时间：2023-07-03 16:08:09
导语：在交流电动机的应用的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：交流电动机；变频调速；技术；原理；控制
中图分类号：G642.0文献标识码：B文章编号：1672-1578（2013）11-0017-01
近年来，随着能源日益减少，新型节电设备的不断更新和科学技术的飞跃发展，合理化的设计和节电设备的日益广泛应用，给人们工作和生活带来了更多的方便。
1.交流电动机调速系统的发展过程
1.1交流电动机励磁调速。早期用原动机来驱动一台发电机，而通过控制发电机的励磁来调节发电机的输出电压，借此来调节被驱动电机的转速和电机有功功率输出，还可以关闭和起动电机。
1.2电流电动机可控整流调速。随着科学技术不断发展，发明了通过晶闸管的导通时间来控制电压（可控整流技术）。首先是调速系统响应速度得到了很大提高，并且很好地解决了低速情况下的电流断续问题。可控硅调速是用改变可控硅导通角的方法来改变电动机端电压的波形，从而改变电动机端电压的有效值，达到调速的。
2.交流电动机的调速原理
转速公式：
式中各项因子如下：f：电源频率；p：电动机磁极对数；s：转差率。
通过式（1）可以看出，在理想状态下（即以不考虑各项因子之间的相互影响为前提条件），想要调节交流电动机的速度，可以由以下三种方式来实现：
1）变极调速方式，即通过改变电机定子绕组的极数来控制电动机速度。但此方式有一定的局限性，因为它无法实现平滑调速，故而在很多要求高控制精度的工业生产场合并不适用。
2）变转差率调速方式，采用此方式有一个前提条件，即电机中旋转磁场的同步转速恒定，此时通过调节转差率s也可实现对电动机的调速，此方式的缺点是能耗较大，且效率较低，是一种得不偿失的调速方式，因而较少使用。
3）变频调速，即本设计所采用的调速方式，此方式是通过调节供电电源频率来实现对电动机的调速，其效率和能耗明显优于上述两种调速方式。
3.系统硬件设计
该系统的硬件部分大体上可以分成以下几个模块所组成：主电路、系统保护电路、控制电路和扩展电路。下图给出了硬件设计的主体结构，可以看出，主电路由整流滤波电路和SPWM逆变电路两个部分组成。其工作原理是把输入的单相交流电压通过整流滤波电路变为平滑的直流电压，然后再通过逆变电路对该直流电压进行斩波，形成电压和频率均可调的三相交流电供电机使用。（如图1）
3.1SPWM逆变电路模块。逆变电路采用SPWM的优势在于可以降低输出电压的谐波，使其输出电流更加符合正弦波，其功率开关器件拟采用智能功率模块（IPM），此模块是以绝缘栅双极晶体管为核心的。SPWM逆变电路模块的工作原理是：通过通用定时器发生单元、比较单元以及输出逻辑来生成三相六路SPWM波，在通过六个复用的I/O引脚输出给逆变电路驱动交流电动机的运行。
3.2控制电路模块。控制电路模块包括的部件有：频率输入电路、DSP最小系统电路等。该设计采用TMS320LF2407A型号DSP。它的优点在于可以将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，这就大大简化了电路设计方案，以及提高了控制系统的运算速度，为整个系统的效率提升提供了有力的支撑。DSP最小系统是DSP硬件设计中的最为核心的一个环节，它的好坏直接决定了整个系统适用性的高低。它主要包括：电源电路、时钟电路、复位电路、接口JTAG电路、扩展SRAM等。
4.交流电动机调速系统方案论证
4.1单片机调速。随着全球范围的数字化控制系统的发展，人们对数字化信息的依赖程度也越来越高。实现调速系统全数字化控制不仅能使交流调速系统与信息系统紧密结合，而且可以提高交流调速系统自身的功能。由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。扩展卡、滤波器、FFT、状态观测器、自适应控制、人工神经网络等均应用到了各种交流电机的矢量控制或直接转矩控制当中。因此，DSP芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到施展身手的舞台。在交流调速的全数字化的过程当中，各种总线也扮演了相当重要的角色。STD总线、工业PC总线、现场总线以及CAN总线等在交流调速系统的自动化应用领域起到了重要的作用。
4.2PWM调速。PWM控制是交流调速系统的控制核心，它可以完成任何控制算法的最终实现。
关于PWM控制方案已经在各领域有了多个版本的应用，尤其是微处理器技术应用在
PWM技术之后，总是不断有新的技术更新，从开始追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦，再到磁通的正弦；从最初效率最大化、转矩脉动少到后来的以消除噪音为主攻课题，这些都是PWM控制技术的不断升级和完善。目前，越来越多的新方案不断地被提出和应用，说明这项技术的应用空间十分广泛。其中，空间矢量PWM技术以其电压利用率高、控制算法简单、电流谐波小等特点在交流调速系统中得到了越来越多的应用。V/f恒定、速度开环控制的通用变频调速系统和滑差频率速度闭环控制系统，基本上解决了异步电机平滑调速的问题。然而，当生产机械对调速系统的动静态性能提出更高要求时，上述系统还是比直流调速系统略逊一筹。原因在于，其系统控制的规律是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发推导出稳态值控制，完全不考虑过渡过程，系统在稳定性、起动及低速时转矩动态响应等方面的性能尚不能令人满意。
异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统，很难直接通过外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，则可以把定子电流中励磁电流分量与转矩电流分量变成标量独立开来，进行分别控制。这样，通过坐标变换重建的电动机模型就可等效为一台直流电动机，从而可像直流电动机那样进行快速的转矩和磁通控制即矢量控制。
参考文献
[1]樊新军. 永磁交流电动机的控制系统方案研究[J]. 产业与科技论坛，2013，07：69-70.
关键词：项目式教学；课程整体设计
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）30-0233-03
《电机及拖动基础》是电气自动化及机电一体化专业必修课程，是具有重要地位的专业基础课程。根据高职院校的人才培养目标要求，项目式教学已经成为高职院校一种重要的教学手段，而课程整体设计是一门课程的骨架，基于项目式教学方法的课程整体设计是项目式教学应用于《电机及拖动基础》课程成败的关键。
一、课程目标设计
通过本课程各项目的实施与训练，使学生能够根据普通的直交流电力拖动的要求及具体工况选择合理的拖动方式，并能够按专业标准提出设计与优化方案，并能有效实施，具备中小型直交流电力拖动系统的设计能力及对系统实施过程中的指导和监理能力。达到电力拖动系统管理员、系统设计及工程监理员的水平。同时也为从事电气安装设计与管理及实施工作奠定坚实的基础。
1.能力目标：（1）认识市场上常用的直交流电动机、发电机、变压器，能够根据用户需求进行具体电气设备的选型；（2）能够根据具体工况选择合理的直交流电力拖动系统的启动、制动、调速的方式；（3）能够根据具体工况选择合理的直交流电力拖动系统的启动、制动、调速及正反转的实现方法；（4）能够独立拆装各种直交流电动机、发电机及变压器；（5）能够对电动机、发电机及变压器一般性故障进行简单维修；（6）能够对直交流电力拖动系统的一般性故障进行判断及处理；（7）能够根据具体的工况对变电所的变压器进行合理的选型及安装；（8）能够为中小型企业电力拖动系统的组建制定合理的实施方案或设备改造方案。
2.知识目标：（1）了解直交流电动机、发电机及变压器的最新发展、市场上的相关产品及主要供应商，熟悉直交流电动机及发电机性能指标；（2）理解直交流电动机、发电机及变压器的工作原理；（3）掌握直交流电动机启动特点及各种启动方式的优缺点；（4）掌握直交流电动机启动特点及各种制动方式的优缺点；（5）掌握直交流电动机各种调速方式的特点及优缺点；（6）掌握直交流电动机正反转的实现方法；（7）了解各主要直交流电动机的基本结构并掌握拆装及维护方法；（8）了解各主要变压器的基本结构及拆装和维护方法；（9）掌握直交流电动机启动系统的设计、安装与管理；（10）掌握直交流电动机的电气制动系统的设计、安装与管理；（11）掌握直交流电动机各种调速系统的设计、安装与管理；
3.素质目标：（1）培养学生查阅国家电气标准和其他有关电气技术资料的基本能力；（2）培养学生良好的职业道德与文明法律意识；（3）培养学生的团队协作意识，提升沟通协调能力；（4）培养学生电气工程领域新技术自我学习能力；（5）培养学生的用电安全意识及环境保护意识。
二、课程内容设计
1.“旅行者”电瓶观光车电机拖动系统的设计与实现：（1）电瓶观光车直流电动机启动系统的设计安装与测试；（2）电瓶观光车直流电动机电气制动系统的设计安装与测试；（3）电瓶观光车直流电动机电气调速系统的设计安装与测试；（4）电瓶观光车直流电动机正、反转系统的设计安装与测试。
2.“东北风”面粉厂“80米”皮带运输机电机拖动系统的设计与实现：（1）“80米”皮带运输机三相异步电动机启动系统的设计安装与测试；（2）“80米”皮带运输机三相异步电动机电气制动系统的设计安装与测试；（3）“80米”皮带运输机三相异步电动机电气调速系统的设计安装与测试；（4）“80米”皮带运输机三相异步电动机正、反转系统的设计安装与测试。
3.吉林电子职业技术学院变电所变压器的选择、安装与测试：（1）变电所变压器的选择；（2）变电所变压器的安装与测试。
三、能力训练项目设计
1.“旅行者”电瓶观光车电机拖动系统的设计与实现：（1）直流电动机的选择：能够根据用户需求合理选择直流电动机；（2）启动方式选择：能够根据系统要求合理选择直流电动机的启动方式；（3）启动系统设计：能够根据启动方式的要求完成电路部分的设计；（4）启动系统安装：能够根据电路部分的设计完成电路部分的安装；（5）启动系统测试与调试：能够根据用户需求完成启动系统的测试与调试；（6）电气制动方式选择：能够根据系统要求合理选择直流电动机的电气制动方式；（7）制动系统设计：能够根据制动方式的要求完成电路部分的设计；（8）制动系统安装：能够根据电路部分的设计完成电路部分的安装；（9）制动系统测试与调试：能够根据用户需求完成制动系统的测试与调试；（10）调速方式选择：能够根据系统要求合理选择直流电动机的电气调速方式；（11）调速系统设计：能够根据调速方式的要求完成电路部分的设计；（12）调速系统安装：能够根据电路部分的设计完成电路部分的安装；（13）调速系统测试与调试：能够根据用户需求完成调速系统的测试与调试；（14）正、反转系统设计：能够根据正、反转系统的要求完成电路部分的设计；（15）正、反转系统安装：能够根据电路部分的设计完成电路部分的安装；（16）正、反转系统测试与调试：能够根据用户需求完成正、反转系统的测试与调试。
2.“东北风”面粉厂“80米”皮带运输机电机拖动系统的设计与实现：（1）三相异步电动机的选择：能够根据系统要求合理选择三相异步电动机；（2）启动方式选择：能够根据系统要求合理选择三相异步电动机的启动方式；（3）启动系统设计：能够根据启动方式的要求完成电路部分的设计；（4）启动系统安装：能够根据电路部分的设计完成电路部分的安装；（5）启动系统测试与调试：能够根据用户需求完成启动系统的测试与调试；（6）电气制动方式选择：能够根据系统要求合理选择三相异步电动机的电气制动方式；（7）制动系统设计：能够根据制动方式的要求完成电路部分的设计；（8）制动系统安装：能够根据电路部分的设计完成电路部分的安装；（9）制动系统测试与调试：能够根据用户需求完成制动系统的测试与调试；（10）调速方式选择：能够根据系统要求合理选择三相异步电动机的电气调速方式；（11）调速系统设计：能够根据调速方式的要求完成电路部分的设计；（12）调速系统安装：能够根据电路部分的设计完成电路部分的安装；（13）调速系统测试与调试：能够根据用户需求完成调速系统的测试与调试；（14）正、反转系统设计：能够根据正、反转系统的要求完成电路部分的设计；（15）正、反转系统安装：能够根据电路部分的设计完成电路部分的安装；（16）正、反转系统测试与调试：能够根据用户需求完成正、反转系统的测试与调试。
3.吉林电子职业技术学院变电所变压器的选择、安装与测试：（1）容量选择和分配：能够根据学院用电总量及各主要用电子单位的用电量对变压器容量进行分配；（2）变压器型号选择：能够根据变压器容量及变电等级选择合理型号变压器；（3）变压器安装：能够根据变压器结构完成变压器组装与安装；（4）控制柜安装：能够根据控制要求完成控制柜组装与安装；（5）设备测试与调试：能够根据用户需求完成设备测试与调试。
该课程整体设计方案已经应用于我校电气自动化专业《电机及拖动基础》课程的项目化教学之中，根据学生反馈，取得了预期的教学效果。
参考文献：
【关键词】交流变频调速；直流调速；发展；特点；动向
1 变频器发展简况
对于人们熟悉的直流和交流电动机拖动来说，诞生于19世纪，仅有百年多的历史，发展成为了动力机械的主要驱动装置。在这发展的很长一段时期中，占整个电力拖动系统80%左右的不变速拖动系统，采用的则是交流电动机（包括异步电动机和同步电动机），在一些特殊需要的调速控制的拖动系统才采用直流电动机。
由于结构上的原因，直流电动机存在诸多缺点：①需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短；②由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；③结构复杂，难以制造出大容量、高转速和高电压的直流电动机。与之相比，交流电动机具有以下优点：①结构坚固，工作可靠，易于维修保养；②不存在换向火花，可以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；③容易制造出大容量、高转速和高电压的交流电动机。
人们都希望在许多场合下能够用可调速的交流电动机取代直流电动机，并在交流电动机的调速控制方面进行了大量的研究开发。直至20世纪70年代，交流调速系统的研究开发也未能取得令人满意的成果，这就限制了交流调速系统的推广应用。正是如此，在工业生产中大量使用的诸如风机、水泵等需要进行调速控制的电力拖动系统中，不得不采用挡板和阀门来调节风速和流量，使得控制系统的复杂性和能源浪费也有所增加。
随后人们充分认识到了节能工作的重要性，并进一步重视和加强了对交流调速技术的研究开发工作。伴随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能的不断提高，变频驱动技术也得到了显著的发展。而各种复杂控制技术在变频器技术中的应用及其性能也不断提高，且应用范围也越来越广。现在传统的电力拖动系统中已基本全面推广应用，并扩展到工业生产的其他领域，比如空调、洗衣机、电冰箱等家电产品也应用了变频技术。
2 变频器调速控制的特点和优势
变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础之上，并随着这些基础技术的发展而不断得到发展。与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制的交流拖动系统有许多优点，如节能，容易实现对现有电动机的调速控制；可以实现大范围的高效连续调速控制及正反转切换；可以进行高频度的起停运转和电气制动；可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制，电源功率因数大，所需电源容量小；可以组成高性能的控制系统等等。
使用变频器的目的是节能，尤其是对于在工业中大量使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说，通过变频器进行调速控制，可以代替传统上利用挡板和阀门进行的风量、流量和扬程的控制，节能效果显著。
由于变频器可以看作是一个频率可调的交流电源，对于现有的进行恒速运转的异步电动机，只需在电网电源和现有的电动机之间接入变频器和相应设备，就可利用变频器实现调速控制，无须对电动机和系统本身设备改造。
采用变频器的交流拖动系统，异步电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的。因此在进行调速控制时，通过控制变频器的输出频率使电动机工作在转差率较小的范围。电动机的调速范围较宽，可以达到提高运行效率的目的。通用型变频器的调速范围可达1：10以上，高性能的矢量控制方式可达1：1000。矢量控制方式的变频器对异步电动机进行调速控制时，还可直接控制电动机的输出转矩。其与变频器专用电动机组合，可达到和超过高精度直流伺服电动机的控制性能。
利用普通的电网电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机的正反转切换，必须利用开闭器等装置对电源进行换相切换。利用变频器进行调速控制时，只需改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序即可以达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正反转切换，而不需要专门设置正反转切换装置。正反转切换时，如果在电动机尚未停止时就进行相序的切换，电动机内将会由于相序的改变而流过大于起动电流的电流，有烧毁电动机的危险，所以通常必须等电动机完全停下来之后才能够进行换相操作。采用变频器的交流调速系统中，可通过改变变频器的输出频率使电动机按照斜坡函数的规律进行加速，从而达到限制加速电流的目的。
利用普通电网电源运行的交流拖动系统，由于电动机的起动电流较大并存在着与起动时间成正比的功率损耗，所以不能使电动机进行高频度的起停运转。对于采用变频器的交流调速系统，由于电动机的起停都是在低速区进行而且加减速过程都比较平缓，电动机的功耗和发热较小，可进行较高频度的起停运转。
变频器驱动系统中电动机的调速控制，是通过改变变频器的输出频率进行的，当把变频器的输出频率降至电动机的实际转速所对应的频率以下时，负载的机械能将被转换为电能，并被回馈给供电电网，并形成电气制动。一些变频器还具有直流制动功能，即在需要进行制动时，可通过变频器给电动机加上一个直流电压，并利用该电压产生的电流进行制动。
高速驱动是变频器调速控制的最重要的优点。直流电动机由于受电刷和换向环等因素的制约，无法进行高速运转。异步电动机不存在此制约因素，异步电动机的转速可以达到相当高的速度。异步电动机的转速为：n=120f(1-s)/p,其中：n―电机转速，r/min；f―电源频率，Hz；p―电动机磁极个数；s―转差。当用工频电源（50 Hz）对异步电动机进行驱动时，二极电动机的最高速度只能达到3000r/min。为了得到更高的转速，则必须使用专用的高频电源或使用机械增速装置进行增速。
目前高频变频器的输出频率已达到3000KHz，利用此高速变频器对二极异步电动机进行驱动时，可得到高达180000r/min的高速。随着变频器技术的发展，高频电源的输出频率也在不断提高，更高速度的驱动也将成为可能。
一台变频器同时驱动多台电动机时，若驱动对象为同步电动机，所有的电动机将会以同样的速度（同步转速）运转，而当驱动对象为容量和负载都不相同的异步电动机时，则由于转差的原因，各电动机之间会存在一定的速度差。变频器是通过交流―直流的电源变换后对异步电动机进行驱动的，所以电源的功率因数不受电动机功率因数的影响，几乎为定值。
3 变频器技术的发展动向
作为变频器技术基础的电力电子技术和微电子技术，都经历了飞跃性的发展，随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，许多厂家仍在不断地进行小型化的研究和努力。随着变频器市场的进一步扩大，变频器技术将会随着与变频器有关的技术的发展得到发展：①大容量和小体积化；②高性能和多功能化；③易操作性的提高；④无公害化；⑤寿命和可靠性增加。
采用电压驱动的IGBT（Isolated Gate Bipolar Transistor,隔离门极双极晶体管）电力半导体器件发展很快，并迅速进入传统上使用BJT（双极功率晶体管）和功率MOSFET（场效应管）的各种领域。以IGBT为开关器件的IPM（Intelligent Power Module,智能功率模块）和单片功率IC 芯片将功率开关器件与驱动电路、保护电路等集成在一起，并具有高性能和可靠性好的优点。
性能越来越高的要求，用于变频器的CPU和半导体器件及各种传感器方面的越来越多。交流调速理论的日益成熟，现代控制理论也在不断得到新的应用，这为提高变频器的性能提供了条件。随着变频器的广泛应用，用户也在不断提出各种新的要求，促使变频器的性能和功能再提高。
【参考文献】
【关键词】生产设备交流电动机课题
交流电动机的拆装与测试是高职高专电类专业的实训课题，它强调学生们在具备了电工学、高等数学和必备的生活常识后，必须学会和掌握的理论性和实践性都很强的一个课题
本课题的教学难点是对于三相交流电如何产生旋转磁场的认识和理解，合格装配电动机并检测各项指标，以及三相绕组 “首尾”判断方法和实际操作过程。根据多年的教学经验和经历，考虑到当今学生由于缺少实践经验而造成动手能力弱的特点，采取了由浅入深，循序渐进的原则，使课程逐渐地慢加速地全面展开。通过多画黑板教学插图的直观方法，使课程更生动易懂，学生也加深、加快了对教学内容的理解，其效果胜过空洞枯燥的讲解。若教师能画一手好画和写一手好字在配有良好的口才在目前的教学条件下还是大有作为的，俗话讲百闻不如一见，说的就是实物图形和影像在学习认知中的科学效果。
课题中电机的拆卸和装配部分是学生们感兴趣的地方，要因势利导，在强调重点步骤和安全要领后，放手让他们自己去想，自己去干。总之这一课题选题客观合理，实用性强，易于操作，课后基本收到了预期效果。
一、三相交流电机的基本结构
一般来说交流电动机主要是由定子和转子这两部分构成，但还可细分展开为前、后端盖，前、后轴承和轴承盖，机座（定子绕组、接线盒、吊环），转子和风冷降温系统（由风扇叶、风扇罩和散热筋组成）这些零部件在黑板上画出示意图和总装配图，使学生们很快了解机器各部件的相对位置和空间排列顺序。
二、交流电动机的工作原理
(一)定子绕组产生旋转磁场
研究交流电动机需从电磁场谈起，这样引入谁都听得懂。
1.直流电流通过绕组线圈能够产生恒定不变的磁场，初中物理中的“右手螺旋法则”讲得就是这样一个客观现象。
2.交变电流能够产生交变磁场其磁力线的方向大小和空间分布状况随着电流的变化而交替变化，即交变电流产生交变磁场。
3.有了前两个结论，接下来就不难理解三相交流产生的旋转磁场了。首先通三相交流电的三个绕组在空间上成120°的电角度排列，按国际标准分别称其为u、v、w绕组。假设它们为星形连接如图1（a）所示。当它们接上三相交流电后，我们取三个典型时刻来看看磁场的变化情况。A时刻，u绕组中的电流为正极值其向心方向为N极，v、w两绕组中的电流为负，但两者磁场的合成为S极，大小与N极恰好相等。B时刻，V绕组中的电流为正极值，其向心方向的磁极为N极， w、u绕组中的电流为负，两者磁场的合成为S极，其大小与N极等量、共线。C时刻,电磁场的方向和大小产生的成因同上，只是按逆时针方向转过了120°电角度，在经过同样的时间段，电磁场又重新回到起点A,完成一个周期旋转并且周而复始的变化下去，如图1（b）所示。当然了电磁场在圆周中的任何角度经过计算后其结果都是相同的。
图1 旋转磁场
4.转子切割旋转磁场产生感应电流而其电流又在磁场中产生力的作用。
我们用一旋转的U型磁铁来代替旋转磁场，用一匝导线表示整个鼠笼转子，如图2所示。当磁场逆时针旋转时，线圈切割磁力线产生感应电流（右手定则），与此同时感应电流在磁场中又产生力的作用（左手定则）。
图2 转子转动原理
通过这样图文并茂，一目了然的讲解，使学生们很容易弄懂交流电机的工作原理，省去了麻烦的理论推导和复杂的数学演算，适合高职学生的实际情况。
（二） 交流电机的转差率
异步——指电动机的转速低于旋转磁场的转速，否则转子不能切割磁力线。
转差率S=N磁场-N电机N磁场 1%
换言之，电机的转速是磁场转速的95%-99%。
一般情况下，N磁场=1500转/分N电机=1440转/分
三、电动机的名牌
每个交流电机上都有一块铭牌，它相当于人的简历，标有诸多的技术参数和指标。
（一）型号、（二）额定功率、（三）额定电压、（四）额定电流、（五）额定功率、（六）额定转速，等等。
四、交流电机的拆装和装配
（一）拆装电动机的原则
1.电动机是由很多零部件装配而成的组合体，已经使用后尽量不要改变各个零部件之间的相对位置，因为机器在磨合好后，一旦各零部件相对位置发生变化，则需要重新磨合，这样就减少了机械装置的精密度和使用寿命，拆电机之前，应在各个部位上做好记号，确保回装后电机各零部件相对位置不改变。
2.拆下的零部件，按拆下的顺序编号，以便装配时按反顺序装配。
3.在装配的过程需按对角线紧固螺丝，让零部件受力均匀。
（二）拆卸电动机的步骤
先拆风扇叶和风扇罩拆轴承盖拆端盖取出转子用三爪拉具卸下轴承（此项是拆卸的难点）
(三)维修保养过程
清洗电机内部，吹尽灰尘，擦去油污，更换新轴承或加注新黄油做保养。
（四）电机的装配
按着各个部件的编号和相对位置的记号，反顺序装配即可。
五、电动机装配后的测试
（一）检查外观
（二）用电桥测量三相绕组的阻值，其中各相的阻值不得超出平均值的5%。
（三）电机中的各项绝缘电阻的阻值应大于1.5MΩ。
（四）通电测量各相电流是否相等。
（五）电动机运行时，耳听电动机转动有无杂音，并用手摸电动机外壳的温度是否过热。
以上五项都检验合格后，电动机方可投入使用。
六、电机的三相绕组“首尾”端判断
（一）目的
三相电机的绕组只有两种接法，即“星接”和“角接”。但是无论“星接”还是“角接”必须先分清各个绕组的“首尾”端，也是电工学中线圈的同名端，它是由线圈的绕向产生的问题，若是“首尾”搞错，虽然表面上看去是“星”、“角”连接了，可非但电动机不能正常工作，甚至还将烧毁电动机。所以我们讲的“星接”的公共点应全是“首”或全是“尾”才行，而“角接”就是各个绕组的首尾相连组成一个闭合回路才行。
（二）三相绕组“首尾”端的判断方法
1.先用万用表从6个线头中分出三个绕组，假设它们为u、v、w绕组。
2.按图3接好电路，电源以9V为好，用万用表50μA档来测量绕组的感应电流方向，在闭合开关K的瞬间观测电流的方向，并用电工胶布在线头做好标记。然后用同样方法去测量w绕组中感应电流的瞬时方向，若两者相同则“首尾”端一致，若相反“首尾”反向，把线头的另一端做记号，如图3中所示。
图3 “首尾”判断电路图
3.将9V电源任意接在w绕组中，用相同的方法再测u、v两个绕组，先测量v绕组，记住电流的方向和标记，将其作为参考再测u绕组，若电流相同其“首尾”端一致。若不同则“首尾”端相反。到此为止，三相绕组的“首尾”端判断全部完成。
结论
交流电动机的结构并不复杂，但其精密度较高，它的定子和转子之间的运动缝隙仅有1mm左右，电机中的轴承属于易损件决定电机的寿命。在实际使用的过程中，需要定期的更换或者加注新黄油。这样才能保证电机长期运转安全工作，所以在工矿企业中拆装电机是电工一项必要的基本功和日常工作，尤其是一些大功率电机较多的企业里。另外电机三相绕组的判别方法来源于生产实践后经理论上的提高，作为高职实训课的内容很有必要。针对我国目前教育中，普遍存在“重”理论“轻”实践的现状是一种很好的改进与完善。综上所述，本课题从内容设计到课堂实践的效果都很成功，既巩固了所学的理论知识又在实践中提高了分析问题和解决问题的动手能力，符合高职的特点，把握住了复合型技能人才的培养方向。
参考文献
关键词：变频技术；井下架线；电机车；应用
前言
架线电机车是促进开采运输机械化的牵引电气设备之一，目前国内井下牵引电动机多为直流电动机，采取串电阻的调速方式。这样一来，换向器和电刷的存在会加大电动机的易损坏程度，增加了系统的维修量。因此，引入变频技术，使用交流牵引电动机和变频调速方式，有利于解决架线式电机车的弊端。
一、变频调速控制技术
随着电力电子技术的飞速发展，自动化控制技术正经历着一场新的变革。变频调速凭借卓越的调速启动、制动性能，高效率、高功率因数和节电功效，广泛的适用领域等被公认为发展前途最为广阔的调速方式。20世纪变压器的出现使改变电压成为一件易事，电力行业由此壮大，长期以来固定的交流电频率得以改变，变频调速技术的出现极大地提高了频率的利用效率。为了使变频调速控制运行正常，需要开环和闭环两类系统控制。开环负责简便控制，能够达到特性较硬、调速范围较宽和较平滑的效果。当负载对调速精度和转矩控制要求较低时，转速开环控制即可满足，对于要求较高的情况则需使用闭环反馈控制。闭环控制仍然利用速度反馈，而简单的速度负反馈只在一定程度上确保了调速精度，无法对转矩进行控制；遇到急剧加速减速时，可能造成电动机系统不稳定，对动态控制的性能欠佳，因而很有必要采用较复杂的反馈控制。
二、变频技术在井下电机车中应用的必要性
（一）直流串励电动机的缺陷
当前井下电机厂使用最多的牵引电动机为直流串励电动机，由于电机车在运输过程中需要获得多种运行速度，必须靠司机操控牵引电动机的转速。直流串励电动机的机械软特性是指，转速n与负载的轻重呈负相关，当电动机的转动力矩大时，转速偏低；当转动力矩减小时，电动机的转速加快。空载的电动机，此时极小的转动力矩对应极高的转速，可能会出现“飞车”现象，不仅严重恶化了换向条件，而且会损害转子，甚至发生人身事故。可见，应对串励电动机进行最低负载的规定，避免在空载下运行。电机车采用串励式调速方式时，会形成较大的启动冲击，无法顺利达到软启动。电机车司机的控制器是带负荷切换装置，在触头形成的冲击电流较大，容易引起短路而损害触头，无形中增加了材料耗费；在调速过程中不易保持平稳，加大了电机车司机操作和检修的困难，无法完善电路的保护系统，安全性能较低。
（二）交流电动机的操作优势
交流变频调速技术正在日趋完善，越来越多地受到生产部门的应用。在开采活动中，交流电机与直流电机相比，拥有更高的功率、效率，更低的维护成本，更方便的无电刷和换向器，交流电动机取代直流电动机在井下电机车的地位指日可待，是矿用电机车发展的新趋势。在井下架线式电机车中推广变频调速技术，能够显著提高电机车的调速性能，减轻设备磨损，降低备品备件的投资，保证控制力度精准，延长设备使用寿命，为完成井下轨道运输任务贡献力量。
三、变频调速的有效策略及应用
（一）交—直—交变频
井下架线式电机车应安装逆变设备，由此可直接获得电网上的直流电，并转化成可调控频率的三相交流电。这样一来，就可将用户较多的直流牵引电机车转变为基础性的交流电机车，并且在改造户后，改造者还能利用电源频率对工作的速度加以控制。
（二）变频调速的应用方法
首先将调速器固定，把换向和调速手柄处的设置调零，并手动关闭交流变频电机车开关，确保电流畅通。通电后，观察报警灯是否亮起，而后对准备灯进行观察，以两灯同时亮起作为开展其后一系列工作的标志。先转动换向手柄，调整到工作所需的方向，等待一段时间后，工作灯亮起机器即可开始工作，可将调速手柄调到机器某功能所需速度。由于运载量过大，超载现象时有发生，此时矿用电机形成短路，变频调速交流电机车的警示灯亮起，正在运行的工作自动停止，工作者可在排除相应隐患之后，通过“复位”实施恢复。
（三）变频技术在井下电机车的应用
三相异步变频调速电动机具有较高的可靠性，故障率低，鼠笼转子无换向铜头和线圈，增加了密闭性，也减少了因潮湿等原因对绝缘性能的损害。同时减少了碳刷的消耗，降低了维修量，运行费用少。在控制器的维护量方面，变频调速控制器换向调速的构成成分是簧管、电位器等，无触点，减少了维修量。在电力消耗方面，将架线式交流牵引变频调速电机车应用到同一牵引电网上，能够将牵引电网馈电功能作为上坡运行列车电能消耗的补偿，大幅提高节电率。在调速性能上，实现了无级调速，调速均匀。最后，交流牵引电动机通过直接转矩控制，在相同的粘着条件下产生更大的牵引力。
四、结语
总之，交流电动机的变频技术深受工业用户欢迎，已经成为电动机调速的新方向。特别是在井下架线式电动车中，它的性能具备非常大的使用空间，在更加恶劣、耗电更大的生产环境中，应用和推广变频技术将有巨大的实际意义。
参考文献：
[1]常爱军,张小明.矿用电机车牵引电动机故障原因及防范措施[J].科技情报开发与经济,2009,(17).
【关键词】变频装置；交流电动机；水淬
1.系统综述
水淬设备自动化系统中控制部分采用西门子SIMATIC S7-300系列PLC 及相关附件、驱动部分采用西门子SIMOVERT MASTERDRI
VES 6SE70系列交流变频调速装置及相关附件、计算机部分采用HMI（WINCC监控软件）人机界面设备及相关附件，这三大部分构成电气控制系统的主体。通过使用SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列交流变频调速装置，使生产机械的控制精度大为提高，并且能够较大幅度地提高劳动生产率和产品质量，且对诸多生产过程实施自动控制；并且实现了整个调速系统的闭环控制，通过上位机监控画面完全可以掌握变频设备的运行状态，而且可以根据实际生产需要设置速度参数，使每个动作保持稳定可控，极大的提高了产品质量和使用的安全性，并且为工作人员对于设备的可操控性提供很大的便利。
2.系统主要控制原理
将热钢管运送至旋转装置上，为了防止划伤热钢管，要求必须“轻起、快运、慢落”放在旋转装置上。在整个程中，由SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列的整流器-逆变器组成的交流变频调速系统不断改变斯惠顿杠杆式机械手交流电动机自身的运动速度来改变相应的机械设备的运动速度，最终实现工艺要求；当热钢管放在低速转动的旋转装置上后，压紧装置压下，由SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列变频器带动旋转装置交流电动机高速旋转，同时带动旋转装置高速转动，直到在上位监控画面上设置的时间完成后，再低速转动；经过工艺处理完毕的钢管到达输送链上，带动输送链的交流电动机开始在SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列变频器的命令下进行变频调速运转，运行的速度根据工艺要求在上位机监控画面进行设置。
3.生产工艺及控制流程
3.1生产工艺
需要水淬的钢管经加热炉加热到一定的淬火温度，保温一定时间后出炉，由加热炉后输送辊道输送至淬火等待位置，然后由斯惠顿杠杆式机械手将钢管送至旋转装置的旋转轮上，钢管到位后，压紧装置的压紧轮将旋转中的钢管压紧，挡水装置的挡水板向外升起，喷水装置进行喷水淬火处理，处理完成以后钢管由出料装置送至斜台架上，滚至拖链上，拖链区域挡料器挡齐钢管，斜置的拖链将钢管内的水控去，送至下一工序前辊道，准备进入下一工序，从而完成一个作业周期。
3.2控制流程
启动：热钢管淬火等待位置斯惠顿杠杆式机械手启动压紧装置压下、旋转装置高速转动挡水板升起停止：斯惠顿杠杆式机械手回到基位挡水板落下旋转装置低速转动压紧装置抬起出料装置启动输送链启动。
4.系统组成及特点
整个设备的控制系统高度集中化、自动化、简单化、可操控性强，充分体现在以下几点：（1）控制部分采用西门子SIMATIC S7-300系列PLC进行控制，该系列PLC拥有高度模块化、体积小占用空间少、运算速度快等特点。（2）通过工业以太网的高速通讯，在PLC控制设备与交流变频调速装置驱动设备之间建立起连接，这样可以有效的把给交流电动机以及相应的机械设备的命令快速的传至交流变频调速装置，交流变频调速装置按照上位机旁边工作人员指定的命令进行稳定的工作。在上位机的监控画面应用的是西门子WINCC监控软件，类似现场直播一样，通过工业以太网高速的传输速度把变频装置的运行状态参数传输至上位机的监控画面上，也就可以完全掌控交流电动机的一切状态。（3）SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列交流变频调速装置还具有报警/故障的特点，当现场交流电动机或者相应的机械设备出现任何异常问题的时候，它就会根据异常的状态进行报警/故障，并且在交流变频调速装置的操作面板上显示出相应的代码，工作人员就可以根据代码在交流变频调速装置的设备手册上查找到报警/故障的原因，给予及时处理，凸显SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列交流变频调速装置易操控，并且对于现场出现的各类故障能够及时、快速解决的特点。
5.结束语
自从上世纪80年代以来，变频调速技术在工业化国家已开始了规模化的应用。80年代末，我国的民用、工业以及建筑电气等领域也开始使用变频调速技术。变频调速与传统的调速 （如直流电机调速）比较，具有很大的优越性：整个系统体积小、重量轻，控制精度高、保护功能完善，操作过程简便、可靠性高、通用性强。尤其是该技术用于一些高耗能设备的控制上，具有非常显著的节能效果：通过对用电设备进行变频调速技术改造，可使总耗电量减少30%.一40%，节能的量级产生了一种飞跃；变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用通用变频器构成变频调速传动系统，满足了提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求，而其所创造的经济效益和社会效益也是非常显著的。 [科]
【参考文献】
[1]SIMOVERT MASTERDRIVES使用说明书 siemens AE，2007.
论文摘要：交流电动机固有的优点是：结构简单，造价低，坚固耐用，事故率低，容易维护；但它的最大缺点在于调速困难，简单调速方案的性能指标不佳，这只能够依靠交流调速理论的突破和调速装置的完善来解决。本文论述了交流调速传动的现状和发展
交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作正围绕以下几个方面展开：
1采用新型功率半导体器件和脉宽调制（PWM）技术
功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型PWM变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动（发电）状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器，必须采用可逆变流器，如采用两套可控整流器反并联、采用PWM控制方式的自换相变流器（“斩控式整流器”或“PWM整流器”）。网侧变流器采用PWM控制的变频器称为“双PWM控制变频器”，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点，代表一个新的技术发展动向，但成本问题限制了它的发展速度。通常的交-交变频器都有输入谐波电流大、输入功率因数低的缺点，只能用于低速（低频）大容量调速传动。为此，矩阵式交-交变频器应运而生。矩阵式交-交变频器功率密度大，而且没中间直流环节，省去了笨重而昂贵的储能元件，为实现输入功率因数为1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。
随着电压型PWM变频器在高性能的交流传动系统中应用日趋广泛，PWM技术的研究越来越深入。PWM利用功率半导体器件的高频开通和关断，把直流电压变成按一定宽度规律变化的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波。PWM技术可分为三大类：正弦PWM、优化PWM及随机PWM。正弦PWM包括以电压、电流和磁通的正弦为目标的各种PWM方案。正弦PWM一般随着功率器件开关频率的提高会得到很好的性能，因此在中小功率交流传动系统中被广泛采用。但对于大容量的电力变换装置来说，太高的开关频率会导致大的开关损耗，而且大功率器件如GTO的开关频率目前还不能做得很高，在这种情况下，优化PWM技术正好符合装置的需要。特定谐波消除法（SelectedHarmonicEliminationPWM——SHEPWM）、效率最优PWM和转矩脉动最小PWM都属于优化PWM技术的范畴。普通PWM变频器的输出电流中往往含有较大的和功率器件开关频率相关的谐波成分，谐波电流引起的脉动转矩作用在电动机上，会使电动机定子产生振动而发出电磁噪声，其强度和频率范围取决于脉动转矩的大小和交变频率。如果电磁噪声处于人耳的敏感频率范围，将会使人的听觉受到损害。一些幅度较大的中频谐波电流还容易引起电动机的机械共振，导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题，一种方法是提高功率器件的开关频率，但这种方法会使得开关损耗增加；另一种方法就是随机地改变功率器件的导通位置和开关频率，使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围内，从而抑制某些幅值较大的谐波成分，以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的，这就是随机PWM技术。2应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象，VVVF控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程，不但要控制各变量的幅值，同时还要控制其相位，以实现交流电动机磁通和转矩的解耦，促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化。目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。此外，为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制等。尤其随着微处理器控制技术的发展，现代控制理论中的各种控制方法也得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制可提高系统的动态性能，滑模（Slidingmode）变结构控制可增强系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息，自适应控制则能全面地提高系统的性能。另外，智能控制技术如模糊控制、神经元网络控制等也开始应用于交流调速传动系统中，以提高控制的精度和鲁棒性。
3广泛应用微电子技术
随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（DigitalSignalProcessor--DSP）、专用集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit--ASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。
[关键词]直流调速 交流调速
中图分类号：U261.27 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0084-01
电机是人类生活中应用十分广泛的设备，大到航空航天，小到人们的日常生活，电机的影子可谓无处不在。对各种电机（交直流电机）的选择也充满了我们生活的时时刻刻。直流电动机拖动和交流电动机拖动先后诞生与19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。但是，由于技术上的原因，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80%左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机（包括异步电动机和同步电动机），而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的直流电动机。而对于交流电机和直流电机他们的调速方法又有着很大的不同，因此对电机调速方法的研究就显得十分重要。本文列举并对比了交直流电机的各种调速方法，为生活和生产中电机的选择提供了一些参考。
1、直流调速方法
（1）改变电枢回路电阻。该方法的优点是系统结构简单；缺点是效率低。因此，该方法适于小功率直流电机、开环控制且仅能有级调速。
（2）改变电动机主磁通。该方法的优点是能够实现平滑调速；缺点是调速范围小而且通常是配合调压调速在基速以上作小范围的升速。现已很少单独使用，通常以非独立控制励磁的方式出现。
（3）调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定向下变速，属于恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。
比较上面三种直流调速方法可看出自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。在调压调速系统中调节电动机的电枢供电电压需要专门的可控直流电源，可调的直流电源有旋转变流机组、静止式可控整流器、直流斩波器和脉宽调制变压器三种。其中直流斩波器和脉宽调制变压器方式是以恒定直流电源供电，用直流斩波器和脉宽调制变换器中的开关器件，将直流电源电压断续加到负载上，通过通断时间的变化来改变负载上的直流电压平均值，将固定电压的直流电源变成平均值可调的直流电源，亦称直流～直流变换器。它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点。
2、交流调速方法
交流异步电动机的调速方式有多种，诸如调压调速、变级调速、串级调速、滑差调速等，而变频调速优于上述任何一种调速方式是当今国际上广泛采用的效益高、性能好、应用广的新技术。它采用微机控制、电力电子技术及电机传动技术取得工业交流异步电机的无级调速功能。目前在国内外已广泛应用是自动化电力传动的发展方向。
（1）降电压调速；调速过程中增加转差损耗，此损耗使转子发热，效率较低；调速范围比较小；要求采用高转差电机，比如特殊设计的力矩电机，所以特性较软，一段适用于55kW以下的异步电动机。
（2）转差离合器调速；结构简单，控制装置容量小，价值便宜。运行可靠，维修容易。无谐波干扰。但速度损失大，因为电磁转差离合器本身转差较大，所以输出轴的最高转速仅为电机同步转速的80%～90%；并且调速过程中转差功率全部转化成热能形式的损耗，效率低。
（3）转子串电阻调速；无电磁谐波干扰。但是串铸铁电阻只能进行有级调速。若用液体电阻进行无级调速，则维护、保养要求较高；调速过程中附加的转差功率全部转化为所串电阻发热形式的损耗，效率低。调速范围不大。
（4）绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速；可以将调速过程中产生的转差能量加以回馈利用。效率高；装置容量与调速范围成正比，适用于70%～95%的调速。但是功率因素较低，有谐波干扰，正常运行时无制动转矩，适用于单象限运行的负载。
（5）变极对数调速；无附加转差损耗，效率高；控制电路简单，易维修，价格低；与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。是有级调速，不能实现无级平滑的调速。且由于受到交流电机结构和制造工艺的限制，通常只能实现2～3种极对数的有级调速，调速范围相当有限。
（6）变压变频调速；无附加转差损耗，效率高，调速范围宽；对于低负载运行时间较长，或起停较频繁的场合，可以达到节电和保护电机的目的。
在上述异步电动机的各种调速方式中，效率最高、性能最好、应用最广泛的是变压变频调速方式，它是一种转差率不变型调速，可以实现大范围平滑调速。变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变电动机同步转速，从而实现交流电动机调速的一种方法。变频装置工作是随着输出频率的变化，输出电压也要配合改变，因此，变频调速系统常被称为变压变频（VVVF）调速系统。目前，变频调速的主要方案有：交交变频调速，交直交变频调速，同步电动机自控式变频调速，正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速，矢量控制变频调速等。
3、交直流调速系统的对比
直流调速控制简单，调速性能好，变流装置（晶闸管整流装置）容量小，长期以来在调速传动中一直占统治地位，但也具有以下缺点：
（1）直流电动机结构复杂，成本高、故障多、维护困难，经常因火花大而影响生产。
（2）换向器的换向能力限制了电机的容量和速度。
（3）为改善换向能力，要求电枢漏感小，转子短粗，影响系统动态性能，在动态性能要求高的场合，不得不采用双电枢或者三电枢，带来造价高、占地面积大、易共振等一系列的问题。
（4）直流电动机除励磁外，全部输入功率都通过换向器流入电枢，电机效率低，由于转子散热条件差，冷却费用高。
交流调速的性能己达到直流传动的水平，装置成本降低到与直流传动相当或者略低的程度，由于维修费用及能耗大大降低，可靠性提高，因此出现了以交流传动代替直流传动的强烈趋势。采用交流传动能取得下述效果：
（1）减小维修工作量，减少停机时间，提高产量。
（2）可以突破直流电动机的功率和速度极限，为设备提供更大的动力，从而提高产量。
（3）减小电机的转动惯量。
（4）节能、节水。
（5）由于交流电动机结构简单，因此有可能与机械合为一体，形成机电一体化产品，大大简化机械结构，减小体积和重量，提高可靠性。
（6）成本方面，交流调速的功率装置（变频器与电网补偿装置）和控制装置比直流调速的功率装置和控制装置贵，但是它的电动机便宜。随着电动机功率的增加，交流调速总成本的增长比直流调速总成本的增加要慢，大于某一功率后，交流调速就比直流调速便宜。
4、结论
交流变频调速之所以比直流调速广泛运用是因为交流电机，不是变频调速原理具有优越性，变频调速只能应用于调速，而对力矩是无法做到精确控制的，原因很简单，直流调速的电枢和励磁不是耦合的，是分开的，这样对电枢电流和励磁电流能够做到精确控制。而交流调速，电枢电流和励磁电流是耦合的，是无法做到精确控制的。由于交流电机的机构简单，维护工作量小，适用于更广泛的环境，更容易大功率化等优点，交流调速使用的越来越广泛，但同时由于直流调速具有更好的力矩控制特性，因此在一些力矩要求高的行业还是有很大的市场的，所以在未来很长的时间内应该是交流和直流调速同时存在和使用的，不存在交流代替直流的问题。
参考文献
[1]陈伯时，电力拖动自动控制系统（第2版），北京：机械工业出版社，1999，12（10）：115-116.
关键词：电动机 控制技术 应用与展望
电动机及其控制技术的应用与发展，是现代工业赖以生存和发展的基础。我国经济社会正处于改革转型的关键时期，和世界许多国家一样，电动机及其控制技术取得了快速发展，存在着巨大的提升空间。
一、电动机的发展过程
电动机的产生和发展可以分为四个阶段。
19世纪30年代到80年代是电动机发展的第一个阶段，以直流电动机的发明和逐步推广应用为标志，是直流电动机时代。
19世纪末叶到20世纪50年代，是电动机发展的第二个阶段，以交流电动机的发明和应用为标志。交流电动机主要用于转速基本恒定的生产机械的拖动；在要求调速范围宽和高精度控制的领域，都采用直流电力拖动。由于换向器结构复杂，故障率较高，需要维护，换向器还容易产生电火化，直流电动机单机容量和使用环境都受到限制。
20世纪60年代到21世纪初，是电动机发展的第三个阶段，也是其快速发展时期。特别是交流变频调速技术的不断成熟，使交流异步电动机实现了调速范围宽，稳态精度高，动态性能好等许多直流电动机才有的性能，充分发挥了交流异步电动机结构简单、运行可靠、价格低廉、基本免维护、容易实现单机容量的突破等优势，交流电动机逐步取代直流电动机。
随着电动机理论的不断完善和制造技术的不断提高，高新技术的快速发展，新材料的不断应用，21世纪以来电动机发展进入第四个发展阶段――呈现高性能化、智能化、微型化和网络化。
二、我国电动机及其控制技术的应用现状
电力拖动具有控制简单、方便经济、效率高、调节性能好、易于实现远距离控制和自动化控制等优点，在机械、冶金、石油等各行各业中被广泛应用。
我国电动机品种繁多，大小悬殊，形状各异，用途多样，目前约有300个系列，1500个品种。据有关资料估计，我国电动机总装机容量已超过7亿kW，其中大型高压电动机约占一半，最大功率达到几十MW级；中小型电动机占总装机容量的35%左右，其他电动机占15%左右。
高压电动机主要用于石油、化工、矿山、冶金、抽水蓄能电站等行业的大型机械设备中。高压电动机近70% 拖动的负载是风机、泵类、压缩机等，这其中有一大半处于轻载状态，能源浪费严重。
中小型电动机数量庞大，覆盖范围广。我国已经成为世界上最大的中小型电动机的生产、使用大国。但是我国目前使用的电动机能效标准大多还是低效率的IE1，国家正在推广高效率IE2和超高效率IE3电动机，电动机的升级换代对我国经济发展和节能降耗意义重大。
由于交流变频控制系统价格昂贵和历史沿袭等原因，我国还有相当数量的直流调速系统在使用。
随着科技的进步和现代控制技术的发展，我国特种微型电动机和电动机伺服系统发展迅速，已经成为独立的分支。特别是某些航空航天用微型控制电动机，已突破国外技术封锁。如自行研究成功的登月用微型控制电动机。
目前国外80%电动机为专用电动机，性能、效率和适应性大大提高，通用型电动机只有20%。我国刚好相反，80%为通用型电动机，所以发展专用电动机，对我国来说意义重大。
我国电气自动化各种控制方式并存。在机床类等工业设备中，大量应用电磁式或电子式继电器、接触器控制系统。近年来，电子式继电器、接触器具有更小的体积，更长的使用寿命，有的向多功能化方向发展，继电器、接触器控制系统在我国将长期存在。但是它是一种机械触点式硬连接，靠接线逻辑实现控制功能，存在易产生电火花，寿命短，改变电路控制功能必须拆线重新连接等诸多缺点。
PLC控制系统是把计算机和继电器接触器控制系统的优点相结合的产物，具有控制灵活，体积小，容易编程，改变电路逻辑功能容易，具有数字运算，数据处理和通讯联网等功能。PLC平均无故障运行时间可达10万小时以上，可靠性很高，已经成为工业自动化控制系统中应用最为广泛的核心控制装置。我国主要控制装置PLC（数字控制器）大都是进口的，部分是合资工厂组装的，关键技术还掌握在国外。PLC控制系统使用主要集中在中大型企业，普及率较低，发达国家已经使用工业现场总线和数据联网通讯等自动化控制技术。
交流变频调速控制技术，是随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术、现代自动控制理论高度发展的结果。它的出现改变了高性能调速系统由直流电动机一统天下的局面，让交流调速系统逐步成为调速系统的主角。这与电力电子器件高速发展分不开。如GTO、BJT、MOSEFT为代表的高效、高频、高功率因素、高功率密度、高压大功率的电力电子器件得到长足发展，应用日渐普遍，尤其是双极型复合器件IGBT、新型电力电子器件IGCT为代表的新一代高性能器件的发展和普及，使大容量交流电动机调速技术获得飞速发展。近年来，功率模块的发展，以及将电力电子器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上的功率集成电路技术的发展，自动控制技术前景更加广阔。
我国的高速铁路技术已达到世界先进水平。这得益于被称为铁路机车“机芯之核”的IGBT的成功研发。IGBT长期被西方发达国家垄断。2009年，我国第一条IGBT产品封装线在株洲落成，成功实现了IGBT模块的国产化。
20世纪末，国内少数火力发电厂开始进口高压变频器，对风机、水泵、压缩机进行节能改造，取得满意效果。21世纪，随着国产电力电子器件成功生产，国产高压变频器快速发展，其中约一半用于火力发电厂作为调速节能改造。但是，大容量高压变频器技术与发达国家相比还有较大差距；中小型电动机通用变频器及专用变频器基本被国外所垄断，比如在我国应用占比较高的西门子MM4系列通用变频器。
三、我国电动机及其控制技术展望
纵观我国电动机及其控制技术发展水平，与欧美等发达国家相比，存在较大差距和提升空间。
1.推广使用高效能、超高效能电动机，淘汰低能落后产品
从节约能源保护环境出发，推广使用高效节能电机已经成为全球电机产业发展的共识。我国电动机消耗的电能占总发电量的60%以上，而Y，Y2系列等低效（相当于IE1及以下标准）电动机，还占大多数，电动机平均效率比发达国家低2%到8%，推广使用高效（相当于IE2标准）、超高效（相当于IE3及以上标准）电动机，淘汰低能落后产品，具有明显的节能减排和社会效益。国际电工委员会于2008年10月完成了IEC60034―30的编制工作并颁布实施。我国多次修订电动机能效标准，其中GB18613-2010和GB18613-2012等同采用了该标准；工信部和国家质检总局联合印发《电动机能效提升计划（2013―2015年）》，计划提出到2015年累计推广高效电动机1.7亿kW，淘汰在用低效电机1.6亿kW，实施电机系统节能技改1亿kW，实施淘汰电机高效再制造2000万kW。
同时，我国稀土资源丰富，稀土永磁合金（钕铁硼永磁材料）的性能不断提高，制造的稀土永磁电动机具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率密度大等优点，是今后重点研究和推广方向。
2.专用电动机替代普通电动机
电动机品种繁多，性能各异，所拖动的负载千差万别。如果都用通用电动机，无论在技术上还是经济上都不是很合理的。专用电动机就是根据不同的负载专门设计的，技术性能上更符合对应的设备需要，节能效果更是明显。比如油田用抽油机专用稀土永磁电机，节电率高达20%。
3.提升自动化控制技术水平
推广使用PLC控制系统，对我国普遍采用的继电器接触器控制系统进行升级改造，加快开发国产PLC数字控制器，充分利用PLC控制系统的可编程、数字化、改变逻辑控制功能容易、可靠性高等优点，提升我国电动机控制技术的应用水平。
加快交流变频调速控制技术的应用和发展水平。电动机的矢量控制技术，直接转矩控制技术，已经成为当今笼式异步电机控制技术的主流；脉宽调制（PWM）技术，正弦脉宽调制（SPWM）技术和空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术的成功应用，电力电子器件制造技术，特别是大功率高电压电力电子器件制造技术的突破，交流变频调速控制技术已经成为21世纪交流异步电动机最重要的控制技术。在我国，可逆直流调速系统、PWM直流调速系统、数字控制系统、交流调压调速系统和串级调速系统、笼式异步电动机变频调速和矢量控制调速系统、无换向器电机调速系统、开关磁阻电机调速系统都得到了广泛的应用。继续提高国产高压大功率电力电子器件制造技术，对风机、水泵、压缩机类负载加大节能改造力度；加快国产通用变频器和专用变频器的开发水平；加大交流调速系统的应用力度，淘汰老旧直流调速系统，对提升我国电气自动化水平，提高生产力和节能减排有着现实意义和长远意义。
我国大型电动机正在向高效率、小体积、高功率密度等方向发展；中小型电动机正在向高效化、专业化、集成化方向发展；微型电机向高性能、无刷化、永磁化等方向发展，稀土永磁无刷电机将成为微特电机的主流；电动机控制技术向智能化、模块化、网络化、一体化和集成化方向发展，我国的电气自动化前景广阔。
参考文献：
[1]付兰芳，张宪.变频技术[M].北京：化学工业出版社，2011.
[2]张万忠，刘明芹.电器与PLC控制技术[M].北京：化学工业出版社，2013.
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