直流電動(dòng)機(jī)所特有部件。根據(jù)定子、轉(zhuǎn)子線圈的勵(lì)磁方式的不同，可以分為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)與復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)四種。
電動(dòng)機(jī)銘牌中主要參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)型號(hào)、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定效率等。其中，額定電壓（UN）是指電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓。額定電流（IN）是指電機(jī)安規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)，繞組允許通過(guò)的電流。額定轉(zhuǎn)速（nN）指電機(jī)在額定電壓、額定電流與額定功率的情況下運(yùn)行的電機(jī)轉(zhuǎn)速。額定功率（PN）是指電動(dòng)機(jī)按規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)所能提供的輸出功率，也是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上所輸出的機(jī)械功率。電動(dòng)機(jī)由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出的過(guò)程中，由于機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程的機(jī)械效率無(wú)法達(dá)到100%，不可避免的存在機(jī)械損失，因此必定存在機(jī)械效率數(shù)值。因此電動(dòng)機(jī)額定功率（PN）應(yīng)為額定電壓（UN）、額定電流（IN）以及電動(dòng)機(jī)的額定效率（）的乘積，即PN=UN*IN*。
對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)的額定功率是以額定轉(zhuǎn)矩（MN）與額定轉(zhuǎn)速（nN）的形式來(lái)體現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（MN）、額定功率（PN）、額定轉(zhuǎn)速（nN）三者的關(guān)系為：MN=9550PN/nN結(jié)合上述電動(dòng)機(jī)額定功率的計(jì)算公式PN=UN*IN*，直流電動(dòng)機(jī)的主要性能參數(shù)額定電壓、額定電流、額定效率、額定轉(zhuǎn)速以及額定轉(zhuǎn)矩的相互關(guān)系為：
MN*nN/9550=UN*IN*
由上述公式可以直觀分析出直流電動(dòng)機(jī)銘牌各性能參數(shù)之間的相互關(guān)系，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中某一性能參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，我們能夠快速直觀的分析出各性能參數(shù)的變化趨勢(shì)，從而了解此時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作性能與工作狀態(tài)。
1.2 交流電動(dòng)機(jī)性能及參數(shù)的介紹
交流電動(dòng)機(jī)根據(jù)工作的原理可以分為異步電動(dòng)機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)，其中異步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維修方便、價(jià)格便宜，是所有電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種。與直流電動(dòng)機(jī)相比，交流電動(dòng)機(jī)主要有定子與轉(zhuǎn)子等組成。其中定子繞組是定子的電路部分，異步電動(dòng)機(jī)的定子三相繞組共有六個(gè)出線端，通常接在置于電動(dòng)機(jī)外殼上的接線盒中。三個(gè)繞組的首端接頭分別用U1、V1、W1表示，其對(duì)應(yīng)的末端分別用U2、V2、W2表示。因此交流電動(dòng)機(jī)的定子繞組可以聯(lián)結(jié)為星形或三角形兩種方式。交流電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的定子接線方式在電動(dòng)機(jī)的銘牌中有明確規(guī)定，星形與三角形定子接線方式如圖1所示。
交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠型與繞線型兩種，其中鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是自己短路的繞組，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造、成本低、運(yùn)行維護(hù)方便。其缺點(diǎn)為調(diào)速性能差，起動(dòng)力矩小。繞線型轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)對(duì)稱的三相繞組作星型聯(lián)結(jié)。三個(gè)繞組的三個(gè)尾端聯(lián)結(jié)在一起，三個(gè)首端分別接到轉(zhuǎn)軸的三個(gè)銅制的滑環(huán)上，通過(guò)電刷與外電路的可變電阻器相聯(lián)結(jié)，用于起動(dòng)或調(diào)速。
交流電動(dòng)機(jī)定子電路星形啟動(dòng)三角形運(yùn)行（降壓?jiǎn)?dòng)）的介紹：在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，將停止?fàn)顟B(tài)的電動(dòng)機(jī)的定子繞組聯(lián)結(jié)為星形，以降低啟動(dòng)電壓，限制啟動(dòng)電流，待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后再把定子繞組聯(lián)結(jié)成三角形，使得電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)聯(lián)結(jié)成星形接線電路，此時(shí)的啟動(dòng)電壓為三角形聯(lián)結(jié)時(shí)電壓的1/1.732，啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩同理相應(yīng)的減小，因此這種降壓?jiǎn)?dòng)的方式只適合輕載或空載的條件下啟動(dòng)運(yùn)行。其電路原理圖如圖2所示。
交流電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的分析：對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，交流電動(dòng)機(jī)的額定功率，額定轉(zhuǎn)矩（MN）、額定功率（PN）、額定轉(zhuǎn)速（nN）、額定電壓（UN）、額定電流額定電流的乘積（IN）的關(guān)系與直流電動(dòng)機(jī)相似同理滿足下列公式關(guān)系：
MN*nN / 9550=UN*IN*
同理交流電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中某一性能參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，我們能夠快速直觀的分析出各性能參數(shù)的變化趨勢(shì)，從而了解此時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，在此不作詳細(xì)闡述。
1.3 發(fā)電機(jī)性能參數(shù)的介紹
發(fā)電機(jī)是將外界輸入機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出的機(jī)械設(shè)備，其相關(guān)性能參數(shù)的關(guān)系與電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)的關(guān)系相似。對(duì)于電動(dòng)機(jī)由于運(yùn)動(dòng)部件間摩擦因素的存在，輸入電動(dòng)機(jī)的電能并不能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；同理，對(duì)于發(fā)電機(jī)而言輸入發(fā)電機(jī)的機(jī)械能也不可能完全轉(zhuǎn)換為電能。其相關(guān)性能參數(shù)的相互關(guān)系為：（MN*nN / 9550）*=UN*IN即輸入發(fā)電機(jī)的輸入總功率乘以發(fā)電機(jī)的額定效率轉(zhuǎn)換成為輸入的有效功率，有效的輸入功率才能完全的轉(zhuǎn)換成為發(fā)電機(jī)的輸出電功率。通過(guò)觀察我們發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與相關(guān)性能參數(shù)之間的相互關(guān)具有較大的相似之處，尤其對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)而言，當(dāng)外部某些使用條件發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)與直流發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)可以相互發(fā)生轉(zhuǎn)換。
2 結(jié)束語(yǔ)
電動(dòng)機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中最常用的動(dòng)力拖動(dòng)設(shè)備，與我們的日常生活生產(chǎn)密切相關(guān)，文章作者從電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的相互關(guān)系角度進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，當(dāng)電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的某一工作性能參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，能夠根據(jù)參數(shù)之間的相互關(guān)系迅速、準(zhǔn)確的對(duì)其他性能參數(shù)的影響做出判斷，從而掌握電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)此時(shí)的工作狀況。鑒于作者水平能力的限制，在書寫的過(guò)程中難免出現(xiàn)不當(dāng)之處敬請(qǐng)指正。
關(guān)鍵詞：交流電動(dòng)機(jī)；動(dòng)作時(shí)間；釋放時(shí)間；元器件節(jié)能
1 問(wèn)題的提出
2013年，江西某水泥公司二號(hào)窯200 kW鼓風(fēng)機(jī)，2年內(nèi)已燒毀3次，造成直接經(jīng)濟(jì)損失200多萬(wàn)元。同時(shí)，由于停產(chǎn)檢修，造成的間接損失難以估算。針對(duì)上述問(wèn)題，該公司邀請(qǐng)了一個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)到公司協(xié)助解決該問(wèn)題。
2 原因分析
2.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀
2013年3月，專業(yè)團(tuán)隊(duì)來(lái)到該公司，與該公司的工程技術(shù)人員一起進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考察和技術(shù)資料研究。其中，該電動(dòng)機(jī)的主電路圖和控制電路如圖1―2所示。
2.2 原因分析
針對(duì)上述情況和相關(guān)參考文獻(xiàn)[1―5]，筆者認(rèn)為造成該事故的原因如下。
（1）主要原因是前面設(shè)計(jì)者沒(méi)有考慮交流接觸器線包動(dòng)作時(shí)間和其釋放時(shí)間；（2）在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行前幾十ms內(nèi)，由于KM2未動(dòng)作，導(dǎo)致KM2，KM3同時(shí)得電，則電源相序間短路，輕則燒斷熔嗨亢KM3主觸頭被燒壞可能，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，電流急增，隨后，電動(dòng)機(jī)可能被燒毀。由于以上第（2）點(diǎn)，造成KM3觸頭接觸不良，造成電源三相不平衡，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，溫度升高，不及時(shí)關(guān)機(jī)，則有可能燒壞電動(dòng)機(jī)；由于KM2釋放時(shí)間問(wèn)題，造成電動(dòng)機(jī)瞬間失電，從而電動(dòng)機(jī)又重新啟動(dòng)，電流加大，溫度急劇上升，繞組磁路飽和，繞組發(fā)熱，最后，電動(dòng)機(jī)可能被燒壞。
3 電路設(shè)計(jì)
針對(duì)以上原因，文章總結(jié)了以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)改進(jìn)：
（1）充分考慮KM2的動(dòng)作時(shí)間，利用KM2-4和KM1-4動(dòng)作時(shí)間才能使KM3得電，避免了KM2和KM3在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前幾十毫秒內(nèi)同時(shí)得電；（2）在KM2線包控制電路中又串聯(lián)KM3觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖，又避免了KM2釋放時(shí)間問(wèn)題即電動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)；（3）同時(shí)使KT并聯(lián)在KM3線包中，使KM3動(dòng)作時(shí)KT不得電，從而更加節(jié)能，延長(zhǎng)電路元器件的壽命。
改進(jìn)設(shè)計(jì)后的電路控制如圖3所示。
4 實(shí)施效果
改造后，該電動(dòng)機(jī)在3年內(nèi)未出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)燒毀現(xiàn)象，由此，可確定本次分析和解決措施是完全正確的。同時(shí)，直接為公司節(jié)約成本200多萬(wàn)元。
論文摘要:“電機(jī)與艷動(dòng)”是一門理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的電氣專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。筆者通過(guò)近六年的教學(xué)實(shí)踐，提出從教學(xué)安排、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等方面加大教學(xué)改革力度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。
“電機(jī)與拖動(dòng)”是電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程由于牽涉到磁場(chǎng)的概念，使教學(xué)內(nèi)容抽象、概念多、公式推導(dǎo)繁瑣復(fù)雜，難于理解;直流電機(jī)、變壓器、交流電機(jī)各部分相對(duì)獨(dú)立，但又有內(nèi)部聯(lián)系;實(shí)踐性強(qiáng)，但又必須有理論支持，同時(shí)還必須具備高等數(shù)學(xué)、電路與磁路、大學(xué)物理等多門學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)這門課程存在著學(xué)生難學(xué)的情況。因此，必須從教學(xué)安排、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等方面加大教學(xué)改革力度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，提高課程教學(xué)質(zhì)量。
一、合理安排授課計(jì)劃和內(nèi)容
隨著高校課程改革的深人進(jìn)往我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了調(diào)整:現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用的大部分是交流電機(jī)，直流電機(jī)的應(yīng)用比重有所減小，所以在變壓器、交流電機(jī)的內(nèi)容上可適當(dāng)加大，直流電機(jī)所占的比例可適當(dāng)壓縮。從講課反饋上來(lái)看，按照先講直流電機(jī)，再講變壓器，最后是交流電機(jī)的教學(xué)安排可能更合理些。因?yàn)閷W(xué)生在高中和大學(xué)物理等課程中已掌握了直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，所以接受起來(lái)并不困難。變壓器的工作原理在“電路”的互感電路章節(jié)中有所涉及，它對(duì)“電機(jī)與拖動(dòng)”中的內(nèi)容有所鋪墊，同時(shí)變壓器與交流電機(jī)也有聯(lián)系，可以把它看成是一臺(tái)靜止不動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)。對(duì)比變壓器的一次側(cè)電壓表達(dá)式和交流電動(dòng)機(jī)的定子電壓表達(dá)式，我們可以看到兩者的表達(dá)式非常相像，只不過(guò)交流電動(dòng)機(jī)多了.項(xiàng)基波繞組系數(shù)。當(dāng)講到交流電動(dòng)機(jī)繞組的磁勢(shì)和電勢(shì)時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn):變壓器采用的是集中整距繞組，因此;交流電機(jī)為了抑制諧波的磁勢(shì)和電勢(shì)，采用短距分布繞組，因此。所以，變壓器可以看成是一臺(tái)靜止不動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)。另外，從它們的T型等效電路上來(lái)看也很相像。當(dāng)然，在講課過(guò)程中也要注意兩者的區(qū)別。筆者發(fā)現(xiàn)按照上述的講課順序進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生理解會(huì)更清晰些。
二、理論聯(lián)系實(shí)際，突出重點(diǎn).體現(xiàn)課程教學(xué)中的主線
“電機(jī)與拖動(dòng)”這門課程中概念很多，因此，教師在講課時(shí)需要把“電路”中牽涉到的概念和定律先復(fù)習(xí)一下，如左手定則、右手定則、右手螺旋定則、基爾霍夫電壓和電流定律、同名端和異名端等。在講課過(guò)程中理論聯(lián)系實(shí)際會(huì)使學(xué)生更易理解。如為什么轉(zhuǎn)子沖片采用硅鋼片疊片沖壓而成?目的是為了減少磁滯損耗和渦流損耗。轉(zhuǎn)子上為什么安裝風(fēng)扇?轉(zhuǎn)子沖片上為什么開了小圓孔?目的是為了加強(qiáng)空氣對(duì)流和散熱。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)風(fēng)扇吸風(fēng)，空氣從轉(zhuǎn)子的軸向通風(fēng)孔流過(guò)，可幫助散熱。這樣講述理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生學(xué)習(xí)就不會(huì)感覺(jué)枯燥了。
講完直流電機(jī)、變壓器和交流電機(jī)的每一部分后，要對(duì)該部分進(jìn)行總結(jié)，歸納出重點(diǎn)，幫助學(xué)生理解和復(fù)習(xí)。如直流電動(dòng)機(jī)部分里最重要的就是6個(gè)方程式和一個(gè)定律:(1)機(jī)械特性方程式;(2)轉(zhuǎn)矩平衡方程式，(3)電壓平衡方程式;(4)慣性定律:電機(jī)的轉(zhuǎn)速n不能突變;(5)動(dòng)力學(xué)平衡方程式;(6)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式;(7)感應(yīng)電勢(shì)表達(dá)式。
從這6個(gè)方程式和一個(gè)定律中我們可以分析出直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)過(guò)程。如根據(jù)方程式(7)和方程式(3)，可推導(dǎo)出電樞電流的表達(dá)式。結(jié)合慣性定律可分析直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速n不能突變，在啟動(dòng)的一瞬間，轉(zhuǎn)速n二0，因此電樞電流為U/Ra。在一般情況下，電壓U為額定電壓UN，電樞中不串人附加電阻，只有內(nèi)阻Ra，則電樞中電流過(guò)大，易燒毀電機(jī)。因此，工業(yè)用直流電動(dòng)機(jī)不允許直接啟動(dòng)，要限制啟動(dòng)電流在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。由電樞電流U/R。的關(guān)系可知，可減小分子或增大分母，因此，可采用電樞串電阻或降壓?jiǎn)?dòng)這兩種方式。
對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)釣調(diào)速過(guò)程，根據(jù)方程式(1)可知，要想改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，對(duì)于選定的電機(jī)，由于Ce和CT是常數(shù)，電機(jī)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)T=TL，因此，進(jìn)行調(diào)速能改變的電氣參數(shù)就只有電壓U、電樞回路的電阻Ra和主磁通Ф。由此得到了三種調(diào)速方法:降壓調(diào)速、電樞串電阻調(diào)速和弱磁調(diào)速。
對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)過(guò)程，根據(jù)方程式(1)、方程式(S)和慣性定律亦可進(jìn)行推導(dǎo)。如能耗制動(dòng)過(guò)程的分析:電動(dòng)機(jī)本來(lái)在第一象限電動(dòng)運(yùn)行，能耗制動(dòng)開始時(shí)，機(jī)械特性方程立刻變化為方程式(8)，但根據(jù)慣性定律的結(jié)論，由方程式(8)可知電磁轉(zhuǎn)矩T為負(fù)值。根據(jù)方程式(2)可知電動(dòng)機(jī)進(jìn)入減速狀態(tài)，即能耗制動(dòng)過(guò)程。當(dāng)n=0時(shí)，由方程式(8)可知，T=0，但負(fù)載轉(zhuǎn)矩一般不為0，因此在能耗制動(dòng)結(jié)束時(shí)需要采用機(jī)械裝置卡住轉(zhuǎn)子使之停車。
學(xué)生掌握了這些方程式和定律，在不同的情況下分析和靈活運(yùn)用，就可以抓住直流電動(dòng)機(jī)這部分的核心內(nèi)容，它對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)幫助很大。同理可歸納出變壓器和交流電動(dòng)機(jī)的核心要點(diǎn)，這里不再贅述。
三、充分利用多媒體等教學(xué)手段
本門課程如果僅靠板書來(lái)講解，不僅授課進(jìn)程緩慢，影響教學(xué)進(jìn)度，而且學(xué)生理解吃力，教學(xué)效果比較差。 例如，三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程，該部分比較難理解，學(xué)生容易產(chǎn)生厭煩情緒。為此我們精心設(shè)計(jì)和制作了PowerPoint圖片和Flash動(dòng)畫等教學(xué)課件來(lái)演示三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程，同時(shí)采用電機(jī)實(shí)物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示。在一臺(tái)去除了轉(zhuǎn)子的交流電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)部放置一個(gè)小磁針，在三相對(duì)稱繞組上加上三相對(duì)稱電源，將直觀地看到小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)。將三相交流電源中的任意兩相電源線對(duì)調(diào)后，發(fā)現(xiàn)小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向會(huì)改變。這樣，學(xué)生就直觀地看到了交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的正反轉(zhuǎn)，便于理解交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。由此我們就可以提出問(wèn)題:為什么小磁針能夠轉(zhuǎn)動(dòng)?采用這種方式在多媒體教學(xué)過(guò)程中解決問(wèn)題。即提出問(wèn)題一分析問(wèn)題一解決問(wèn)題。通過(guò)這樣的教學(xué)手段，能夠鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考能力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。
采用多媒體等教學(xué)手段，結(jié)合理論知識(shí)進(jìn)行分析和講解，教師可將復(fù)雜、枯燥的內(nèi)容變得直觀、容易理解，給學(xué)生留下深刻的印象，學(xué)習(xí)過(guò)程也變得輕松愉快，教學(xué)效果很好。
但對(duì)于變壓器、異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析，采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式比較好，因?yàn)檫@些部分需要進(jìn)行邏輯推導(dǎo)，采用板書教學(xué)有助于學(xué)生前后連貫地分析和理解。所以，在教學(xué)過(guò)程中要因地制宜，在適當(dāng)?shù)恼鹿?jié)采用并加強(qiáng)多媒體教學(xué)。
四、理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合
為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)，我們?cè)诮虒W(xué)計(jì)劃中安排了一周時(shí)間進(jìn)行交流電機(jī)的拆裝實(shí)習(xí)。通過(guò)拆裝實(shí)習(xí)可幫助學(xué)生掌握電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理;掌握電機(jī)繞組拆卸、繞制及電機(jī)裝配過(guò)程;掌握電機(jī)測(cè)試和檢修的方法;掌握相關(guān)電工儀表使用。學(xué)有余力的學(xué)生可以向?qū)嶒?yàn)室教師申請(qǐng)選做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生自已查閱資料選題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)線路和接線步驟，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力。
此外，我們也積極開展校外實(shí)習(xí)活動(dòng)，即組織學(xué)生到工廠進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，實(shí)際觀看各種電機(jī)和變壓器的接線和工作過(guò)程，了解各種電氣設(shè)備的功能和使用。經(jīng)過(guò)和廠方協(xié)調(diào)，讓工人師傅現(xiàn)場(chǎng)示范不同類型電氣設(shè)備的操作，讓學(xué)生對(duì)各種生產(chǎn)機(jī)械的主要結(jié)構(gòu)及操作情況有親身體驗(yàn)，從而為講授相關(guān)生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制打下基礎(chǔ)。通過(guò)校外實(shí)習(xí)可提高學(xué)生的工程意識(shí)與實(shí)踐能力，為將來(lái)的就業(yè)增加磅碼。
五、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與學(xué)生互動(dòng)，加強(qiáng)交流
“電機(jī)與拖動(dòng)“這門課程已申報(bào)洛陽(yáng)理工學(xué)院精品課程。我們把很多教學(xué)資源放在校園網(wǎng)上供學(xué)生下載觀看。學(xué)生只要登錄校園網(wǎng)，就可以學(xué)習(xí)和觀看教學(xué)錄像。我們?cè)诰W(wǎng)上提供比較新穎的資料:如歐美國(guó)家和我國(guó)的電機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史，西門子公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，日本三菱公司的變頻電機(jī)的圖片和直流無(wú)刷電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用等。通過(guò)上述措施提高學(xué)生的興趣，從而提高教學(xué)效果。
另外，我們?cè)诰氛n程網(wǎng)站上建立了BBS，學(xué)生有任何關(guān)于“電機(jī)與拖動(dòng)”這門課程的疑問(wèn)都可以提出來(lái)，教師抽出時(shí)間集中進(jìn)行解答。通過(guò)這種形式與學(xué)生互動(dòng)，使學(xué)生能共享教學(xué)資源，加強(qiáng)對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，方便學(xué)生學(xué)習(xí)。
六、重視習(xí)題課的作用
在課堂教學(xué)中通過(guò)對(duì)學(xué)生的提問(wèn)，了解學(xué)生的理解程度和錯(cuò)誤原因，幫助他們糾正錯(cuò)誤。在習(xí)題課上精心選擇兩三道計(jì)算題讓學(xué)生進(jìn)行解答，然后對(duì)計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行講評(píng)。在講評(píng)過(guò)程中，分析學(xué)生的解題步驟，了解學(xué)生的解題思路。爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)一題多解，從而有利于學(xué)生的發(fā)散性思維和演繹能力的培養(yǎng)。對(duì)學(xué)生解題中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及時(shí)指出，避免重復(fù)犯錯(cuò)，起到事半功倍的作用。針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)安排，有的放矢，從而更好地完成教學(xué)任氛
關(guān)鍵詞：教學(xué)；傅立葉級(jí)數(shù)；自動(dòng)控制原理
中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）31-0187-02
“自動(dòng)控制元件”是生長(zhǎng)干部學(xué)歷教育“測(cè)控工程”專業(yè)一門必修工程技術(shù)基礎(chǔ)課程。該門課程是“控制系統(tǒng)儀器及其測(cè)試”課程學(xué)習(xí)的先導(dǎo)課程，對(duì)學(xué)員理解典型直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等常見(jiàn)執(zhí)行元件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，掌握常用元件的選擇和使用方法，提高控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力具有重要的作用。工科數(shù)學(xué)分析中的傅里葉級(jí)數(shù)講的是一個(gè)周期函數(shù)可以展開成直流分量與一系列諧波分量之和。在自動(dòng)控制元件課程中多次應(yīng)用到傅里葉級(jí)數(shù)，因此傅里葉級(jí)數(shù)不僅在數(shù)學(xué)理論上有較大的作用，而且闡述了一種重要的物理現(xiàn)象，在工程實(shí)踐上有很多的應(yīng)用。
一、非磁阻式電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩
我校自動(dòng)控制元件課程中所涉及的非磁阻式電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩幾乎都可以用兩個(gè)同心圓柱面磁場(chǎng)間的力矩來(lái)解釋。圖1表示兩個(gè)同心圓柱面，圓柱孔的內(nèi)表面和圓柱體的外表面都是兩極磁場(chǎng)。取兩個(gè)異性磁極正好對(duì)齊的位置為磁場(chǎng)夾角θ的零值，內(nèi)圓柱體所受力矩為T。根據(jù)磁極間同性相斥、異性相吸的原理可以看出，只要兩個(gè)表面的磁極不是正好對(duì)齊，兩表面間就存在相互作用力矩T。T是θ的周期函數(shù)，周期是360°。根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)理論，可將T寫成θ的一系列正弦函數(shù)之和，其中基波為：
1、電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。
2、它是利用通電線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)。
3、各種電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣的是交流異步電動(dòng)機(jī)(又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī))。它使用方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動(dòng)力機(jī)常用同步電動(dòng)機(jī)(見(jiàn)同步電機(jī))。
4、同步電動(dòng)機(jī)不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調(diào)速的場(chǎng)合多用直流電動(dòng)機(jī)。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)困難，不適于惡劣環(huán)境。
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關(guān)鍵詞技術(shù)現(xiàn)狀 工作原理 運(yùn)行維護(hù)
中圖分類號(hào)：F407.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一、電動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀
在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程控制中，電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械。隨著生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展的，現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在著控制手段落后、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問(wèn)題。而且執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全程運(yùn)行速度取決于其電機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速和其內(nèi)部減速齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調(diào)整，其通用性較弱。反過(guò)來(lái)，電機(jī)的發(fā)展又促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高。從19世紀(jì)末期起，電動(dòng)機(jī)就逐漸代替蒸汽機(jī)作為拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，雖然電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)變化不大，但是電機(jī)的類型增加了許多，在運(yùn)行性能，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面也都有了很大的改進(jìn)和提高，而且隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)的理論基礎(chǔ)上又發(fā)展出許多種類的控制電機(jī)，控制電機(jī)具有高可靠性﹑好精確度﹑快速響應(yīng)的特點(diǎn)，已成為電機(jī)學(xué)科的一個(gè)獨(dú)立分支。
它應(yīng)用廣泛，種類繁多。性能各異，分類方法也很多。電機(jī)常用的分類方法主要有兩種：一種是按功能用途分，可分為發(fā)電機(jī)﹑電動(dòng)機(jī)，﹑壓器和控制電機(jī)四大類。電動(dòng)機(jī)的功能是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，它可以作為拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)力，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門應(yīng)用最多的動(dòng)力機(jī)械，也是最主要的用電設(shè)備，各種電動(dòng)機(jī)消耗的電能占全國(guó)總發(fā)電量的60%~70%。另一種分類方法是按照電機(jī)的結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分類,可分為變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī).根據(jù)電源電流的不同旋轉(zhuǎn)電機(jī)又分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類.交流電機(jī)又分為同步電機(jī)和異步電機(jī).
在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)程，需要各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械。拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用氣動(dòng)，液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。由于電力拖動(dòng)具有控制簡(jiǎn)單﹑調(diào)節(jié)性能好﹑耗損小﹑經(jīng)濟(jì)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動(dòng)。
按照電動(dòng)機(jī)的種類不同，電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)和交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩大類。
縱觀電力拖動(dòng)的發(fā)展過(guò)程，交，直流兩種拖動(dòng)方式并存于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動(dòng)是唯一的一種電力拖動(dòng)方式，19世紀(jì)末期，由于研制出了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的交流電動(dòng)機(jī)，致使交流電力拖動(dòng)在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是精密機(jī)械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)步，對(duì)電力拖動(dòng)在起動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度與范圍等靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)方面提出了新的，更高的要求。由于交流電力拖動(dòng)比直流電力拖動(dòng)在技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)這些要求，所以20世紀(jì)以來(lái)，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)時(shí)期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動(dòng)，而交流電力拖動(dòng)則主要用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。
雖然直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能優(yōu)異這一突出特點(diǎn)，但是由于它具有電刷與換向器（又稱整流子），使得他的故障率較高，電動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境也受到了限制（如不能在有易爆氣體及塵埃多的場(chǎng)合使用），其電壓等級(jí)，額定轉(zhuǎn)速，單機(jī)容量的發(fā)展也受到了限制。所以，在20世紀(jì)60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體交流技術(shù)的交流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。尤其是70年代以來(lái)，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，為交流電力拖動(dòng)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。諸如交流電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速，各種類型的變頻調(diào)速，無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速等，使得交流電力拖動(dòng)逐步具備了調(diào)速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快以及在四象限做可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面完全可與直流電力拖動(dòng)媲美。除此之外，由于交流電力拖動(dòng)具有調(diào)速性能優(yōu)良，維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此它今后將廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中，并逐步取代直流電力拖動(dòng)而成為電力拖動(dòng)的主流。
關(guān)鍵詞：三相異步電動(dòng)機(jī) 調(diào)速
根據(jù)轉(zhuǎn)速公式n=n0（1-s）=60f1（1-s）/p，我們可以很直觀地看出交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速可以采用變極調(diào)速、變頻調(diào)速和改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速等三種基本調(diào)速方法。
一、改變定子極對(duì)數(shù)p調(diào)速
在電源頻率f1不變的條件下，改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1就會(huì)發(fā)生變化。改變極對(duì)數(shù)的方法有兩種：一是可以在定子鐵芯槽內(nèi)嵌放兩套不同極數(shù)的三相繞組（這種方法很不經(jīng)濟(jì)）；二是利用改變定子繞組的接法來(lái)改變極對(duì)數(shù)達(dá)到調(diào)速目的。要注意的是，在改變電動(dòng)機(jī)定子極數(shù)的同時(shí)，必須改變轉(zhuǎn)子的極數(shù)。以雙速電動(dòng)機(jī)/YY接法為例，如下圖所示。
a）
低速時(shí)繞組接法 高速時(shí)繞組接法
b）
圖
從定子繞組接法變?yōu)閅Y接法，磁極對(duì)數(shù)從p=2變?yōu)閜=1。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min，改變極對(duì)數(shù)后，轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍（3000r/min）。
本方法適用于籠型異步電動(dòng)機(jī)，既可以應(yīng)用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，又可以應(yīng)用于恒功率負(fù)載，其特點(diǎn)是：平滑性差、具有較好的機(jī)械特性，穩(wěn)定性較好，應(yīng)用于不需要無(wú)級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。
二、調(diào)轉(zhuǎn)差率調(diào)速
1.籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子調(diào)壓法和電磁調(diào)速法
（1）定子調(diào)壓調(diào)速。當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)差率均不變，但電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩均隨電壓的平方減小，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。調(diào)壓調(diào)速可以使通風(fēng)機(jī)負(fù)載在非線性區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行。其特點(diǎn)是：這種方法既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，最適用于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小的負(fù)載。
（2）電磁調(diào)速法。電磁調(diào)速法是用電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)（也叫轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)或電磁離合器）進(jìn)行調(diào)速。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)由籠型電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵(lì)磁電源（控制器）三部分組成。其特點(diǎn)是機(jī)械特性很軟，調(diào)速性能很差。
2.繞行異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串電阻法與回路串電動(dòng)勢(shì)法
（1）轉(zhuǎn)子回路串接電阻。這是改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率S進(jìn)行調(diào)速的方法之一，只能適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。在轉(zhuǎn)子回路串入附加電阻增加轉(zhuǎn)差功率，以發(fā)熱的形式消耗在附加電阻上，它屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速方法。串接的電阻形式有水電阻、金屬電阻與頻敏電阻。其特點(diǎn)是不能無(wú)極調(diào)速，并且浪費(fèi)電能。
（2）串級(jí)調(diào)速。在轉(zhuǎn)子回路中串入附加電動(dòng)勢(shì)，這種方法稱為串級(jí)調(diào)速。這種方法，因串入附加電動(dòng)勢(shì)而增加轉(zhuǎn)差功率，回饋給電網(wǎng)或者回饋到電動(dòng)機(jī)軸上，因此屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速方法。串級(jí)調(diào)速可實(shí)現(xiàn)恒磁通（即恒轉(zhuǎn)矩）的高效率的無(wú)級(jí)調(diào)速。
三、變頻調(diào)速方法
變頻調(diào)速反應(yīng)的是U1與f1的關(guān)系，通常分為恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速和恒功率變頻調(diào)速。
1.恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速
恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速是指在基頻以下調(diào)速，U1/f1=常數(shù)。根據(jù)U1≈E1=4.44f1N1kΦm，在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，過(guò)載能力λm不變主磁通Φm不變最大轉(zhuǎn)矩TM不變。
2.恒功率變頻調(diào)速
