交流电动机的应用篇1
目前我厂各类在役电动机中交流电动机占99%以上，而交流电动机面临的最大问题是起动问题。它包括起动时电流及起动转矩冲击，以及很多大功率电动机因为起动困难，对电网的冲击也很大，因此只能尽量减少停机次数，从而造成能源的浪费。
2 电动机起动问题
三相交流电动机起动分为直接起动和降压起动。交流电动机直接起动又称全压起动，它是一种最简单的起动方法。起动时将全部电压直接加在电动机定子绕组上，起动电流将达到4～7倍的额定电流和过高的起动转矩，直接影响该电网上的其他电气设备运行。当全压起动的电动机容量愈大，供电变压器的容量越小，这种影响越显著。当电动机容量大于电力变压器容量的30%时，在全压起动的瞬间大电流冲击下，将引起电网电压的降低，影响到该电网内其他电气设备的正常运转。电压降低可引起电机本身起动无法正常运行，严重时可烧毁电动机，同时全压起动产生过高起动冲击转矩，还将会使连接件损坏，电动机机座变形，齿轮或齿轮箱损坏，传送带撕裂等。解决此类问题，一般生产机械及电力拖动电动机尽可能采用软起动方法，即适当降低电动机端电压，减少电动机起动电流及过大启动冲击转矩等，以避免拖动系统不必要的损坏。
3 交流电动机软启动
随着工业生产及工业生产机械的不断发展，即对电动机拖动的起动性能提出了越来越高的要求。（1）电动机要有足够大的并能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线；（2）起动设备尽可能简单、经济、可靠、起动操作方便，直接起动是最简单起动方式，但还要克服其起动电流大及转矩冲击大，对电网及拖动设备造成的危害；（3）起动电流和起动功耗尽可能小。综上软起动对交流电动机拖动的控制及保护是达到节能、简化控制、优化资源的重要手段。
交流电动机软启动方式：一般采用（1）传动降压起动；（2）电子晶闸管降压起动：（3）变频软起动。
3.1 传统降压起动
3.1.1 自耦变压器降压起动
定子通过自耦变压器连接到三相电源上，降低电动机定子绕组电压，以减小起动电流。当电动机起动后，再将其切除，其优点根据不同负载要求，起动电压可选择，缺点是当电动机容量较大时，变压器体积增大，成本高。目前我公司已全部淘汰此种起动方式。
3.1.2 Y-转换起动
所谓Y-转换起动，起动时定子绕组为Y形连接，起动完成后，正常运行时为形连接。星形连接起动时起动电流和起动转矩为三角形连接的三分之一。同时由于从星形转换为三角形过程中会出现二次冲击电流以及冲击转矩等问题。适用于轻载或空载起动的场合，接线时还应该注意Y-连接时要保证其旋转方向的一致。优点是线路较简单，投资少，缺点是转矩特性差。
3.1.3 串电抗器或水电阻降压起动
即在定子回路绕组中串联电抗器或水电阻从而实现降压起动，减小起动电流，待起动完成后再将其切除。但由于电抗器成本高，水电阻损耗大，故一般在电动机空载或轻载运行时可利用串电抗器降压起动。由于维护复杂，空间、环境等因素，我们公司没有采用过此种降压起动方式。
3.2 晶闸管降压起动
晶闸管降压起动又称“软启动器”，它采用三对反并联的晶闸管，串接于三相电源与电动机定子回路上。利用晶闸管移相控制原理，通过微处理器的控制来改变晶闸管的开通程度，使电动机输入电压按预设的函数关系逐渐上升。
起动时，电动机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐增大，直至达到满足起动转矩的要求而结束起动过程。当起动完成后，软启动器输出额定电压，旁路接触器接通，电动机进入稳态运行状态。
停机时，先切断旁路接触器，然后软启动器内的晶闸管导通角由大逐渐减小，使三相电压逐渐减小，电动机转速逐渐减小到零，完成停机过程。我公司现降压起动都采用此种方法，它是集电动机软启动、软停车和多种保护功能于一体的电动机控制装置。软启动器在晶闸管两侧装设的旁路接触器，保证了晶闸管仅在起动、停车时工作，避免长期运行使晶闸管发热，同时还可以避免在电动机运行时软启动器发生故障，可由旁路接触器作为应急备用。缺点：价格高，晶闸管还可以引起高次谐波。软起动器的广泛应用，标志着电动机控制技术由传统的电器控制时代进入了电子智能化控制时代。
3.3 变频软启动
即采用电压频率按比例平滑上升的VVVF控制的基本原则，在起动过程中不存在大的转差功率，有利于电动机平稳起动，从而实现降压起动，消除了起动冲击，避免起动功耗，且可控制起动速度，是一种真正的平滑起动方式。它可以在限流同时保持高的起动转矩，具有保护功能强大的特点。缺点：价格高，对电网来说它可是谐波污染源，但我们利用电抗器和有源滤波器抑制谐波。虽然他也是一种软起动装置，但更广泛应用在变频调速。我们公司现在将负荷变化较大的电动机都采用变频控制。不仅可以减少对电网冲击，还达到了节能的目的。
4 结语
综上所诉：传统的降压起动设备，其目的减少了起动电流和功耗，但同时降低电动机起动转矩，起动效果差，并且产生二次电流冲击、故障率高、使用受限等问题，但投资少，不会产生谐波；电子晶闸管降压软启动有较好的起动特性，起动参数可调，一定程度上可解决轻载起动设备起动冲击问题。不足之处不宜作随载降压节能设备用，且达不到电磁兼容的要求，另外存在价格高等问题；变频软起动其具有调速、节能、保护等优点，它以微电脑全数字节能化控制，对电动机提供全方位服务，不愧为电动机综合节能保护的优选产品。
参考文献：
交流电动机的应用篇2
对三相交流异步电动机运行保护，传统的方法有两种：一是使用热继电器作为电动机过载和缺相保护，二是使用电机综合保护器进行保护。前者存在可靠性差和有效性差等缺点；后者对电动机接地故障未能进行有效的保护，并且体积较大，结构复杂、如果损坏只能整体换件。为了提高电动机保护装置的可靠性、有效性，本文提出了一种简单可靠的保护装置，并结合PLC实现故障判断和故障信号报警策略设计。
2 电动机保护原理
电动机是一种非线性、强耦合、多变量的电、机能量转换系统，在正常运行时三相电流的趋于平衡的，且电流不大于额定电流（起动时除外），如果发生断相、接地故障三相电流就不平衡，如果发生过载、短路故障、电流就会大于额定电流；采用电流互感器检测电动机负序电流的方法来提取断相保护信号，从零序电流提取接地、漏电保护信号，并用热继电器进行电动机的过载保护，用熔断器提供短路保护，将故障信号作为输入信号送入PLC进行故障判断及报警显示。
3 简单可靠的保护装置电路
电动机保护装置电路如图1所示，电压继电器KA5、KA6采集电源电压信号，三相电动机电流由电流互感器TA1、TA2、TA3采集，并经过整流后驱动电流继电器KA1、KA2、KA3，电动机的漏电和接地信号由TA4采集并整流后驱动KA4的线圈，当电动机正常运行时KA1、KA2、KA3、KA5、KA6的线圈电流应略大于它的最小吸合电流以保证继电器可靠动作，而KA4的线圈电流为零，继电器KA4不动作；当发生接地漏电故障时KA4线圈电流应略大于它的最小吸合电流以保证继电器可靠动作，并根据继电器的动作电流选择不同数据的电流互感器，整流桥选用3～5A/700V的整流桥；PLC的I/O接线图如图2所示。
4 工作过程分析
当闭合QS后，欠电压继电器采集电源电压信号KA5、KA6，如果它们不能吸合，则X0为OFF表明电源缺相或欠电压，这时按下起动按钮电动机不能起动，KM不会闭合，并发出相应的报警信号。如果电源正常，闭合QS，欠电压继电器KA5、KA6能吸合，则X0为ON表明电源电压正常，电源指示灯Y7亮，按下起动按钮SB1后KM线圈得电，电动机起动运行；电动机正常运行时，电流互感器TA1～TA3输出的二次电流经整流后，分别推动KA1～KA3，使X1为ON；若电动机出现某相失压（或者由于相间短路烧断熔断器造成的失压）、断相的不对称运行状态，则对应相的电流为零，则继电器KA释放，产生相应的故障信号X1为OFF，断相故障指示灯Y4闪烁，同时使KM线圈失电，并发出相应的报警信号。
如果电动机发生接地、漏电故障，电流互感器TA4
输出的二次电流经整流后推动KA4，使X2为ON，接地漏电故障指示灯Y6闪烁，同时使KM线圈失电，并发出相应的报警信号。
如果电动机电流超过正常电流一定时间后，热继电器动作产生过载信号X3为ON，过载故障指示灯Y5闪烁，同时使KM线圈失电，并发出相应的报警信号。
5 PLC的控制梯形图
为了区分几种故障信号，分别设置M10、M11、M12、M13四个存储继电器存储电源故障信号、断相故障信号、过载故障信号、接地故障信号。为了识别第一故障原因的信号，采用主控命令，当发生第一故障时，故障信号存储置位并退出主控，停止电机，并产生对应的闪烁信号和声音报警，直至按下确认按钮SB3，具体的梯形图如图3。
声音报警程序如图4，发生故障时Y10为ON则蜂鸣器响，按下确认按钮SB6后消声。
6 结束语
本文设计一种基于PLC控制的简单、可靠电动机综合保护电路，并以电动机失压、缺相、过载、接地故障为例，并提出基于PLC故障判别和报警策略的处理方法。其工作电路简单、具有理论根据、工作可靠的特点，因此这种方案具有很强的实用价值。■
参考文献
交流电动机的应用篇3
Key words: vector control；Ac drive electric locomotive；the traction converters
中图分类号：U264.2文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）24-0030-03
0引言
随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，功率半导体电力变换技术得到迅速发展，电传动技术进入了交流传动时代。异步牵引电动机控制方法经历了转差频率控制、基于磁场定向的矢量控制和直接转矩控制3个阶。转差频率一电流控制在20世纪80年代的交流传动机车中广泛采用，我国的AC4000交流传动电力机车也采用了这种控制方式；由于转差频率控制方法基于异步电动机的稳态数学模型，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，当输出电压的大小和相位不变时，转差频率在变，导致感应电压和感应电流随后发生变化，反应速度非常慢，调速性能不好。
在HXD3型大功率交流传动机车中，采用了脉冲矢量控制；本文介绍了脉冲矢量控制技术的基本原理，对采用脉冲矢量控制技术的HXD3型机车牵引变流器的系统结构、输出电压、控制方式以及配置进行分析研究，结果表明采用了脉冲适量控制技术，机车具有与直流电机相媲美的调速性能。
1矢量控制原理
1.1 概述矢量控制（vector control），又称磁场定向控制（field-oriented control），基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。
图1为矢量控制框图。在矢量控制状态下，为了输出所要求的转矩，扭矩电流矢量Iq和激磁电流矢量Id（通过分解电机电流而得到的）是单独控制的。
1.2 矢量控制的优点采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由矢量控制具有优良的瞬时特性，并能够快速控制感应电机的输出转矩，能够使感应电机具有与他励直流电机相同或更高的扭矩控制特性。在传统的转差率控制，转差率和逆变器输出电压大小依据扭矩指令（档位指令）变化而变化。机车采用矢量控制作为感应电机的控制系统，与传统的转差控制相比，矢量控制能够把感应电机的输出转矩迅速的控制在目标值，使在转差频率和逆变器输出电压大小变化时，电压相位也同时变化，导致扭矩反应非常快获得与直流调速系统同样的静、动态性能，从而提高对瞬时现象如空转、滑行的反应。
1.3 输出指令为了输出所要求的转矩，VVVF逆变器最终控制输出电压U1和它的相位。以“1个脉冲方式”为例，当只有扭矩电流被双倍而不改变感应电压E0时，输出转矩才会被加倍。为了只加倍，转差频率就得加倍Iq*。所以，必须控制在逆变器输出电压U1的数值和相位（图2所示）。因此为了控制感应电机的输出转矩，VVVF逆变器通过输出电压和它的相位直接控制着磁通量Ф和扭矩电流。
1.4 与传统的转差频率控制的区别当感应电机的输出转矩由矢量控制或转差频率控制降低1/2时，逆变器输出电压、感应电机的感应电压等之间的关系如图3（a）、（b）所示。在这两种情况下，逆变器频率最终设定在降低输出转矩到1/2的转差频率上。在矢量控制情况下，逆变器输出电压的大小和相位每次都有变化，输出转矩随着扭矩电流的改变而快速的改变；而在传统的转差频率控制下，输出转矩随着扭矩电流的改变的反应速度非常慢。驱动机车的感应电机的时间常数，对矢量控制来说，大约为10ms，而对转差频率控制来说大约为100ms或者更多，即两者之间在反应速度方面相差10倍或更多。
2方波脉冲矢量控制在HXD3型机车的应用
2.1 方波脉冲控制机车的牵引电机M1~M3（M4~M6）分别由牵引变流器UM1（UM2）的3个PWM逆变器单独供电，实现牵引电动机的独立控制。由于机车六根轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引起负载分配不均匀，都可以通过牵引变流器的控制进行适当的补偿，以实现最大限度的发挥机车牵引力。
由于机车的空间有限，所以要求机车用的牵引变流器的逆变器结构紧凑，重量轻。基于这个原因，我们所说的“方波脉冲控制”能够最低程度的降低损耗并最大程度的在中高速度区增加输出电压。“方波脉冲控制”方式中，由于逆变器的每个臂以180°间隔重复着闭合/关断操作，所以逆变器的输出与输入电压相同，达到最大值，但是去了对电压控制的功能。
图4显示了方波脉冲矢量控制的系统结构。方波脉冲控制在严格意义上是不能执行矢量控制的。这是因为矢量控制是通过瞬间改变逆变器电压的大小和相位来控制扭矩。方波脉冲控制不能改变电压的大小（幅值）。但方波脉冲控制可以瞬间改变相位，利用迅速改变相位的这一特性，有可能瞬间改变扭矩电流，如图3所示.此时，由于电压大小的主要变化是固定的，输出转矩根据指令数值而转变。磁通量补偿单元（图4），可以预测这种变化并纠正磁通量指令，这样输出的转矩就与指令数据相吻合。借助这一特性，即使当扭矩指令迅速发生变化时，也能获得高速输出转矩的反应（反应时间常数大约为10ms）。
2.2 逆变器的输出电压与脉冲方式由于驱动机车要求VVVF逆变器有一个较大的输出频率，因此每个速度区内要选择最为合适的脉冲方式转换方法。图5显示逆变器输出电压与脉冲方式之间的关系。在中低速度区，使用异步PWM方式，通过把电压输出指令与载波的三角形相比，执行PWM控制。在逆变器输出电压最大的高速区，使用方波脉冲方式。此外，为了在两者之间顺利改变输出电压波，在PWM方式和方波脉冲之间使用过调PWM方式。图6为方波脉冲方式中的输出电压波形。
3HXD3型机车牵引变流器的配置
在交流传动机车上，设有变流装置，用于直流与交流之间电能的转换，并对各种牵引电机起控制和调节作用，从而控制机车的运行。每台变流装置中含三组牵引变流器和一组辅助变流器，根据机车的速度，通过矢量控制，精准快速的控制牵引电机的转矩与转速。牵引变流器（CI）为牵引电动机提供三相交流的变压变频（VVVF）电源。每组牵引变流器主要由四象限整流单元、中间直流电路和PWM逆变单元、真空接触器等主电路部分和无接点控制单元的控制电路部分组成（如图7所示），具有过流和过载保护、接地保护、瞬时过电压保护、器件保护、内部的控制电源故障时的保护、检修安全联锁保护以及超压和欠压保护，并且设置有复合冷却系统。
4结语
HXD3机车运行以来，能精确快速的控制牵引电机的转矩和转速，具有良好的调速性能，能够对由于机车六根轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引起负载分配不均匀等进行适当补偿，防空转、滑行性能好，最大程度发挥机车牵引力，将成为牵引控制领域的热点。使用过程中，除了日常电气检查外，还需要对驱动电路板、短时大电流运行部件、控制单元的通信、以及导线的连接、固定和绝缘进行定期维护，以确保工作的可靠性。
参考文献：
[1]姚绪梁.现代交流调速技术[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2009.
[2]光.HXD3型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2009.
交流电动机的应用篇4
直流电动机的调速性能要好于交流电动机，其启动转矩较大，机械特性曲线要较交流电动机特性硬。因此在对电动机调速要求较高的生产机械上，大部分使用直流电动机进行拖动。但是直流电动机的制造工艺较为复杂，生产成本较高，维护较困难，实际使用中可靠性较差。
交流电机又分为交流异步电机和交流同步电机。本次论述我只谈谈常用的交流异步电机及直流电动机的应用，特别是三相交流异步电动机。异步电动机具有结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉等一系列优点，特别是和同容量的直流电动机相比，异步电动机的重量约为直流电动机的一半，而其价格仅为直流电动机的1/3。对于调速要求不高的生产机械，如传送带、水泵等还是大规模的使用交流异步电动机进行驱动。在国民生产中三相异步电动机的使用十分广泛。
下面来分别论述直流电动机和交流异步电动机的调速方式。
一、直流电动机的调速
直流电动机转速计算公式如下：
上式中 与 为常数，因此对直流电动机的调速主要通过改变电动机的输入电压、绕组电阻和磁场强度来实现，而转子串电阻以及弱磁将使直流电动机的机械特性变软，一般情况下在使用直流电动机作为驱动电机时很少使用弱磁调速和转子串联电阻的调速方式，而更多的使用降压调速。直流电动机的降压调速方式可以使直流电动机在额定电压和额定转速以下进行平滑的调速。
当对直流电动机进行降压调速时，其对控制系统的电压调节能力要求较高，需要一个较为稳定可调的直流电压对电动机进行供电。而实际使用中工频交流电是我们最容易获得也是最广泛使用的电力来源，因此需要将交流电转换为直流电来驱动直流电动机工作。
直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，直流调速器的工作原理是通过改变输出方波的占空比使负载上的平均电流功率从0-100%变化、从而改变电机速度。利用脉宽调制（脉宽调制的全称为：Pulse WidthModulator、简称PWM。）方式进行调速，它的优点是电源的能量能得到充分利用，电路的效率高。例如：当输出为50%的方波时，脉宽调制（PWM）电路输出能量功率也为50%，即几乎所有的能量都转换给负载。另外采用脉宽调制（PWM）方式、可以使负载在工作时得到几乎满电源电压、这样有利于克服电机内在的线圈电阻而使电机产生更大的力矩。
二、交流电动机的调速
交流电动机转速计算公式如下：
（一） 变极调速
在电源频率恒定条件下，改变磁场磁极对数将使异步电动机的转速在额定转速以下发生改变，但是我们根据公式很容易发现：假设异步电动机在理想状态下运行且电源为工频时（既转差率s=0，频率 =50Hz），如果磁极对数P=1时，其计算结果为n=3000r/min；当P=2时，计算结果为n=1500r/min……因此变极调速为有极调速方式。
（二）改变转差率调速
改变转差率调速方法有：改变电源电压，改变转子回路电阻，电磁转差离合器等。
改变电压调速：通过查询异步电动机的机械特性曲线可以发现，当电压在额定电压以下调节时，电压越低其对应的转矩越小，调速范围越窄。这种调速方法，当转子电阻较小时，能调节速度的范围不大；当转子电阻大时，可以有较大的调节范围，但又增大了损耗。
改变转子电阻调速：改变绕线转子异步电动机转子电路（在转子电路中接入一变阻器），电阻越大，曲线越偏向下方。在一定的负载转矩下，电阻越大，转速越低。这种调速方法损耗较大，调整范围有限，主要应用于小型电动机调速中（例如起重机的提升设备）。
电磁转差离合器调节：电磁离合器是由电枢和感应子（励磁线圈与磁场）两基本部分所组成，这两部分没有机械的连接，都能自由地围绕同一轴心转动，彼此间的圆周气隙为0.5mm。电磁调速异步电动机具有结构简单，可靠性好，维护方面等优点，而且通过控制励磁电流的大小可实现无级平滑调速，所以广泛应用于机床、起重、冶金等生产机械上。
（三） 变频调速
变频调速就是改变驱动电源的频率以实现改变异步电动机转速的方法，根据异步电动机机械特性曲线可以看到，变频调速可以使异步电动机的转速实现无极平滑调速，且机械特性较硬，但是异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
变频调速器是把工频交流电变换成各种频率的交流电能，以实现电机的变速运行的设备，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电来驱动交流异步电动机进行旋转。
总述：通过比较交流异步电机的变频调速和直流电机的调压调速我们发现，两者在调速控制方面直流电机的调速方式更为简单，通过交-直调压的方式就可以实现对直流电动机的转速的调节。而交流异步电动机的调速方式为交-直-交变频调速，变频的同时还需要兼顾频率与电压的关系，因此，变频调速的控制系统要更加的复杂，且效率要低于直流电动机的调压控制系统。
20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM-VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。
交流电动机的应用篇5
Application and Development of Modern AC Variable Speed Technology
DENG Xiaoxiang， LIU Yuanyi， MENG Jiaoru
（Heilongjiang University of Science and Technology， Harbin， Heilongjiang 150027）
Abstract AC variable speed occurs in the nineteenth century， comparable to DC conversion technology， but because of technical performance DC speed than AC variable speed performance is much better， so the technology can not replace the traditional AC variable speed DC drive technical position in the field of electric drive. With the continuous development of science and technology， promoting the development of AC variable speed technology， to promote the application and development of modern AC variable speed technology， at present， has been beyond the modern AC variable speed DC converter technology trends.
Key words AC variable speed technology； DC converter technology； application and development
1 现代交流调速技术的应用
1.1 变级调速系统的应用
所谓变级调速就是有效调节旋转磁场使其运行速度一致，这是最简单的调节方法。采用交流调技术就是通过利用电动机的改接技术，实现电机从一个级数到另一个级数的转变，从而实现了不同步电动机的有级调速。变级调速系统操作简单、设备价格低，工作轻松且具有可靠性，但仅限于有级调速，其速度一般可分为两种速度，在现实中三种速度以上的变级电机，由于结构复杂、操作繁琐等原因，在现实中很少应用。电机绕组设计是采用变级调速技术的关键，因此，最佳的电机技术性能指标就是采用最少的绕组线圈改接与引出头。
1.2 串级调速系统的应用
串级调速系统也称为绕线转子不同步电动机串级调速系统，其原理是将电动机转差功率加以利用的一种节能、高效、经济实用的调速方法。在转子回路中串入阻值大小不相同电阻，从而得到电动机不同斜率的机械性能，有效实现了电动机的速度调节功能，这是传统改变电动机转差率的方法，同时也是一种简短的操作方法，缺点是调速是有级的、不平滑，并且由于电动机的转差功率大多都消耗在电阻发热上面，降低了转差效率。随着大功率的电子器件产品的诞生，传统采用在转子回路中串联的电阻转变为晶闸管功率变换器，有效实现转差功率的作用，同时也构成了晶闸管串级调速系统，是由绕线不同步电动机与串联晶闸管变换器两者组成。这种方法的采用，不仅增加了转子回路中的电势，同时也改变了转子回路中的转差功率值，因此，也改变了不同步电动机的功率因数。①
1.3 变频调速系统的应用
变压变频调速系统是各种不同步电动机调速系统中，具有高效率、高性能的最好的调速系统。变夺变频调速系统的调速原理是，同时对定子电源电压与电源频率进行有效调节，在这种情况下，机械特性大体上处于上平行移动状态，而电动机的转差功率保持不变。变频调速系统是现代交流调速的主要发展趋势。变频调速系统具有高效率性、高性能、高精度性以及宽调速范围等优势，是现代最具有发展前景的调速方式。现代交流电动机变频调速系统分为很多种，例如最早的电压源型变频器、电流源型变频器、脉宽调制型变频器等。
1.4 调压调速系统的应用
不同步电动机电机转矩与输入电压基波的平方成正比的关系，因此有效改变电动机电机的电压，可以有效改变不同步电动机的机械特性等，有效实现了不同步电动机的调速功能。不同步电动机调压调速是一种操作比较简单的调速方法。在二十世纪五十年代以前，工业电动机调速方法是采用串饱和电抗器的方式，对电动机进行调速。随着科学技术的不断发展，现代大多采用双向晶闸管调压的方式实现电动机的交流调压调速功能。采用双向晶闸管调压的方式主要有两种：一种是整周波斩波控制方法调压，而另一种是相控技术。但采用整周波斩波控制方法的缺点是调速不平滑，因此，在实际应用中大多数工业都采用相控技术。②
2 现代交流调速技术的发展研究
2.1 新型电力电子器件的研制
限制现代交流调速技术中电力电子技术应用的因素主要有以下四个方面：（1）是指基于电力电子技术的控制手段与控制策略的因素；（2）是指电动机变换器的结构限制因素；（3）是指电子电子器件的性能限制因素；（4）是指电力电子器件的价格因素。伴随着现代交流调速技术的发展，电力电子器件由原来的不可控制到现代的可控制技术，由原来的低电压等级到现在的高电压等级，同时也促进了各种新型电动机变换器的诞生，形成了各种新的控制理论在工业领域中的应用与发展。科学技术的发展，推动了交流调速技术的不断进步，对电力电子器件提出了更高的要求，有效促进了先进的、新型的电力电子器件的诞生，以满足现代应用系统的高效性、智能性、集成性、统一性、数字性以及高频性等一系列的发展要求。与此同时，电力电子器件应用所产生的谐波，会对电动机电机产生一种转矩脉冲，不仅增加了电动机的附加损耗量，也形成了噪音污染，而产生的转矩呈现周期性的波动，大大影响了电动机电机的调速范围与稳定性，因此电力电子器件应用所带来的污染问题，也是目前研究的重点课题。③
2.2 数字化控制系统
为了有效使现代交流调速技术与现代先进的计算机技术、网络技术以及智能技术有效结合，同时还可以有效提高现代交流调速系统的性能，因此，必须使现代交流调速系统实现全数字化控制。在过去的交流调速系统应用中，广泛应用的是单片机，然而随着新的交流电动机电机的控制理论的不断推陈出新，电动机电机的控制技术、控制方法以及控制策略等也趋向于复杂性控制、自适应化控制、智能化控制、模糊化控制、个性化控制等，在现代交流电动机电机的直接矩控制与入存量控制中得到广泛的应用。随着科学技术的不断进步，单片机受自身性能限制，已无法满足现代社会发展的需求。④
3 结语
随着科学技术的不断发展，现代交流调速技术已相对成熟，并在工业领域得到了广泛的应用。然而随着新的科学技术手段、新的电子产品以及新的控制方法的诞生，丰富了现代交流调速技术的功能，满足了现代工业领域的发展需求，现代交流调速技术的应用与发展具有很大的发展潜力与空间。⑤
项目：《东北老工业基地转型升级背景下卓越人才培养模式的改革与探索》，黑龙江科技学院教学研究基金项目，年限2012.03
注释
① 肖倩华，廖世海，刘华民.现代交流调速技术的应用和发展[J].科技广场，2009.14（6）：187-189.
② 杨晓丽，沈爱弟，俞宏生.现代交流调速技术在船舶电力推进中的应用[J].大连海事大学学报（哲学社会科学版），2009.46（9）：223-224.
交流电动机的应用篇6
1885年美国科学家特斯拉发明了交流发电机。交流发电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器，因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机，其在工业部门得到广泛应用，航空领域也是如此[1]。航空活塞发动机因其原理简单可靠、燃油经济性好和结构重量轻等优点，在轻型通用飞机上得到广泛使用。受发动机配套和适航取证（发动机需单独取TC证）限制，活塞发动机供应商往往将起动机和发电机作为发动机附件整体提供。目前，世界范围内的航空活塞发动机供应商均标配硅整流式交流发电机作为飞机主电源和备用电源。飞机电源系统的基本使用模式如下：正常情况下，由发电机向全机所有用电设备供电，同时向应急蓄电池浮充电；发动机失效或主电源故障后，由应急蓄电池向应急负载供电。
1 原理
1.1 发电原理
硅整流式交流发电机的发电原理如图1所示[2]。
图1 硅整流式交流发电机发电原理
在交流发电机内部有一个由发动机带动的转子（旋转磁场）。磁场外有一个定子绕组，绕组有3组线圈（3相绕组），3相绕组彼此相隔120°。当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线而产生电动势。
定子3相绕组感生电动势的大小为：
由此上述公式可知，交流电动势的幅值是发电机转速的函数。因此，当转速n变化时，3相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。交流电动势的波形如图2所示。
图2 交流电动势波形
1.2 整流原理
交流发电机定子的3相绕组中，感应产生的是交流电，由6只二极管组成的三相桥式整流电路变换为直流电。二极管具有单向导电性，当给二极管加上正向电压时，二极管导通；当给二极管加上反向电压时，二极管截止。
1.2.1 导通原则
二极管的导通原则如图3所示。
图3 二极管导通图
a）当3只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通；b）当3只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。
1.2.2 整流过程
桥式整流电路如图4所示。通过分析二极管的导通原则可得出电压波形，如图5所示。
图4 三相整流电路
图5 三相电压波形和整流波形
1.3 调压原理
由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的转速比恒定，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足机载用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配置电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。由公式（4）可知，交流发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。交流发电机的电压调节器就是通过控制励磁电流的方法来调节输出电压，使发电机的输出电压在一定范围内保持波动。
2 应用实例
以国内某型活塞通用飞机为例，详述硅整流式交流发电机的选型应用。
2.1 负载分析
负载分析是将各个独立的电气系统或各类电源所供电的那些负载，按照其在飞机飞行任务的各个阶段的用电情况进行统计计算，以确定该系统在飞机各飞行阶段的用电要求[3]。通过计算分析得出电源使用图如图6所示。
2.2 发电机选型
根据负载分析的结果，并与发动机供应商Lycoming公司进行协商，发电机初步选型为30 V，90 A硅整流式交流发电机，具体参数如表1所示。
2.3 容量裕度
电源容量裕度Hp表示飞机向将来可能要装机使用的用电设备提供电功率的能力，同时也表示电源的利用程度。容量裕度计算公式如下[4]：
Hp=（J-L）/ J ×100% （5）
其中：Hp―电源容量裕度
J―电源修正容量
L―电源负载
经计算，主电源连续供电容量裕度为39.68%，满足行业规范要求。
3 地面试验
为了验证所选交流发电机的实际供电能力，依据飞机对主电源的使用需求进行地面模型试验。
3.1 试验框图
主电源地面模型试验原理框图如图7所示。
图7 主电源地面模型试验框图
3.2 试验内容
3.2.1 负载特性试验
将发电机转速分别调整为4000 r/min、6000 r/min、8 000 r/min，加载使发电机输出电流分别为0 A（系统空载）、10 A、30 A、50 A、70 A、90 A，测量发电机电流、电压调节点电压，得出发电机在3种转速下的负载特性V = f（i）曲线。
3.2.2 转速特性试验
将发电机输出电流分别调整为0 A（系统空载）、30 A、60 A、90 A，改变发电机转速分别稳定在4 000 r/min、5 000 r/min、6 000 r/min、7 000 r/min、8 000 r/min，测量发电机的转速与电压调节点电压，绘出发电机在4种电流输出时的转速特性 V = f（n）曲线
3.3 试验数据
3.3.1 负载特性曲线
主电源负载特性曲线如图8所示。
图8 负载特性曲线
3.3.2 转速特性曲线。主电源转速特性曲线如图9所示。
3.4 试验结论
根据上述试验数据，结合飞机各种状态下的用电需求，得出该型交流发电机的选型完全满足飞机实际供电需求。
图9 转速特性曲线
4 结语
硅整流式交流发电机作为主电源用机型号在国内尚无较多实例。该文所叙述的交流发电系统目前正随型号进行适航验证试飞，预计2014年将随飞机型号取得中国民航颁发的适航证。硅整流式交流发电机以其独有的技术性能和成本优势，必将在通用飞机上得到广泛应用，开拓出广阔的市场。
参考文献
[1] 周洁敏.飞机电气系统[M].北京：科学出版社，2010：25.
交流电动机的应用篇7
污水处理厂在污水处理过程中，进水泵、回流泵、离心脱水机等大型设备，一是基本上24小时连续运行，根据维护保养周期遵循先开先停原则，循环启停备用设备；二是根据来水水量、水质的变化和工艺运行需要，适时调整运转台数和运行时间，进行设备启停操作。为减少大型设备启动过程中对电网和设备的冲击等弊端，原来多采用星―三角启动、自耦变压器降压启动等方式。随着电机软启动器普及应用，原有启动方式逐步被取代，实现了设备无冲击平滑启动，对于高扬程大流量潜水离心泵设置软停车功能，同时根据负载特性设定限流值和起动时间等起动过程中的参数，应用软启动器自身配置的电机保护功能，减少了控制、保护回路，提高了电气保护灵敏性和可靠性，电气故障普遍减少，维修费用普遍降低。（图一）中比较了同一台电机，同样负载条件下，直接起动、星/三角起动和软起动三种启动方式下，电动机电压 (V)、电动机电流 (I) 的不同情况，可以看出软起动器是通过降低启动电压，实现小启动电流。电机输入电压从设定的初始值开始按照预设的函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，使电机转速平滑增加，直至起动结束到达额定速度。
软启动器工作原理与运行特点：
1．1. 交流调压电路原理介绍
交流―交流(AC―AC)变换是一种可以改变电压大小、频率、相数的电力变换技术。只改变电压大小或仅对电路实现通断控制而不改变频率的电路，称为交流调压电路和交流调功电路。从一种频率交流变换成另一种频率交流的电路则称为交―交变频器，它有别于交―直―交二次变换的间接变频，是一种直接变频电路。
交流调压电路采用两单向晶闸管反并联（图二(a)）或双向晶闸（图二(b)，实现对交流电正、负半周的对称控制，达到方便地调节输出交流电压大小的目的，或实现交流电路的通、断控制。因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动，交流负载的功率调节,应用领域十分广泛。工作原理：VT1组工作时，负载Z的电流io 为正;VT2组工作时，负载Z的电流io 为负。两组晶闸管按一定的频率交替工作，负载Z就得到该频率的交流电，改变两组晶闸管的切换频率， 就可以改变输出频率；改变变流电路工作时的晶闸管门极控制角，就可以改变交流输出电压的幅值(如图三)。
(图二) 单相交流调压电路
(图三) 单相交流调压电路控制方式
（1）晶闸管通断控制
在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值，实现调节交流电压大小的目的。通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电压时有时无，电压调节不连续，会分解出分数次谐波。
（2）交流电压波形的相位控制
在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸的移相角相同，以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。相位控制方法简单，能连续调节输出电压大小。为使uo 波形接近正弦波，可按正弦规律对晶闸管门极控制角进行控制（如 图四）。
（图四） 单相交流调压电阻负载上波形
1．2. 软启动器工作原理
软启动器是以交流―交流(AC―AC)变换技术为基础,结合自动控制和单片机技术，实现软启动、软停车和多保护功能于一体的智能电机控制设备, 通过控制串接于电源与电机之间的三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压从设定的初始值经过可整定的斜率时间，逐渐上升到供电电网电压，其功能类似于调压器，在电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。
( 图五所示)为软启动器主要组成部分，电路类似三相全控桥式整流电路。
（图五） 软起动器原理示意图
电机软启动器主回路由晶闸管（SCR）组成，通过对交流三相电源进行相位控制和斩波，控制输出电压幅度给电机；应用互感器将检测信号送至单片微处理器，通过计算，给晶闸管驱动电路发出启动运行信号，驱动电路根据接收的控制信号，发出相应信号触发晶闸管的门极，通过控制晶闸管门极触发角的大小来改变晶闸管的开通程度，从而完成对电动机的软启动和软停车的理想化的控制，实现控制电机启停目的；人机界面单元实现用户的参数设置、显示设备的运行状态、故障等。 (控制框图见图六)。
（图六） 软启动的控制框图
1．3. 软启动主要启停方式
软启动器的启动方式是指使电动机由静止态到稳定的运转壮态的方法。在接受到外部启、停命令后，按照预先设定的启、停方式实现对电机的控制。常规可选的启动控制模式有电压斜坡起动，斜坡恒流软启动, 脉冲突跳起动(有助于克服静阻矩)，以及这些方式的交替或组合起动方式等。
1． 3.1.1电压斜坡启动：
如（图七）所示，电机在启动过程中输出力矩随电压增加，在起动时软启动器提供一个初始启动电压。初始启动电压大小可根据负载情况进行调整，使其对应的输出力矩调到大于负载静摩擦力矩时，负载能立即开始转动，这时输出电压开始按一定的斜率上升(斜率可调)，电机不断加速。在起动过程中软启动器自动检测电压、转速，当输出电压达到额定电压（或电网电压）时，电机达到额定转速，主回路接触器吸合，启动过程完成。 软启动器的初始启动电压US一般能在30%～65%额定电压间可调，这时对应的启动转矩为10%～36%直接启动转矩。
1.3.1.2 斜坡恒流软启动
如（图八）所示，电机在启动初始阶段启动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直至启动完毕。根据电机负载情况调整、设定电流上升变化速率。电机定子电流上升速率大，则启动转矩大，启动时间短。这种启动方式在风机、水泵类负载应用比较多。
1.3.1.3 脉冲突跳起动：
如（图九）所示，有些电机负载的转动惯量比较大，如球磨机、轧钢机、皮带输送机等，必须施加一个短时的较大起动力矩，以克服电机转动惯量，所以在软起动器上设置了脉冲突跳方式，这一起动开始阶段，让晶闸管在极短的时间内全导通，可以短时输出95%的额定电压（相当于90%直接起动转矩），脉冲突跳结束后，根据斜坡设定值继续起动，进入恒流起动，如采用此方式，还可以减少启动时的振动。
1.3.2.停止功能
软启动器有三种停止方式
1.3.2.1自由停止：直接切断电源，电机依靠惯性自由停车。
1.3.2.2软停止(图十)：有时不希望电动机突然停止，采用软停止方式。在接收停机信号后，电机端电压逐渐减小，转速下降到可调整斜坡时间，适用于惯性力矩较小的水泵类负载，污水厂进水泵房进水泵，可以应用软停车方式，软启动器在接到停车指令后执行软停止程序，输出电压由全电压线性降低，使水泵电机按所设定的速率逐渐减速直到完全停止，消除了停机瞬间的“水锤”效应。
1.6.2.3 直流制动(图十)：当给出停车信号后，将直流注入电动机加快制动，直流制动时间可以选择。主要用于惯性力矩大的负载或需要快速停机的场合，还可用于准确停车功能，该功能用于要求定位控制停车的场合。
1．4运行状态
软启动器有四种运行状态：
1.4.1在线运行模式：晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，电压斜坡分量可以完全忽略，常用于短时重复的电动机。
1.4.2接触器旁路工作模式：在电动机达到满速运行时，用旁路接触器来取代已完成任务的软起动器，这样可以降低晶闸管的热损耗，提高系统效率。可以用一台软起动器起动多台电动机。
1.4.3节能运行模式：异步电机是感性负载，在运行中，定子线圈绕组中的电流滞后于电压。如电机工作电压不变，处于轻载时，功率因数低，处于重载时，功率因数高。软启动器能实现在轻载时，通过降低电机端电压，减少电动机电流励磁分量，提高功率因数，减少电机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的；负载重时，则提高电机端电压，确保电机正常运行,起到了节能效果。
1.4.4调压调速方式：软起动器可以作调压调速运行，因电动机转子内阻很小，要得到大范围的调速，就需在电动机转子中串入适当的电阻。
1.5保护和监控
软启动器液晶显示器可显示电流、电压、功率、功率因子、电动机温度、运行时间和快速故障诊断信息。在通信方面，提供了标准的串行通信口，可通过键盘和LED以菜单形式设置参数，提供良好的人机界面。
保护功能有过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，当电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号;工作时软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应；通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。
一般软启动器，2～5倍电动机额定电流可调，按负载曲线提供过载保护；输入、输出缺相时速动跳闸；晶闸管短路、散热器过热、转子堵转、电机内热敏电阻阻值大于规定值时，延时跳闸；热故障信号、电动机过载及温升超过临界阈值时，自动停机。停机后，如果电动机温度依然过高，软起动器的热控制装置可防止重新启动；同时还具有电源掉电、欠电压、过电压等保护。
2、软启动器的选型
软启动器的选型首先要考虑设备启动负载特性、启动频繁程度及工作现场环境,其次还要考虑软启动器技术、性能及价格。
对于污水处理厂水泵类启动负载较轻的设备，可根据电动机额定功率，选用样本规定的相同容量的通用型软启动器就能满足需要。对于大型通风机、鼓风机、皮带机等启动负荷比较重的设备，应该选用启动功能比较多、有限流启动功能、自身保护比较齐全的软启动器。
一般情况下，如果软启动器正常工作时每次启动间隔时间小于2min，超过30次/h，即可定为频繁启动。在频繁工作的场所选取软启动器要按电动机的起动电流选取，应加大选取软启动器的容量，根据频繁度的不同取1.2-1.5倍。同时由于晶闸管频繁工作，为了排除晶闸管散发的大量的热量，软启动器必需带有机械风冷。
在污水处理厂潮湿和腐蚀性大的作业场所应选择内置旁路型软启动器。该软启动器特点是内部设置了一套触头与晶闸管并联，在电机软启动过程和软停车过程中由晶闸管运行，触头断开，当电动机正常运行时晶闸管关闭，触头闭合。这套动作过程是通过单片机自动完成的，晶闸管只在启动和停车工作，启动后退出工作，避免了晶闸管在线运行所带来的功耗与散热;单片机对电动机起到启停与保护及其控制; 由于晶闸管和触头组合一体的设计，通过单片机实现控制，因此可靠性高，同时外部电路简单，避免外置式接触器等电器元件，由于腐蚀等出现的故障。
在选择软启动器还要注意，是否能达到通讯控制以及故障自珍诊断功能；是否具备完备的保护功能、冷却方式以及运行方式等，如：过电流保护，过压保护，单项接地保护，缺相保护，三相不平衡保护等。柜体是否需加机械通风，元器件的排布是否合理，机械风冷的柜体加机械通风，软启动器正上方不能放电器元件，留出通风散热空间；运行方式分在线型和非在线型，选型时尽量选用非在线型。
3 软启动器在污水厂运行中应注意的几个问题：
3.1 晶闸管击穿：电子器件的使用寿命与温度有着直接关系，当运行的环境温度超过其运行极限温度时，其使用寿命急剧缩短，运行温度过高，会造成晶闸管击穿，因此软启动器应具有良好的通风散热性，如盘柜散热条件不好，就会减少晶闸管的使用寿命，从而造成晶闸管击穿；过于频繁的启动会使晶闸管严重过热而可能烧毁。环境腐蚀性气体影响是另一原因,由于软启动器在运行过程中需要散热,通过机械通风,将柜体外的新风引入,新风流过晶闸管散热器,带走热量,达到降温目的,但如果新风中含有腐蚀性气体,必然会对晶闸管、驱动板及主板控制元件腐蚀,造成损坏;晶闸管击穿一旦被击穿，就相当于二极管，失去其电子开关特性，如此时启动，电机将承受很大的启动电流的冲击，严重时将会烧毁电机。因此软启动器在污水厂使用时，应该综合考虑通风散热与防止腐蚀性气体影响，必要时应在电气间加装制冷空调或通过风道将清洁新风引入软启动柜进行散热。
3.2由于过电压、过热或腐蚀造成驱动板及主板控制元件损坏，对于驱动板来说，它主要是提供触发脉冲，以改变晶闸管导通角，由此来改变电动机输入电压的大小。当驱动板出现问题时，不能提供触发脉冲，触发不了晶闸管工作； 触发脉冲不同步，即改变晶闸管的导通角不一样，此时电动机的三相电流不平衡，电动机将出现很大噪音或导致电机启动失败。
3.3启动时电机不转并有异响，原因分析:一是启动参数或启动曲线不合适造成电机起不来,应依据负载特性，检查软启动器设定参数是否正确; 二是污水中杂物较多是否造成电机堵转; 三是判断电机是否缺相，晶闸管中的一只触发不可靠或是不导通，此时一相电路通过的是半波直流，电动机的两相绕组通过的直流对电动机起到了制动作用，不仅电机起不来，严重的还会烧毁电机和晶闸管。
3.4 启动时跳闸。原因可能是启动峰值电流过大; 负载过载、缺相或短路。应先调高启动电压设定值后再试; 对于惯性较大的重负载可适当延长启动时间可降低电流峰值; 检查软启动器可控硅回路是否有被击穿或开路现象; 在断开软启动器上下端回路的前提下检查电机和电缆绝缘是否正常。
3.5 利用PLC（可编程控制器）与软启动器相结合方法，实现一台软启动器对多台通类型设备进行软启动；解决通类型设备之间的顺序循环软启动，这样可以减少软启动器的数量，降低投资和维护费用。
3.6 由于污水处理厂中大型设备一般是24小时连续运行,因此应用软启动器时应采用接触器旁路工作模式，这样可以降低晶闸管的热损耗，提高系统效率。
交流电动机的应用篇8
starting is introduced emphasizly. but how to solve over loading starting is purposed
and ac-ac variable frequency is given.
keywords:inducing motor soft starting ac-ac variable frequency
1 引言
三相交流电动机从发明以来，经历了100多年的历程，在这漫长的岁月里，它为奠定与发展这项经典的传动技术树立了丰碑，。又由于其具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉，而广泛作用于电力拖动生产机械的动力，在机械、化工、纺织和石化等行业有大量的应用。然而，电动机的起动特性却一直举步维艰。这是因为电动机在恒压下直接起动，其起动电流约为额定电流的4-7倍，其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在起动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压降低，影响到电网内其它设备的正常运行。同时由于电压降低，电动机本身起动也难以完成，造成电机堵转，严重时，可能烧坏电动机。因而如何减少异步电动机起动瞬间的大电流的冲击，是电动机运行中的首要问题。为此必须设法改善电动机的起动方法，使达到电动机的平滑无冲击的起动，于是各种限流起动方法也就应运而生。
2 传统的起动方法
2.1 定子串电抗器起动
对于鼠笼式异步电机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线式异步电机则采用转子回路串电抗器起动。定子边串电抗器起动，即增加定子边电抗值，可理解为降低定子实际所加电压，其目的是减少起动电流。此起动方式属降压起动，缺点是起动转矩随定子电压的降低而成平方关系下降，外串电阻中有较大的功率损耗。又由于是分级起动，起动特性不平滑。
2.2 星-三角起动
起动时定子绕组星形连接，起动后三角形连接。在电动机绕组星形连接时，电动机电流仅为三角形连接的1/3，遗憾的是电动机的转矩也同样降低到三角形接线时的1/3，为了使电动机在额定转速时达到它的额定转矩，在经历了预先设定的时间后，又从星形接线转换到三角形接线，在转换过程中会出现二次冲击电流。
2.3 自耦变压器起动
当电动机起动时，电动机的定子通过自耦变压器接到三相电源上。当电机转速升高到一定值时，自耦变压器被切除，电动机定子直接接到电源上，电动机进入正常运行状态。同直接起动时相比，当电压降到w2/w1倍时，起动电流和起动转矩降到(w2/w1)2倍(w2/w1为自耦变压器的变比)。这种起动方式的优点是起动时定子电压的大小可调。比起定子串电抗起动，当限定的起动电流相同时，起动转矩损失较少。要使变压器的容量和耐压水平提高，将使得变压器的体积增大，成本高，且不允许频繁起动，同样也不能带重负载起动。
.4 频敏变阻器起动
对于绕线式异步电机来说，如果仅仅是为了限制起动电流、增大起动转矩，则一般采用转子回路串频敏变阻器起动方式。但此起动方式在频繁起动下，易发生温升，且结构复杂，不常用。
由此可知上述几种起动方式的共同特点是控制电路简单，起动转矩基本固定不可调，起动中都存在二次冲击电流，对负载机械有冲击转矩，且受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压下降，会造成电机堵转，起动困难，且上述几种起动方法，在停机时都是瞬间停机，遇到负载较重时会造成剧烈的机械冲击。
3 软起动
所谓软起动是指装置输出电压按一定规律上升，使被控电动机的电压由零升到全电压，转速相应的由零平滑加速到额定转速的过程。它是电力电子技术与自动化控制技术的综合，是将强电和弱电结合起来的控制技术。在软起动器中三相电源与被控电机之间串入三相反并联晶闸管，采用反并联接线的晶闸管接在电动机的每相，利用晶闸管移相控制原理，控制其内部晶闸管的导通角，电动机起动时，用调节6个晶闸管的不完全导通来控制电动机的供电电源。换言之，起动时只有三相正弦波形的一部分向电动机供电。
软起动的优点是起动特性曲线好，使晶闸管的导通角从零度开始，逐渐前移，电机的端电压从零开始逐渐上升，直至达到额定电压，起动电流从零线性上升至设定值，从而满足起动转矩的要求，保证起成功。表1为软起动同传统起动对照表。
4 重载起动方式(交-交变频起动)
4.1 交-交变频工作原理
尽管软起动具有起动平滑，起动时间等参数可调的特性，具有传统起动方法无法比拟的优越性，是传统降压起动器的理想换代产品。但可控硅调压方式的软起动器控制感应电动机，在减小电压的同时，供电频率仍为工频，使得其功率因数低，无功功率增加，这决定了其只能应用于轻载场合，对于重载起动就勉为其难了。然而在很多场合下，不能保证负载为轻载起动，如球磨机、破碎机、空气压缩机、风机等，这就使得我们想在降低电压的同时，能够减小供电电压频率，即保持v/f不变，保证恒力矩起动，因而变频器变频起动无疑是最好的起动设备，但如果把变频器仅作起动，不调速，资金浪费很大，特别是高压大容量的通用变频器价格就更为昂贵，且感应电动机的重载起动只是短时间的过程，故寻求一种感应电机的重载安全起动方法是很有必要的。纵上述几种起动方式可得出采用交-交变频器来实现重载起动。因为交-交变频没有中间直流环节，仅用一次变换就实现了变频，所以效率较高，而且大功率交流电机调速系统所用的变频器也主要是交-交变频来完成的。
交-交变频的工作原理是让两组交流电路按一定频率交替工作，就可以给负载输出该频率的交流电。改变两组变流电路的切换频率，就可以改变输出频率;改变变流电路工作时的控制角α，就可以改变交流输出电压的幅值。
如果让α角不是固定值，在半个周期内让正组变流电路p的α角按正弦规律从900逐渐减小到00，然后在逐渐增大到900。那么，正组整流电路在每个控制间隔内的平均输出电压按正弦规律从零逐渐增至最大，在逐渐减小到零。在另外半个周期内，对负组变流器n进行同样的控制，就可以得到接近正弦波的输出电压。和可控硅整流电路(软起动)一样，交-交变频电路也属于电网换相。
4.2 整流与逆变工作状态
假设负载的功率因数角为φ，即输出电流滞后输出电压φ角。另外两组交流电路在工作时无环流工作方式，即一组交流电路工作时，将另一组变流电路的脉冲封锁。下图给出了一个周期内负载电压、电流波形。
从图3中可以看出，那组变流电路工作是由输出电流的方向决定的，与输出电压极性无关。变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则是由输出电压方向和输出电流方向的异同决定的。
4.3 输出正弦波电压的调制方法
>使交-交变频电路的输出电压波形为正弦波的调制方法有多种，这里介绍广泛采用的余弦交点法。
晶闸管变流电路的输出电压为
(1)
式中，ud0为α=0时的理想空载整流电压。对交-交变频电路来说，每次控制时α角是不同的，式(1)中的u0表示每次控制间隔内输出电压的平均值。
设要得到的正弦波输出电压为
(2)
则比较式(1)和式(2)可得(3)
(3)
式中γ称为输出电压比，
因此 (4)
上式就是用余弦交点法求变流电路α角的基本公式。
式(4)可以用模拟电路来实现，但线路复杂，且不易实现准确的控制，所以采用微机来实现上述运算。可把事先计算好的数据存入存储器中，运行时按照所存的数据进行实时控制。为了用计算机实现实时控制，必须具备三相低频信号、同步信号、零电流检测三个基本条件。
4.4 三相低频信号的产生原理
用计算机产生三相低频信号，必须首先将要产生的低频信号进行数字化。这不仅在幅值上数字化，在时间上也要数字化。在时间上，以一度为单位(分辨率已经足够)，将低频信号的一个周期分成360等份。根据需要的频率求出低频信号一度的时间，以次作为定时时间，这样每隔一度，便输出一次低频信号的对应值，每360循环一次，构成低频的周期。其它两相输出和上面一样，只是输出的对应数值不一样，正好相差120、240度。这样就构成了互差1200的低频信号。由于准梯形波具有较高的基波幅值，因此这里采用它作为低频参考信号，它是限幅的正弦波，当等于600时就已经到达了最大值。其目的是提高直流电压的利用率。
下面以准梯形波为例来说明三相低频信号实现的具体方法。
a. 建立一个准梯形波波形的表格，表格的大小为360个数据，这些数据分别以1度为间隔的准梯形波波形数据。表格存放在表首地址为table的内存中，第一个数据为1度时对应的波形数据，最后一个为360度对应的波形数据。表格的数据是按比例得到的。
b. 设一计数指针coun，初始化时，使coun=0，并起动定时器。在定时时间到达之后，计数指针coun增1，同时取出表中的数据(对应内存地址为table+coun)输出。当计数指针coun=360时，使coun复位为0，便完成了本周期的数据输出，为下一周期做准备。这样周而复始不断的取数输出，就产生了低频数字信号。
c. 其它两相低频信号分别滞后120、240度的同样波形，可以完全使用同样的表格。
d. 为了得到复值可变的低频信号，在低频数字信号输出之前，应乘以调制系数，调制系数的范围是0~1。
e. 1度对应的时间是由所需输出频率决定的，将其转换为定时时间常数后，存放于time的单元中，它就是控制交-交变频器输出频率的变量。
4.5 同步信号电路
采用微机定时方式进行交-交变频的移相控制时，需要给微机提供各晶闸管控制角起时定时时刻的方波信号，使移相控制装置向晶闸管发出的触发脉冲信号在电源电压的每个周期内均能重复出现。因此，这一方波信号的频率应与电源频率相同。所以，一般将此方波信号称为同步信号。此外，同步信号的另一作用是微机利用它的状态来进行判相定管，决定是某相的上管或下管工作与否。
取a相电压经同步变压器降压后，进入rc移相电路形成滞后30度的正弦电压，由三级管将正弦波形成方波，再经光电隔离、反相及输出电路，在输出端得到同步脉冲信号。
4.6 零电流检测电路
不论是电压型还是电流型控制的无环流交-交变频器，正反组变流器的换向都必须处于零电流状态，此时两组变流器的触发脉冲都被封锁。因此，实际的零电流一定要准确可靠的检测出来，这关系到换相的死区长短，以及换相的可靠性。
检测方法 检测负载电流的方法常用的有两种：lem电流传感器和检测和晶闸管端电压法。用lem电流传感器检测负载电流，可将主电路与控制电路完全隔离，且检测电路结构简单。但由于换相等原因，负载电流含有丰富的电流谐波，给电流检测、尤其是过零点检测带来了一定困难。lem传感器输出信号经滤波、整形后，会产生伪过零点，使控制系统出现误动作。由于晶闸管导通时其端电压为管压降，近似等于零，而阻断时端电压等于其所接交流电压(电网线电压或相电压)。同时检测变频器主电路中每一相上的六个晶闸管，如有一管导通说明此相有电流。如六管全关断则说明此相无电流，也就是电流过零点。这种方法直接检测零电流，不需要对电流波形进行整形，其输出信号完全对应着电流波形中的零电流，使检测电路更加准确、可靠。图4为零电流检测电路。
5 出现的问题及解决方法
交-交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含谐波分量就要增加。这种输出电压的波形畸变是限制输出频率提高的主要因数之一。所以最高输出频率不高于电网频率的1/3-1/2。但由于我们主要用于起动，一旦速度达到了1/3全速，可以控制相应的晶闸管，使它们切换到软起动，软起动方式仍由本装置实现。在软起动的作用下完成起动结束。因为此时电压相对较小，切换的过程中，不会有很大的冲击电流。
由于采用无环流控制方式，有换流死区，所以输出波形有一点畸变。可以采用快速的，比较好的零电流检测方法来减小死区时间。
6 结束语
传统起动方式将逐渐被可控硅软起动所取代，然而软起动却不能很好解决感应电机的重载起动，因而给出了一种实用的交-交变频起动方式来解决这个问题。由于目前采用交-交变频技术成本相对过高，同时由于国内的研究开发相对滞后，致使该技术还主要限于大型矿井的关键设备。但随着这一技术相对成本的不断降低，人们节能意识的不断深入，该技术在矿井中的应用必将迎来一个全新的时期，同时在应用范围上也将扩大，并有待开发和完善。
参考文献
[1] 电动机降压起动器的选择与分析 凌浩 2000.12 vol.20 p66
[2] 交流异步电动机的软起动与保护探讨 何友全 矿山机械 2000.5
交流电动机的应用篇9
随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响，二要看对电网的谐波污染和输入功率因数，三要看本身的能量损耗如何。变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的传动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。目前，低、中压变频器都有这类产品。脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制（SPWM）控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。CVCF是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向：运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，以确保系统有更优越的控制性能。
数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断加强保护和监视功能，使系统智能化（如有些变频器具有自调整功能）。
交流同步电动机已成为交流可调传动中的一颗新星，特别是永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类。自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器，如采用交―直―交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机（BLDC）”。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制，其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。
同步调速系统的特点：
交流电机旋转磁场的同步转速ω1与定子电源频率 f1有确定的关系ω1=■异步电动机的稳态转速总是低于同步转速的，二者之差叫做转差；同步电动机的稳态转速等于同步转速，转差s=0。同步电动机和异步电动机的定子都有同样的交流绕组，一般都是三相的，而转子绕组则不同，同步电动机转子除直流励磁绕组（或永久磁钢）外，还可能有自身短路的阻尼绕组
由于同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下也能运行，因此，在同样条件下，同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。
异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。
矢量控制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——两相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Iβ1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流，然后仿效直流电动机的控制方法，求得直流电动机控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。在高性能的异步电机控制系统中多采用交叉闭环控制的矢量控制。采用矢量控制方式的目的，主要是为了提高变频调速的动态性能。虽然这一理论的提出是交流传动理论上的一个飞跃，但是由于它既要确定转子的磁链，又要进行坐标变换，还要考虑转子参数变动带来的影响，所以系统非常复杂。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展、开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，可确保系统有更优越的控制性能。数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断、加强保护和监视功能，使系统智能化。
参考文献：
[1]王志新.同步电动机的变压变频调速[M].机械工业出版社，2010-10.
[2]张承慧，崔纳新，李珂.交流电机变频调速及其应用[M].机械工业出版社，2008-08-01.
交流电动机的应用篇10
一、概述：
电机被人们广泛的应用于工农业、国防装备、科学研究、医疗卫生、第三产业以及日常生活中，大部分的机械设备都会使用到它。电机是一种转换能量的机器，其种类很多，大体上可分为下列各类：
变压器
电机 直流电机
旋转电机 同步电机
交流电机
异步电机
同步电机主要用作发电机，异步电机主要用作电动机，考虑到电机在人们的生活和生产中占有十分重要的地位，为了确保电机能安全有效和长期持续的运行，使用者应对其工作原理和保护原理有一个较为详尽的了解。本文主要介绍应用最广泛的三相交流异步电动机。三相交流异步电动机之所以应用广泛，是因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高、价格较低、对环境要求低等优点。因此，三相交流异步电动机自问世以来，就在各个领域得到了广泛的应用。电厂中绝大部分电动机都是这种电动机，用它来拖动锅炉和汽机附属设备的旋转机械，如水泵、风机等。露天煤矿的挖掘机、钻机、卡车等大型设备也同样离不开这种电动机的拖动。
(一)三相交流异步电动机的转动原理
载流导体在磁场中受到力的作用而运动，这是交、直流电动机共同的基本原理。异步电动机的结构，主要由不动的用以产生旋转磁场的定子和铁芯槽内埋着导体的旋转的转子两部分组成，而且定、转子间有很小的间隙，称为气隙。定子中沿定子铁芯内圆，相隔120°电角度分别安放着三相对称的交流绕组U1-U2、W1-W2、V1-V2（图中以一匝线圈表示一相绕组）。该绕组称定子绕组。转子中的导体是形成闭路的。下图是三相交流异步电动机的工作原理图，其转动原理如下：
当定子的三相对称绕组通入三相对称电流时，便产生旋转磁场。该磁场的磁通如图中的虚线所示。旋转磁场在定、转子之间的气隙里以同步转速n1沿顺时针方向旋转。这时旋转磁场与转子间有相对运动，转子导体受到旋转磁场磁力线的切割，相当于磁场静止，而转子导体在逆时针方向旋转，根据电磁感应定律，转子导体切割旋转磁场而感应电动势。根据右手定则，可以判断出导体中感应电动势的方向。因为三相异步电动机转子绕组自行闭合，已构成回路，那么在转子导体回路中就将产生感应电流，电流的有功分量与电势同相位（如图中转子上的“×”“.”所示）。根据载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，用左手定则可以判断出转子电流与旋转磁场相互作用，使转子受电磁力F（这些力形成电磁力矩）的推动而旋转起来，而且转子转动方向与旋转磁场的转动方向相同。如果在转子轴上加上机械负载，电动机就拖动该机械做功。异步电动机的转速n，总是不能达到定子旋转磁场的转速n1，即永远低于同步速。因为如果转子和旋转磁场间没有相对运动，转子导体就不可能切割磁力线，转子中就没有电势和电流，也就不能产生推动转子的电磁力矩，也就不能实现机电能量的转换。所以，转子转速和旋转磁场转速之间总存在着差异，“异步”因此而得名。
(二)改变三相交流异步电动机转向的原理：
根据上面的分析可知，三相异步电动机的转向总是和旋转磁场的旋转方向一致，改变旋转磁场的旋转方向，也就改变了电动机的转向。因此，只需将定子绕组与三相电源联结的三根导线中任意两根对调，即改变定子绕组中电流的相序，就改变了旋转磁场的转向，从而改变了电动机的转向。
二、控制线路中常用的低压电器及选用
在应用中，对中小型三相交流异步电动机最基本的控制线路，需满足以下几点要求：
(一)具有随时接通和切断电源的功能，这就需要选用开关。在选用开关时，不论是选择普通的刀开关、铁壳式刀开关还是组合开关，均需满足：
1.开关的额定电压应等于或大于电路额定电压；
2.开关的额定电流应等于或稍大于电路工作电流；
3.开关的通断能力和其他性能均应符合电器的要求。
(二)具有短路保护功能，一旦发生短路，应能及时切断电源，以达到保护线路和电气设备不被烧损的目的。这就需要选用熔断器，熔断器串联在被保护电路中，线路在正常工作时，熔断器的熔体不熔断，一旦发生短路，熔体应立即熔断，切断电源。当三相异步电动机或线路发生短路故障时，将产生很大的短路电流，很大的短路电流就会把装在熔断器中的熔体熔断而切断电路起到保护电动机不被烧损的作用。因此，在选用熔断器时需满足：
1.对于容量较小的照明线路或电动机的保护，可选用RC1A系列半封闭式熔断器或RM10系列无填料封闭式熔断器；
2.对于短路电流相当大的电路或有易燃气体的地方，则应选用RL1系列或RT0系列有填料封闭式熔断器；
3.不经常启动而且启动时间不长的电动机，熔体的额定电流等于该电动机额定电流的1.5倍；
4.经常启动或启动时间较长的电动机，熔体的额定电流等于该电动机额定电流的2.5倍；
5.多台交流电动机线路上总熔体的额定电流，等于线路上功率最大一台电动机额定电流的1.5-2.5倍，再加上其它电动机额定电流的总和；
6.熔断器的额定电压必须等于或大于线路的额定电压；
7.熔断器的额定电流必须等于或大于所装熔体的额定电流；
8.熔断器的切断电流应小于电路可能出现的最大短路电流。
(三)具有失压、欠压保护功能，在电源电压过低的情况下及时切断电动机电源，同时，当电动机正常运行中突然停电，又恢复供电后，也不允许电动机自行启动，以达到保护电动机的目的。这就需要交流接触器，交流接触器中的电磁系统主要由线圈、铁芯和衔铁三部分组成，利用电磁线圈的通电和断电，使衔铁和铁芯吸合或释放，从而带动动触头与静触头闭合或分断，实现接通或断开电路的目的。当电源停电（失压）或者由于某种原因电源电压降低过多(欠压)时，交流接触器能使电动机自动从电源上切除。因为当失压或欠压时，交流接触器线圈电流将消失或减小，失去电磁力或电磁力不足以吸住动铁心，因而能断开主触头 ，切断电源。失压保护的好处是，当电源电压恢复时，如不重新按下启动按钮，电动机就不会自行转动(因自锁触头也是断开的) ，避免了发生事故。欠压保护的好处是，可以保证异步电动机不在电压过低的情况下运行。因此，在选用接触器时需满足：
1.接触器主触头的额定电压应大于或等于控制线路的额定电压；
2.接触器的主触头额定电流应大于或稍大于电动机的额定电流；
3.当控制线路简单、使用电器较少时，接触器吸引线圈可直接选用380V和220V的电压；当控制线路复杂、使用电器超过5h，从人身和设备安全角度考虑，吸引线圈的电压可用36V或110V电压的线圈；
4.接触器的触头数量和类型应满足控制的要求。
(四)具有过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护功能，以达到保护电动机不在过载、断相等情况下继续运行而烧损。这就需要热继电器。当电动机过载（断相、电流不平衡）时，流过热继电器热元件上电阻丝的电流超过热继电器的整定电流，电阻丝发热，主双金属片弯曲，推动推杆绕轴转动，从而推动触头系统动作，动触头与常闭静触头分开，使接触器线圈断电，接触器触头断开，将电源切除起保护作用。电源切除后，主双金属片逐渐冷却恢复原位，于是动触头在推动作用力的情况下，靠弹簧的弹性自动复位。因此，在选用热继电器时需满足：
1.一般应使热继电器的额定电流略大于电动机的额定电流；
2.一般情况下，热元件的整定电流为电动机额定电流的0.95-1.05倍。如果电动机拖动的是冲击性负载或启动时间较长及拖动的设备不允许停电的场合，热继电器的整定电流值可取电动机额定电流的1.1-1.5倍；如果电动机的过载能力较差，热继电器的整定电流可取电动机额定电流的0.6-0.8倍。同时整定电流应留有一定的上下限调整范围；
3.定子绕组作星形联结的电动机选用普通三相结构的热继电器，而作三角形联结的电动机应选用三相结构带断相保护装置的热继电器。
(五)具有在控制电路中发出指令或信号去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路的通断、功能转换或电气联锁的功能。这就需要按钮。当接通电源电压后，接触器不会自行通电，电动机也不会自行启动，只有在操作人员按下按钮后电路成一闭合通电回路后方可启动。因此，在选用按钮时需满足：
1.根据使用场合和具体用途选择其种类。如嵌装在操作面板上时可选用开启式按钮，需显示工作状态时可选用光标式按钮，在非常重要处为防止无关人员误操作时宜选用钥匙操作式按钮，在有腐蚀性气体处要选用防腐式按钮等等；
2.根据工作状态指示和工作情况要求选择其颜色。如启动按钮一般选用白色或者绿色按钮，急停按钮选用红色按钮，停止按钮一般选用黑色或者红色按钮等等；
3.根据控制回路的需要选择其数量。如单联钮、双联钮、三联钮等；
4.按钮触头允许通过的电流一般不超过5A。
三、三相交流异步电动机的基本控制线路
从以上对中小型三相交流异步电动机基本控制线路的几点基本要求和需要低压电器的分析知道，三相交流异步电动机的基本控制线路应具有以下几种电器：三级开关QS、熔断器FU、接触器KM、热继电器FR、按钮SB等。于是便设计得到了三相交流异步电动机最常用到的最基本的控制线路
(一)具有过载保护的自锁控制线路
具有过载保护的自锁控制线路，它不仅能使电动机连续运转，而且具有短路、过载、失压和欠压保护功能。如右图
其工作原理如下：合上电源开关QS，
启动：按下启动按钮SB2KM线圈得电KM主触头闭合
电动机M启动连续运转
KM自锁触头闭合
停止：按下停止按钮SB1KM线圈失电KM主触头分断
电动机M失电停转
KM自锁触头分断
(二)正反转控制线路
前面我们说过，要想使电动机改变转向，只要改变与三相电源相联结的定子绕组中电流的相序，也就是将与三相电源想联结的三根导线中的任意两根对调。遵循这个原理，我们设计出了三相交流异步电动机最基本的正反转控制线路，它不仅能使电动机随意正反转连续运转，而且具有短路、过载、失压和欠压保护功能。
1.电气联锁的正反转控制线路
电气联锁的正反转控制线路也叫接触器联锁的正反转控制线路，它是用接触器辅助触头进行联锁的正反转控制回路，如右图
其工作原理如下：合上电源开关QS，
正转控制：
KM1主触头闭合 电动机M启动连续正转
按下SB1 KM1线圈得电KM1自锁触头闭合
KM1联锁触头分断对KM2联锁
反转控制：
KM1主触头分断 电动机M失电停转
先按下SB3 KM1线圈失电KM1自锁触头分断接触自锁
KM1联锁触头闭合，解除对KM2联锁
KM2主触头闭合 电动机M启动连续反转
再按下SB2KM2线圈得电 KM2自锁触头闭合
KM2联锁触头分断对KM1联锁
停止：
按下停止按钮SB3 ，控制电路失电，正或反转接触器主触头分断，电动机M失电停转。
电气联锁的正反转控制线路的优点是工作安全可靠，缺点是操作不便。
2.机械联锁的正反转控制线路
机械联锁的正反转控制线路也叫按钮联锁的正反转控制线路，它是用复合按钮的常闭触头代替接触器的联锁触头进行联锁。如右图
其工作原理基本与电气联锁相同，只是从正转变为反转时不用先按停止按钮SB3，可直接按下反转按钮SB2即可实现。具体如下：合上电源开关QS，
正转控制：
SB1联锁触头分断对KM2联锁
按下SB1 KM1主触头闭合 电动机M启动连续正转
KM1线圈得电
KM1自锁触头闭合
反转控制：
KM1主触头分断 电动机M
SB2联锁触头分断对KM1联锁，KM1线圈失电 失电停转
KM1自锁触头分断接触自锁
按下SB2
KM2主触头闭合 电动机M启动连续反转
KM2线圈得电
KM2自锁触头闭合
停止：
按下停止按钮SB3 ，控制电路失电，正或反转接触器主触头分断，电动机M失电停转。
机械联锁的正反转控制线路的优点是操作方便，缺点是容易产生电源两相短路事故。
3.电气与机械双重联锁的正反转控制线路
电气与机械双重联锁的正反转控制线路就是用接触器辅助触头与复合按钮常闭触头同时进行联锁的正反转控制线路。如右图
其工作原理如下：合上电源开关QS，
正转控制：
SB1联锁触头分断对KM2联锁
按下SB1 KM1主触头闭合 电动机M启动连续正转
KM1线圈得电 KM1自锁触头闭合
KM1联锁触头分断对KM2联锁
反转控制：
KM1主触头分断 电动机M
SB2联锁触头分断对KM1联锁，KM1线圈失电 KM1自锁触头分断接触自锁 失电停转
KM1联锁触头闭合，解除对KM2联锁
按下SB2
KM2主触头闭合 电动机M启动连续反转
KM2线圈得电 KM2自锁触头闭合
KM2联锁触头分断对KM1联锁
停止：
按下停止按钮SB3 ，控制电路失电，正或反转接触器主触头分断，电动机M失电停转。
电气与机械双重联锁的正反转控制线路兼有两种联锁控制线路的优点，线路操作方便，工作安全可靠，广泛应用于电力拖动系统中。
结束语：
随着科学技术的发展，我国电机控制技术的推力也越来越壮大，三相交流异步电动机的保护是个复杂的问题，在实际使用中，应按照电动机的容量、型号、控制方式和配电设备等不同来选择相适应的保护装置及设备。电动机的保护与其控制方式有相当大的关系，即保护中有控制，控制中有保护。基本控制线路是最常用到的控制线路，熟练掌握基本控制线路的工作原理，才能更好地保护三相交流异步电动机，并在此基础上拓展线路的保护功能，使得保护能适应不同需求的控制线路，使三相交流异步电动机得到更加广泛的应用
[1] 齐占庆.机床电气控制技术[M].北京:机械工业出版社.2002.
交流电动机的应用篇11
1 斯里兰卡普特拉姆燃煤电站由电网事故引起的全厂停电介绍
斯里兰卡普特拉姆燃煤电站设计3台300MW发电机组，每台发电机组配置一台快速启动柴油发电机组，柴油发电机组由PLC实现逻辑控制。每台发电机组设计两段交流保安段，其工作电源取自本台发电机组的低压厂用电，备用电源取自柴油发电机组。斯里兰卡电网系统薄弱，稳定性差，据统计，从2011年到2013年期间，共发生4次因电网严重波动或故障导致电厂全部停电事故。其中一次引起普特拉姆燃煤电站全厂失电，而#1发电机组的柴油发电机组因故障未能快速启动，导致#1发电机组在停机过程中长时间失去交流保安电源，造成#1机组汽轮机轴瓦磨损。
2 原柴油发电机组接线方式分析
2.1 “一机一套” 柴油发电机组接线方式
通常，在具有两台及以上大容量发电机组的火力发电厂，每台发电机组配置的柴油发电机组是相互独立的。我们以两台大容量发电机组的火力发电厂为例进行说明，图（a）和图（b）分别为#1发电机组和#2发电机组的交流保安电源系统，每台柴油发电机组只为本台发电机机组提供交流保安电源。图（a）中开关3ZKK和4ZKK分别为交流保安PDCⅠA段和PDCⅠB段的工作电源进线开关，电源取自#1发电机组的低压厂用电，开关1ZKK和2ZKK分别为交流保安PDCⅠA段和PDCⅠB段的备用电源进线开关，电源取自#1柴油发电机组，开关ZKK为#1柴油发电机组的出口开关。图（b）原理相同。
2.2 “一机一套”接线方式控制逻辑描述
#1发电机组交流保安电源系统控制逻辑：
（1）在#1发电机组的交流保安PDCⅠA段或PDCⅠB段失压时，延时启动#1柴油发电机组，并跳开交流保安PDCⅠA段工作进线开关3ZKK或交流保安PDCⅠB段工作进线开关4ZKK，若#1柴油发电机组启动成功建立电压和达到转速时，合#1柴油发电机组出口开关ZKK，再合交流保安PDCⅠA段备用进线开关1ZKK或交流保安PDCⅠB段备用进线开关2ZKK，#1柴油发电机组向交流保安PDCⅠA段或PDCⅠB段供电。（2）机组，并跳开交流保安PDCⅠA段工作进线开关3ZKK和交流保安PDCⅠB段工作进线开关4ZKK，若#1柴油发电机启动成功建立电压和达到转速时，合#1柴油发电机组出口开关ZKK，再合交流保安PDCⅠA段备用进线开关1ZKK和交流保安PDCⅠB段备用进线开关2ZKK，#1柴油发电机组向交流保安PDCⅠA段和PDCⅠB段同时供电。
#2发电机组交流保安电源系统控制逻辑与#1机组一样，在此不在赘述。
2.3 “一机一套”接线方式的局限性分析
柴油发电机组的“一机一套”接线方式，每台发电机组的交流保安电源系统相互独立，使得柴油发电机组只能为本台机组提供保安电源。图（a）和图（b）所示，在#1（#2）发电机组的交流保安段有失压时，若#1（#2）柴油发电机组没有启动成功，#1（#2）发电机组将会失去交流保安电源，长时间失电将会严重危及#1（#2）发电机组的安全。基于对普特拉姆电站的重要性和电网运行安全性的考虑，为了避免同类事故的发生，经设计单位和建设单位的同意，我们决定对普特拉姆电站的柴油发电机组进行改造：在机组间的柴油发电机组之间，增加电气开关连接，使其具有互为备用的功能，同时采用PLC实现机组之间互为备用关系的逻辑控制。
4 柴油发电机组的互为备用接线方式改造
如图（c）所示，通过增加动力电缆和一个联络开关5ZKK将#1、#2发电机组的交流保安电源系统联络起来，打破“一机一套”接线方式的局限性，使得#1、#2柴油发电机组都可以为#1、#2发电机组提供交流保安电源在一次系统接线上构成回路，我们通过对联络开关5ZKK进行合闸、分闸状态控制，从而实现#1、#2柴油发电机组都可以为#1、#2发电机组提供交流保安电源。同样也需要对两台柴油发电机组的二次控制系统进行改造，增加必要的逻辑控制信号和增加二次控制系统的电缆用来传输信号，实现对改造后的#1、#2发电机组的交流保安电源系统的逻辑控制。
5 互为备用接线方式的控制逻辑
两台柴油发电机组互为备用接线方式控制逻辑如下：
在#1发电机组的交流保安PDCⅠA段或PDCⅠB段失压时，延时启动#1、#2柴油发电机组，并跳开交流保安PDCⅠA段工作进线开关3ZKK或交流保安PDCⅠB段工作进线开关4ZKK：
（1）若#1、#2柴油发电机组均启动成功建立电压和达到转速，合#1柴油发电机组出口开关ZKK，再合交流保安PDCⅠA段备用进线开关1ZKK或交流保安PDCⅠB段备用进线开关2ZKK，#1柴油发电机组向交流保安PDCⅠA段或PDCⅠB段供电，此种情况下不合联络开关5ZKK。（2）若#1柴油发电机组启动成功建立电压和达到转速，#2柴油发电机组启动失败，合#1柴油发电机组出口开关ZKK，再合交流保安PDCⅠA段备用进线开关1ZKK或交流保安PDCⅠB段备用进线开关2ZKK，#1柴油发电机组向交流保安PDCⅠA段或PDCⅠB段供电，此种情况下不合联络开关5ZKK。（3）若#1柴油发电机组启动失败，#2柴油发电机组启动成功建立电压和达到转速，合#2柴油发电机组出口开关ZKK，延时60S（躲过柴油发电机三次启动失败时间）合联络开关5ZKK，再合交流保安PDCⅠA段备用进线开关1ZKK或交流保安PDCⅠB段备用进线开关2ZKK，#2柴油发电机组向交流保安PDCⅠA段或PDCⅠB段供电。
在#2发电机组的交流保安PDCⅡA段或PDCⅡB段失压时，逻辑动作原理同（1）。
6 结语
通过对斯里兰卡普特拉姆发电厂两台柴油发电机组接线方式的改造，以及相应控制逻辑的修改，实现了两台机组间柴油发电机组互为备用，提高了机组保安电源的可靠性，对于孤网运行中的主力机组的安全具有重要意义，在国内外同类机组具有借鉴意义，特别是对弱连接的企业自备电厂（网）具有重要的参考价值。
参考文献：
[1] 火力发电厂设计技术规程DL5000-2000.
[2] 电力工程电气设计手册[M].水利电力部西北电力设计院，2004（6）.
交流电动机的应用篇12
0引言
尽管交流异步电机驱动电路复杂，但其具有的结构简单、运行可靠等优点，使其成为工业车辆发展应用较广泛的一种选择。然而交流异步电机的许用电流通常会达到额定电流的5～10倍（通常认为3～7倍），这会导致电机的相关设备和机械传动装置受到一定损害，降压许用就是为防止直接许用的一种设计方式，本文基于工业车辆交流异步电机的额定与许用电流间关系，分析了工业车辆的许用电流与保护技术，这一研究对于电机的进一步发展应用有一定的意义。
1 工业车辆电流分析
下面以工业车辆应用最广的叉车、观光车作为研究进行全面的分析阐述。
1.1工业车辆基础知识研究对比
通过与电机厂家的了解，说明书的分析，还有叉车厂家的现场试验。了解电机（主要为安徽皖南新维电机有限公司、辽源汇丰电机有限公司、四川东风、SUPEREC）的主要技术参数为下表1～表3所示。基于表中参数，在实际评估时由于对叉车专业知识及技术不了解，常常对电机质量无法作出合理的判断。通常电机优越的高质量的叉车其优越的性能往往体现在高效率、低成本、高可靠性、人机工效设计好以及服务便利等诸多方面。
从上表可以看出感应电机的固有频率是由满磁通最大扭矩区与弱磁通区分界点处的旋转磁场频率所决定的，当感应电机的频率大于其固有频率时，它就开始工作。不过工作过程中要求它的电压需在额定范围内，不可以超载。同时逐渐降低频率要记录该频率下电机的电流直到其电流达到最大。收集频率和电流的数据信息，将它们信息汇合然后做出一条平滑的曲线，通过这条曲线可以看出一拐点，它所对应的频率即为感应电机的固有频率，它也是磁通饱和区和弱磁通区的分界点。为了保障电机的电压为额定电压要进行相关参数的设定，并要求设置使速度控制回路闭合。
2.2 电动叉车的驱动技术
当前的电动车应用的主要有直流与交流驱动计算。直流驱动技术尽管具有经济、方便的特点，但其表现出的维修、性能方面的缺陷不断被放大。交流驱动就是在这一背景下开发应用的，随着上世纪末的交流动力技术在电动叉车中的推广，使得电动叉车性能明显提高。同时伴随着电子元件的价格大幅度下降，那么该控制器的硬件某些部件的成本也会相对降低，成本将带了对交流驱动系统的大范围地推出市场提供了条件。
2.3 交流电机驱动的优势
研究表明，电动叉车交流驱动系统具有以下优势：交流电机与直流电机相比无最大电流限制，使得其能有更大制动扭力、更快速度等；交流驱动系统将蓄电池的直流电转化为三相交变电。能获得更高频率调节范围；在相同的蓄电池容量这一前提下，应交流系统与直流电机相比使用时间延长了，进而有效生产效率；交流驱动所采用的是速度扭矩控制，采用加速踏板释放制动功能，因而可以平缓的实现前进状态和倒车状态的过渡，从而确保叉车行驶的安全性，与此同时其能量也能够回收。
3 实践结果电流分析
当叉车的工作模式选择牵引时，叉车就会具有变负载的工作特性，它既可以空载行驶，又可以满载行驶还可以带载爬坡。不过当其工作特性不同时，它的相应的感应电机的工作区也不相同，三种工作特性分别对应着电机的“连续工作区”、“间断工作区”及“高速区”。
感应电机不同工作区域其各就特点：“连续工作区"一般叉车在空载和额定载荷行驶时，电机处于此工作区的电机始终以恒定功率运行，在这种工作区它允许电机为了获取理想的转速而工作在较低的滑差状态下；“间断工作区”一般叉车以一定可允许载荷进行爬坡工作时，电机处于此工作区的电机处于恒扭矩阶段。通过一系列的验证得出如表3所示的对交流电机与电流的关系。
从表3 可以得知所得到的最大许用电流严重超载，一般达到额定电流3倍以上。因此可知电流过大会对电机造成很大损害。同时值得注意的是叉车的造价较高，因此对其电机要更外保护。
经过研究得出，当电机启动电流达到额定电流的3～4倍时，线圈发热量是电机在正常运行时的18～25倍，产生的电磁力同样达到了18～25倍。因此可知温度过高、加热速度过快等都将是电机受到巨大的破坏，同时降低了线圈和转子铜条的使用寿命。除此电力过大会造成供电装置的损坏。
4电机保护
现在我国着重发展将电子型电机控制装置，并将其进行推广。交流电机的保护是与控制方式紧密联系的，如车辆直接许用产生的4～7倍的额定电流，应用不同的元件结构也不完全相同，热继电器、温度继电器和温度开关、电子式电机保护控制装置。
4.1热继电器的原理与技术
下图为应用广泛的ZEV系列热继电器的接线图，其实现了过载、缺相、电流不平衡、接地保护等标准保护功能，应用的保护跳闸采用了数字显示的方式，其四个按键设定数值。热继电器采用的是负载电流流经校准元件，使双金属热元件产生弯曲，实现继电器在电机绕组烧坏前的。
尽管这一技术结构简单，由工作原理可知，其对工业车辆的频繁许用的应用产生不了保护作用，且短路故障后无法应用，这一技术随着科技的不断传统的应用方式早已不能满足需要，其应用多与其他装置共同使用实现功能。
热继电器的接线图
4.2 温度继电器的保护技术
温度继电器保护技术主要应用双金属片设计的盘式继电器，它具有显著的优点，但其也存在一定的问题，因其动作缓慢、返回时间较长，所以在车辆工业很少利用这项技术，而主要应用于空调压缩技术上。
温度继电器不同于热继电器，温度继电器采用的是装电机内部温度变化应用的动作实现，但热继电器则应用在了动力线上依据流热效应实现的。这一保护技术在车辆电机应用较少，但在电动汽车领域已于其他技术结合产生了一些新的应用。
4.3 电子式控制保护技术
伴随着信息时代进入到生活各个领域，在车辆电机的电子式保护装置应用的是集成电路、微处理器实现，其特点是实现了断相保护、温度保护、监测保护等多功能的设计。电机利用电压、电流检测取样和三相不平衡原理进行断相保护，此保护原理是由电子分离元件或集成电路构成的。电机工作电压往往受到电压波动、网络负荷不平衡等因素的影响而使其不不易平衡，易出现误动且断相的保护范围小。
5 结论
本文基于分析工业车辆交流异步电机的额定与许用电流间关系，探讨了电动叉车等的理念、电动叉车等的驱动技术、交流电机驱动的优势，以及以实践结果电流为基础探讨了电机保护，包括热继电器的原理与技术、温度继电器的保护技术、电子式控制保护技术等，由实践数据可知，工业车辆用交流电机最大许用电流为额定电流的3倍。
参考文献
[1]权全，孙永军.实用可靠的电动机保护器[J].矿山机械，2001（11）.
[2]杨爱萍，伊维斌，韩笑.关于IGBT驱动电路的性能分析[J].煤炭技术，2001（3）.
交流电动机的应用篇13
一、数控机床伺服系统
（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。
（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。
（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/ 速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。
二、伺服电机控制性能优越
（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。
（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA 400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。
（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。
三、伺服电机控制展望
（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。
另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。
（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动” 两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。
参考文献
