淺析電機拖動原理與控制中的注意事項

劉惠軍 孫曙光 李大鵬

摘要：直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)均于19 世紀誕生，在上世紀初期，鑒于直流電力拖動系統(tǒng)的調速性能極好，所以被廣泛用于高性能可調速拖動系統(tǒng)，而交流電機則主要被用于占電力拖動總容量 80% 以上的不變速拖動系統(tǒng)。隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，很多領域都逐步實現(xiàn)了采用電力電子變換器的交流拖動系統(tǒng)，促使了大規(guī)模、高能的計算機控制和交流調速系統(tǒng)的產生。文章首先介紹了電機的拖動原理，進而分析了不同種類的電機控制方法，最后探討了一些電機拖動控制中應注意的問題。

關鍵詞：電機拖動;電力控制;注意事項

電機是一種能夠實現(xiàn)電能量轉換的電磁裝置，主要包括電動機和發(fā)電機。其中電動機將電能轉換為機械能，發(fā)電機則是將機械能轉換成電能。構造的一般原則是將導磁和導電材料通過一定的方式連接形成能夠相互進行電磁感應的電路和磁路，以產生電磁功率和電磁轉矩，從而達到能量轉換的目的。隨著社會科學和計算機水平的不斷進步，電機及電機拖動控制 已經被引入課堂教學，也被廣泛運用于日常生活的方方面面，例如我們常見的空調、廚房電器、電梯等。

1.電機拖動原理

拖動是指由原動機帶動生產機械運動，以電動機作為原動機，按照人們通常給定的規(guī)律帶 動生產機械的運轉，就稱為電機拖動。電機拖動系統(tǒng)是用電動機來拖動機械運行的系統(tǒng)，其具體連接方式為：

直流電動機是將直流電能轉變成機械能的旋轉機械，N 和 S 是一對固定的磁極（電磁鐵或永久磁鐵均可），把電刷A、B分別接到直流電源正極、負極，此時電樞線圈中將有方向 為 a→b→c→d→a 的電流通過。在磁場作用下，N 極性下導體 ab 受力 方向 從右向 左，S 極下導體 cd 受力方向從左向右，該電磁力形成逆時針方向的電磁轉矩。當 電磁轉矩大于阻轉矩時，電機轉子逆時針方向旋轉。

三相交流異步電動機在接通電源后在鐵芯中會產生旋轉磁場，根據(jù)電磁感應原理，線圈 轉子中 有電流通過，在磁場的電磁力作用下會轉動起來，因此也常被稱為感應電機。

2. 如何選擇不同類型電機

一臺變頻器同時帶幾臺甚至幾十臺電機，所有電機的速度都有同一臺變頻器的輸出 頻率控制，理論上所有電機的速度是一致的，并且能保證同時升速與降速。但是由 于電機制造上的差異或者電機所帶負載大小的不同，因此每臺電機的實際運行速度是有差異的，并且系統(tǒng)內沒有糾 正這種差異的機制，也無法安裝糾 正差異的機構，所以，在一些設備之間 沒有連接的場合，這種控制方法肯定會產生積累誤差?？梢园炎冾l器看成供電電源，在一些剛性連接的系統(tǒng)中，運轉得稍快的電機負載會重而運轉得稍慢的電機負載會輕，但因是同一個變頻器驅動，負載重的轉差率變大，負載輕的轉差率變小，這樣就會有一定的自動糾正能力，最終會使各臺電機保持同步運行，但是負載分配是不均勻的，一般在選擇電機時要把電機功率放大一級。對于需要快速制動的應用 場合，為了防止停止時產生過電壓，應加制動單元和制動電阻，有的小功率的變頻器已內 置制動單元，因此只需接制動電阻即可。

正確選擇電動機容量的意義：如果電機容量過大，則電機效率低，容量浪費，如果電機容量不能充分利用;如果容量過小，則電機過熱，電機壽命要降低。每臺電機絕緣材料限制了 它的最高允許溫度，若工作溫度超過允許溫度，則每升高 8℃，絕緣壽命縮短一半。所以必須選擇合適的容量，選電機時除選容量外，還要選電機的型式、電流種類、轉速等。

在研究電動機發(fā)熱時，常把電動機溫度與周圍環(huán)境溫度之差稱為“溫升”。顯然，使用不同的絕緣材料的電動機，其最高允許溫升是不同的。電動機銘牌上所標的溫升是指所用 絕緣材料的最高允許溫度與40℃ 之差，或稱為額定溫升。選擇電動機功率時，除考慮發(fā)熱外，有時還要考慮電動機的過載能力是否足夠，因為 各種電動機的短時過載能力都是有限的。

選擇電動機要從直流交流、機械特性、調速與啟動性能、價格等各個方面綜合考量，一般原則為：① 首先考慮三相鼠籠型異步電動機，它主要適用于機械特性較強且沒有變速要求的生產機械拖動，普通機床以及功率在 100KW 一下的水泵等生產機械。② 當 現(xiàn)場電源容量較小、電動機功率較大以及操作過程中要求變速時，就應該選用 繞線型電動機，因其機械特性良好，比較適用 于一些起重設備、卷揚提升設備等。③ 滑差電動機的結構形式可分為立式和臥式兩種，臥式的轉軸是水平的，立式的是垂直于地面。一般情況下當 調速要求在 1：10 的范圍內，且可以連續(xù)調速的就可選擇滑差電動機，應盡量避免使用 立式電動機，只有在需要垂直運轉的場合才需要為 簡化傳動裝置而選用 立式電動機，另一方面立式價格也相對較高些。

3. 電機拖動控制中的注意事項

在電動機的傳動系統(tǒng)中，電動機和工作機械被連接在一起，為了使系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運行，就必須是電動機的機械特性與工作機械的機械特性相結合。機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行包括兩層含義：一是能夠以穩(wěn)定的速度勻速運轉，二是當 系統(tǒng)因外部干擾因素（例如電壓波動、負載轉矩波動等）導致轉速發(fā)生變化時，應保證干擾消除后仍能以原來的轉速運轉。

直流電動機的啟動性能良好，能夠滿足一般的調速性能要求，且過載能力很強，但其存在電流換向問題，需要人員看守并定時調控，運行可靠性、換向能力限制了直流電機的容量 和速度，且結構工藝復雜、價格昂貴。因此為維持系統(tǒng)的正常運行，必須經常性的檢查、維修電刷和換相器。電機與變頻器相連，應該充分考慮電機電纜的長度，確保電纜總長度在變 頻器允許的范圍內，必要時可在變頻器輸出端安裝濾波器。為保護電機，每臺電機都應該安 裝熱繼電器，可避免電機過載時主回路斷開，對電機和變頻器造成 損壞。

綜上所述

電機拖動主要包括直流電機拖動和交流電機拖動，二者根據(jù)各自的特性被運用于不同的領域。在本文介紹的不同類型的電機拖動控制方法中，應該針對工作機構不同的連接方式來選擇合適的控制方式，在實際的操作中也要注意控制好操作較困難的環(huán)節(jié)，以推進電機拖動控制調節(jié)方法的發(fā)展。

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（作者單位：1.吉林省白山市恒月機電設備有限公司;2.吉林省通鋼板石礦業(yè)有限責任公司）