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(diào)速性能極好，所以被廣泛用于高性能可調(diào)速拖動系統(tǒng)，而交流電機則主要被用于占電力拖動總?cè)萘?80% 以上的不變速拖動系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，很多領(lǐng)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(diào)速系統(tǒng)的產(chǎn)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(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：電機拖動;電力控制;注意事項

電機是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為機械能，發(fā)電機則是將機械能轉(zhuǎn)換成電能。構(gòu)造的一般原則是將導(dǎo)磁和導(dǎo)電材料通過一定的方式連接形成能夠相互進行電磁感應(yīng)的電路和磁路，以產(chǎn)生電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩，從而達到能量轉(zhuǎn)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(jīng)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(diào)、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(chǎn)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(chǎn)機械的運轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)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(dǎo)體 ab 受力 方向 從右向 左，S 極下導(dǎo)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(zhuǎn)矩。當 電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。

三相交流異步電動機在接通電源后在鐵芯中會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線圈 轉(zhuǎn)子中 有電流通過，在磁場的電磁力作用下會轉(zhuǎn)動起來，因此也常被稱為感應(yīng)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(nèi)沒有糾 正這種差異的機制，也無法安裝糾 正差異的機構(gòu)，所以，在一些設(shè)備之間 沒有連接的場合，這種控制方法肯定會產(chǎn)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(zhuǎn)得稍快的電機負載會重而運轉(zhuǎn)得稍慢的電機負載會輕，但因是同一個變頻器驅(qū)動，負載重的轉(zhuǎn)差率變大，負載輕的轉(zhuǎn)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(yīng)用 場合，為了防止停止時產(chǎn)生過電壓，應(yīng)加制動單元和制動電阻，有的小功率的變頻器已內(nèi) 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(zhuǎn)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(diào)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(chǎn)機械拖動，普通機床以及功率在 100KW 一下的水泵等生產(chǎn)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(yīng)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(shè)備、卷揚提升設(shè)備等。③ 滑差電動機的結(jié)構(gòu)形式可分為立式和臥式兩種，臥式的轉(zhuǎn)軸是水平的，立式的是垂直于地面。一般情況下當 調(diào)速要求在 1：10 的范圍內(nèi)，且可以連續(xù)調(diào)速的就可選擇滑差電動機，應(yīng)盡量避免使用 立式電動機，只有在需要垂直運轉(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)，二是當 系統(tǒng)因外部干擾因素（例如電壓波動、負載轉(zhuǎn)矩波動等）導(dǎo)致轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，應(yīng)保證干擾消除后仍能以原來的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。

直流電動機的啟動性能良好，能夠滿足一般的調(diào)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(diào)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(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜、價格昂貴。因此為維持系統(tǒng)的正常運行，必須經(jīng)常性的檢查、維修電刷和換相器。電機與變頻器相連，應(yīng)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(nèi)，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(yīng)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(lǐng)域。在本文介紹的不同類型的電機拖動控制方法中，應(yīng)該針對工作機構(gòu)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(diào)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(shè)備有限公司;2.吉林省通鋼板石礦業(yè)有限責任公司）