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浅析电机拖动原理与控制中的注意事项

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刘惠军孙曙光李大鹏

摘要：直流电力拖动系统和交流电力拖动系统均于19世纪诞生，在上世纪初期，鉴于直流电力拖动系统的调速性能极好，所以被广泛用于高性能可调速拖动系统，而交流电机则主要被用于占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动系统。随着电力电子技术的飞速发展，很多领域都逐步实现了采用电力电子变换器的交流拖动系统，促使了大规模、高能的计算机控制和交流调速系统的产生。文章首先介绍了电机的拖动原理，进而分析了不同种类的电机控制方法，最后探讨了一些电机拖动控制中应注意的问题。

关键词：电机拖动;电力控制;注意事项

电机是一种能够实现电能量转换的电磁装置，主要包括电动机和发电机。其中电动机将电能转换为机械能，发电机则是将机械能转换成电能。构造的一般原则是将导磁和导电材料通过一定的方式连接形成能够相互进行电磁感应的电路和磁路，以产生电磁功率和电磁转矩，从而达到能量转换的目的。随着社会科学和计算机水平的不断进步，电机及电机拖动控制已经被引入课堂教学，也被广泛运用于日常生活的方方面面，例如我们常见的空调、厨房电器、电梯等。

1.电机拖动原理

拖动是指由原动机带动生产机械运动，以电动机作为原动机，按照人们通常给定的规律带动生产机械的运转，就称为电机拖动。电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统，其具体连接方式为：

直流电动机是将直流电能转变成机械能的旋转机械，N和S是一对固定的磁极（电磁铁或永久磁铁均可），把电刷A、B分别接到直流电源正极、负极，此时电枢线圈中将有方向为a→b→c→d→a的电流通過。在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S极下导体cd受力方向从左向右，该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。

三相交流异步电动机在接通电源后在铁芯中会产生旋转磁场，根据电磁感应原理，线圈转子中有电流通过，在磁场的电磁力作用下会转动起来，因此也常被称为感应电机。

2.如何选择不同类型电机

一台变频器同时带几台甚至几十台电机，所有电机的速度都有同一台变频器的输出频率控制，理论上所有电机的速度是一致的，并且能保证同时升速与降速。但是由于电机制造上的差异或者电机所带负载大小的不同，因此每台电机的实际运行速度是有差异的，并且系统内没有纠正这种差异的机制，也无法安装纠正差异的机构，所以，在一些设备之间没有连接的场合，这种控制方法肯定会产生积累误差。可以把变频器看成供电电源，在一些刚性连接的系统中，运转得稍快的电机负载会重而运转得稍慢的电机负载会轻，但因是同一个变频器驱动，负载重的转差率变大，负载轻的转差率变小，这样就会有一定的自动纠正能力，最终会使各台电机保持同步运行，但是负载分配是不均匀的，一般在选择电机时要把电机功率放大一级。对于需要快速制动的应用场合，为了防止停止时产生过电压，应加制动单元和制动电阻，有的小功率的变频器已内置制动单元，因此只需接制动电阻即可。

正确选择电动机容量的意义：如果电机容量过大，则电机效率低，容量浪费，如果电机容量不能充分利用;如果容量过小，则电机过热，电机寿命要降低。每台电机绝缘材料限制了它的最高允许温度，若工作温度超过允许温度，则每升高8℃，绝缘寿命缩短一半。所以必须选择合适的容量，选电机时除选容量外，还要选电机的型式、电流种类、转速等。

在研究电动机发热时，常把电动机温度与周围环境温度之差称为“温升”。显然，使用不同的绝缘材料的电动机，其最高允许温升是不同的。电动机铭牌上所标的温升是指所用绝缘材料的最高允许温度与40℃之差，或称为额定温升。选择电动机功率时，除考虑发热外，有时还要考虑电动机的过载能力是否足够，因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。

选择电动机要从直流交流、机械特性、调速与启动性能、价格等各个方面综合考量，一般原则为：①首先考虑三相鼠笼型异步电动机，它主要适用于机械特性较强且没有变速要求的生产机械拖动，普通机床以及功率在100KW一下的水泵等生产机械。②当现场电源容量较小、电动机功率较大以及操作过程中要求变速时，就应该选用绕线型电动机，因其机械特性良好，比较适用于一些起重设备、卷扬提升设备等。③滑差电动机的结构形式可分为立式和卧式两种，卧式的转轴是水平的，立式的是垂直于地面。一般情况下当调速要求在1：10的范围内，且可以连续调速的就可选择滑差电动机，应尽量避免使用立式电动机，只有在需要垂直运转的场合才需要为简化传动装置而选用立式电动机，另一方面立式价格也相对较高些。

3.电机拖动控制中的注意事项

在电动机的传动系统中，电动机和工作机械被连接在一起，为了使系统能够安全稳定地运行，就必须是电动机的机