發(fā)布時間：2023-05-30 14:58:39
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的交流電動機的應用樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
隨著交流電動機被廣泛運用在各式各樣的領域中，交流電動機的控制技術就受到大家的重視。作為一種非線性的系統(tǒng)，交流電動機具有高階、強耦合、參數(shù)時變等特點，屬于復雜系統(tǒng)，交流電動機自適應擾動抑制方法與其無源性控制相結合，使得電動機的實際仿真效果、外部擾動環(huán)境下穩(wěn)定等性能都較高，因此，交流電動機的無源性控制與擾動抑制技術作為國內外研究的重點。本文就交流電動機的無緣性控制原理、擾動抑制原理展開分析，就其技術進行研究。
【關鍵詞】交流電動機 無源性控制 擾動抑制技術 自適應控制
交流電動機主要是將交流電的電能轉換為機械能的一種機器，而基于交流電動機的電氣傳動系統(tǒng)被廣泛運用在各行各業(yè)中，這也給交流電動機自適應性提出了更大的挑戰(zhàn)。隨著交流電動機被運用在多種多樣的領域中，其具有的高階、多變量以及強耦合、參數(shù)時變等非線性系統(tǒng)特征表現(xiàn)得非常明顯?；陔姍C端口的受控研究，下文針對目前國內外對交流電動機的無源性控制和擾動抑制技術現(xiàn)狀進行分析，就其原理展開研究。
1 國內外對交流電動機控制技術的相關研究現(xiàn)狀
1.1 交流電動機速度控制主電路與控制電路
事實上，交流電動機的速度控制主要以大功率電力電子器件為主，隨著電力電子技術的發(fā)展，交流電動機控制理論被廣泛使用，這也給交流電機拖動的開發(fā)提供了良好的環(huán)境和基礎。目前，控制電路主要還是以DSP和單片機為主，電子控制器的數(shù)字化控制發(fā)展使得設備的性能大大提升，控制算法也得到了進一步的優(yōu)化，模糊控制、神經網絡控制等復雜控制也逐漸被應用起來。作為電機調速的重要組成部分，智能功率模板成為了新一代的主控電路，通過將功率開關期間和驅動電路進行集成，內設過電壓、過電流等故障檢測電路，將檢測信號傳輸?shù)紺PU中。它由高速低功耗的管芯與優(yōu)化門極驅動電路、快速保護電路等部件構成，能夠在發(fā)生負載事故或者使用不恰當時，也能保證智能功率模塊安全穩(wěn)定運行。
1.2 交流電動機的控制策略
早前的交流傳動屬于不可調傳動，而隨著電子控制技術的飛速發(fā)展，交流可調傳動也逐漸開始廣泛起來。常用的穩(wěn)態(tài)模型控制方案主要由開環(huán)恒V/F比控制、閉環(huán)轉差頻率控制等。且前者是一種開環(huán)的控制方式，與變壓變頻控制不同，其不對速度進行反饋控制，而閉環(huán)轉差屬于直接轉矩控制，因其實現(xiàn)了對電動機轉矩的控制，從而擁有較強的動態(tài)性能，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差也較小。基于交流電動機動態(tài)模型的控制方法分為矢量控制和直接轉矩控制兩種，矢量控制實現(xiàn)了磁鏈與轉矩的解耦，可以進行獨立控制，而直接轉矩控制的計算量小、靜態(tài)和動態(tài)性能優(yōu)良。
1.3 交流電動機非線性控制方法
前面說到，交流電動機是一種非線性的對象，而無論是矢量控制還是直接轉矩控制，都不能很好的對其動態(tài)過程進行描述。所以自適應控制、反饋線性化控制以及滑膜變結構控制等都為電動機的非線性控制提供了方式。自適應控制研究對象具有一定的不確定性，包括描述被控對象、環(huán)境數(shù)學模型的不確定性，以及一些未知因素和隨機因素。這些不確定性有時是在系統(tǒng)內部，而有時卻在系統(tǒng)外部發(fā)生。從內部來講，描述被控對象的數(shù)學模型起結構與參數(shù)就具有很大的不確定性，而這種基于數(shù)學模型的控制方法在電動機自適應控制中得到了很好的發(fā)揮。反饋線性化控制的整體較為精確，適合系統(tǒng)的整個分析域。滑膜變結構控制能偶使系統(tǒng)結構隨時變化的開關特征，但當系統(tǒng)再不同滑膜軌跡中時，頻率切換可能伴隨著高頻的抖動。
2 交流電動機的無源性控制原理分析
2.1 系統(tǒng)無源性
無論是哪種機械系統(tǒng)，如果沒有外界能量加以支持，其動能與勢能之和總是趨近于零的，且其系統(tǒng)速度、位移也是趨向于零的。簡單了說，系統(tǒng)穩(wěn)定時，如果缺少外界能量注入，系統(tǒng)指揮消耗能量，而這種能量不可能放大，而只要停止向外界或者內容注入能量，系統(tǒng)的能量之和必將趨近于零，以此來達到穩(wěn)定的狀態(tài)。對于非線性系統(tǒng)來說，公式中，u、y分別表示尾數(shù)相同的系統(tǒng)輸入與輸出，其中f（0）=0，h（0）=0.
另外，系統(tǒng)的無源性還是反應電機在運行過程中所消耗的能量特征。對于一般的能量供給量來說，考慮s（u，y）為單位時間內以外不注入能量為輸出輸入信號函數(shù)，那么耗散的計算方法則為：
v（x（T））-v（x（0））≤
2.2 能量成形與無源性
因考慮到電機系統(tǒng)的能量成形與無源性，通過成對的變量uRm、yRm與外界相連，其結果滿足能量平衡方程。
H[x（t）] H[x（0）] =
該方程表示系統(tǒng)存儲的能量與外界供給能量和系統(tǒng)耗散的能量差相等。而公式中的H（x）表示訥訥過量存儲函數(shù)，xRn表示狀態(tài)向量，d（x（t），t）表示具有耗散效應的非負函數(shù)。滿足能量平衡方程式的系統(tǒng)屬于無源性控制系統(tǒng)，且H（x）≥c，此時的c就表示能量函數(shù)的下界，y則表示無源輸出。具體如圖1所示。
2.3 感應電動機的無源性控制原理
感應電動機是交流電動機非線性、多變量以及強耦合特點表現(xiàn)明顯的一個典型，近年來，隨著非線性控制理論深入廣泛的研究，使得感應電機控制成為主導潮流。為了克服反饋線性化、無源性控制等需要考慮奇異點的問題，無源性控制利用輸出反饋使得電機閉環(huán)系統(tǒng)表現(xiàn)為無源映射，從上面所提到的電機能量方程入手，采用不影響其穩(wěn)定性的無功力簡化控制器設計。此時，坐標的變化并不影響系統(tǒng)的無源性，所以，選擇不同的輸出函數(shù)與能量函數(shù)，設計出多種無源性控制，來實現(xiàn)對系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性控制。
3 交流電動機的自適應L2擾動抑制控制技術
進行交流電動機調速時，常常會遇到因負載轉矩存在擾動或者電機參數(shù)時變等因速度影響電動機的調速。此時，如果僅僅適應狀態(tài)誤差PCH控制方法，往往達不到理想的效果，而采用無源性控制與自適應L2擾動抑制技術結合的方式，能夠有效提高控制效果，達到所需性能要求。在電動機負載擾動但參數(shù)無變化的情況下，利用L2增益擾動抑制和狀態(tài)誤差PCH控制結合可以推算出速度控制器；而當發(fā)生負載轉矩存在擾動或者電機參數(shù)時變是，就要通過自適應L2擾動抑制和狀態(tài)PCH相結合的頒發(fā)來求得速度控制器。
當系統(tǒng)無緣時，供給量s（u，y） = yTu就是耗散的，因此系統(tǒng)的供給量就是s（u，y） = γ22-2是耗散的，此時γ為整數(shù)，那么就說無源系統(tǒng)有小于整數(shù)γ的L2增益。
針對異步電動機傳動系統(tǒng)而言，通過建立異步電動機端口受控哈密頓系統(tǒng)模型，來構建閉環(huán)狀態(tài)誤差PCH系統(tǒng)。在互聯(lián)和阻尼配置能量成形方法的基礎上得到負載轉矩恒定控制器，如果想要單純依靠這些方法來控制系統(tǒng)是不可能的。針對異步電動機傳動系統(tǒng)中的負載轉矩存在的擾動問題，我們通過在異步電動機PCH控制的基礎上，采用L2增益控制方式設計控制器，對負載轉矩擾動進行抑制，同時這種方式也能很好的消除穩(wěn)態(tài)誤差引入PI控制。根據(jù)相關仿真結果顯示，所提出的這種控制方式，具有高效的轉速跟蹤性能和負載擾動抑制功能，是異步電動機現(xiàn)代非線性控制的一種有效途徑。
而對于永磁同步電動機而言，針對PMSM速度控制負載擾動及參數(shù)時變的問題，可以利用狀態(tài)誤差PCH控制原理來設計系統(tǒng)速度控制器。與此同時，結合永磁同步電動機狀態(tài)誤差PCH控制，通過自適應L2增益擾動抑制功能，對負載轉矩及參數(shù)時變擾動進行抑制。仿真結果顯示，利用L2擾動抑制技術可以有效的抑制系統(tǒng)負載擾動，在PMSM定子電感、電阻變化情況下，也可以使用自適應L2擾動抑制控制技術，減少電機參數(shù)時變和負載擾動帶來的影響，進一步加強對電機轉速的控制。
3 結束語
隨著交流電動機的運用越來越廣泛，怎樣有效的控制電機成為了領域內關注的焦點。本文介紹了交流電動機的無源性控制和擾動抑制技術，利用公式和仿真結果證明了無源性控制與能量成形的關系，并得出L2擾動抑制技術可以有效的抑制系統(tǒng)負載擾動。
參考文獻
[1]于海生.交流電機的能量成型與非線性控制研究[D].山東大學，2006.
[2]王楊.交流電動機的無源性控制與擾動抑制技術[D].青島大學，2013.
[3]王孝洪，吳捷，楊金明等.矩陣式變換器電流環(huán)無源性控制[J].控制理論與應用，2008，25（2）：341-343，347.
[4]劉進.異步電動機的PCH控制與L2增益擾動抑制技術[D].青島大學，2011.
[5]侯培言.PWM整流器的無源性控制與L2擾動抑制技術[D].青島大學，2014.
[6]王孝洪，吳捷，楊金明等.矩陣式變換器電流環(huán)無源性控制[C].//2007年新能源發(fā)電中控制及電力電子技術研討會論文集.2007：138-141.
[7]薛花.船舶電力推進系統(tǒng)無源性控制策略與諧波抑制方法研究[D].上海交通大學，2009.
關鍵詞：額定功率；效率；定子；轉子
引言
實現(xiàn)機械能與電能相互轉化的旋轉機械稱為電機。其中把機械能轉化為電能的電機成為發(fā)電機，能夠把電能轉化為機械能的電機稱為電動機。電動機按照供電電源的種類不同可以劃分為直流電動機與交流電動機兩類，交流電動機可以分為同步電動機與異步電動機。電動機的性能參數(shù)作為選型的重要指標，其數(shù)值的大小代表了電動機工作能力與品質的高低，應當是每位電工人員應當掌握與理解的重要參數(shù)指標。
1 電動機性能及參數(shù)的介紹
1.1 直流電動機的介紹
直流電動機與交流電動機相比結構復雜、價格昂貴、使用和維護的要求高。但是直流電動機的起動轉矩大，調速范圍寬并且具有平滑的調速性能，因此在電車、電氣機床、起重機械、電力牽引設備等方面應用廣泛。直流電動機主要有定子、轉子、換向器等三部分組成，其中換向器是直流電動機所特有部件。根據(jù)定子、轉子線圈的勵磁方式的不同，可以分為他勵電動機、并勵電動機、串勵電動機與復勵電動機四種。
電動機銘牌中主要參數(shù)包括電動機型號、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉速、額定效率等。其中，額定電壓（UN）是指電動機長期運行時所能承受的工作電壓。額定電流（IN）是指電機安規(guī)定的工作方式運行時，繞組允許通過的電流。額定轉速（nN）指電機在額定電壓、額定電流與額定功率的情況下運行的電機轉速。額定功率（PN）是指電動機按規(guī)定的工作方式運行時所能提供的輸出功率，也是電動機轉軸上所輸出的機械功率。電動機由電能轉化為機械能輸出的過程中，由于機械傳動過程的機械效率無法達到100%，不可避免的存在機械損失，因此必定存在機械效率數(shù)值。因此電動機額定功率（PN）應為額定電壓（UN）、額定電流（IN）以及電動機的額定效率（）的乘積，即PN=UN*IN*。
對于電動機來說，電動機的額定功率是以額定轉矩（MN）與額定轉速（nN）的形式來體現(xiàn)的。電動機額定轉矩（MN）、額定功率（PN）、額定轉速（nN）三者的關系為：MN=9550PN/nN結合上述電動機額定功率的計算公式PN=UN*IN*，直流電動機的主要性能參數(shù)額定電壓、額定電流、額定效率、額定轉速以及額定轉矩的相互關系為：
MN*nN/9550=UN*IN*
由上述公式可以直觀分析出直流電動機銘牌各性能參數(shù)之間的相互關系，當電動機在工作過程中某一性能參數(shù)發(fā)生改變時，我們能夠快速直觀的分析出各性能參數(shù)的變化趨勢，從而了解此時電動機的工作性能與工作狀態(tài)。
1.2 交流電動機性能及參數(shù)的介紹
交流電動機根據(jù)工作的原理可以分為異步電動機與同步電動機，其中異步電動機由于結構簡單、運行可靠、維修方便、價格便宜，是所有電動機中應用最為廣泛的一種。與直流電動機相比，交流電動機主要有定子與轉子等組成。其中定子繞組是定子的電路部分，異步電動機的定子三相繞組共有六個出線端，通常接在置于電動機外殼上的接線盒中。三個繞組的首端接頭分別用U1、V1、W1表示，其對應的末端分別用U2、V2、W2表示。因此交流電動機的定子繞組可以聯(lián)結為星形或三角形兩種方式。交流電動機正常工作時的定子接線方式在電動機的銘牌中有明確規(guī)定，星形與三角形定子接線方式如圖1所示。
交流電動機的轉子繞組有鼠籠型與繞線型兩種，其中鼠籠式轉子繞組是自己短路的繞組，它的結構簡單，容易制造、成本低、運行維護方便。其缺點為調速性能差，起動力矩小。繞線型轉子繞組與定子繞組相似，在轉子鐵心槽內對稱的三相繞組作星型聯(lián)結。三個繞組的三個尾端聯(lián)結在一起，三個首端分別接到轉軸的三個銅制的滑環(huán)上，通過電刷與外電路的可變電阻器相聯(lián)結，用于起動或調速。
交流電動機定子電路星形啟動三角形運行（降壓啟動）的介紹：在電動機啟動時，將停止狀態(tài)的電動機的定子繞組聯(lián)結為星形，以降低啟動電壓，限制啟動電流，待電動機啟動后再把定子繞組聯(lián)結成三角形，使得電動機全壓運行。電動機啟動時聯(lián)結成星形接線電路，此時的啟動電壓為三角形聯(lián)結時電壓的1/1.732，啟動電流、啟動轉矩同理相應的減小，因此這種降壓啟動的方式只適合輕載或空載的條件下啟動運行。其電路原理圖如圖2所示。
交流電動機性能參數(shù)的分析：對于交流電動機來說，交流電動機的額定功率，額定轉矩（MN）、額定功率（PN）、額定轉速（nN）、額定電壓（UN）、額定電流額定電流的乘積（IN）的關系與直流電動機相似同理滿足下列公式關系：
MN*nN / 9550=UN*IN*
同理交流電動機在工作過程中某一性能參數(shù)發(fā)生改變時，我們能夠快速直觀的分析出各性能參數(shù)的變化趨勢，從而了解此時電動機的工作狀態(tài)，在此不作詳細闡述。
1.3 發(fā)電機性能參數(shù)的介紹
發(fā)電機是將外界輸入機械能轉化為電能輸出的機械設備，其相關性能參數(shù)的關系與電動機的性能參數(shù)的關系相似。對于電動機由于運動部件間摩擦因素的存在，輸入電動機的電能并不能轉換為機械能；同理，對于發(fā)電機而言輸入發(fā)電機的機械能也不可能完全轉換為電能。其相關性能參數(shù)的相互關系為：（MN*nN / 9550）*=UN*IN即輸入發(fā)電機的輸入總功率乘以發(fā)電機的額定效率轉換成為輸入的有效功率，有效的輸入功率才能完全的轉換成為發(fā)電機的輸出電功率。通過觀察我們發(fā)現(xiàn)電動機與發(fā)電機的結構與相關性能參數(shù)之間的相互關具有較大的相似之處，尤其對于直流電動機而言，當外部某些使用條件發(fā)生轉化時，直流電動機與直流發(fā)電機的工作狀態(tài)可以相互發(fā)生轉換。
2 結束語
電動機作為現(xiàn)代工業(yè)生產中最常用的動力拖動設備，與我們的日常生活生產密切相關，文章作者從電動機性能參數(shù)的相互關系角度進行了系統(tǒng)的分析，當電動機或發(fā)電機的某一工作性能參數(shù)發(fā)生改變時，能夠根據(jù)參數(shù)之間的相互關系迅速、準確的對其他性能參數(shù)的影響做出判斷，從而掌握電動機或發(fā)電機此時的工作狀況。鑒于作者水平能力的限制，在書寫的過程中難免出現(xiàn)不當之處敬請指正。
關鍵詞：交流電動機；動作時間；釋放時間；元器件節(jié)能
1 問題的提出
2013年，江西某水泥公司二號窯200 kW鼓風機，2年內已燒毀3次，造成直接經濟損失200多萬元。同時，由于停產檢修，造成的間接損失難以估算。針對上述問題，該公司邀請了一個專業(yè)團隊到公司協(xié)助解決該問題。
2 原因分析
2.1 生產現(xiàn)狀
2013年3月，專業(yè)團隊來到該公司，與該公司的工程技術人員一起進行了現(xiàn)場考察和技術資料研究。其中，該電動機的主電路圖和控制電路如圖1―2所示。
2.2 原因分析
針對上述情況和相關參考文獻[1―5]，筆者認為造成該事故的原因如下。
（1）主要原因是前面設計者沒有考慮交流接觸器線包動作時間和其釋放時間；（2）在啟動電動機運行前幾十ms內，由于KM2未動作，導致KM2，KM3同時得電，則電源相序間短路，輕則燒斷熔嗨亢KM3主觸頭被燒壞可能，從而導致電動機缺相運行，電動機轉速減慢，電流急增，隨后，電動機可能被燒毀。由于以上第（2）點，造成KM3觸頭接觸不良，造成電源三相不平衡，電動機轉速減慢，溫度升高，不及時關機，則有可能燒壞電動機；由于KM2釋放時間問題，造成電動機瞬間失電，從而電動機又重新啟動，電流加大，溫度急劇上升，繞組磁路飽和，繞組發(fā)熱，最后，電動機可能被燒壞。
3 電路設計
針對以上原因，文章總結了以下幾點設計改進：
（1）充分考慮KM2的動作時間，利用KM2-4和KM1-4動作時間才能使KM3得電，避免了KM2和KM3在電動機啟動前幾十毫秒內同時得電；（2）在KM2線包控制電路中又串聯(lián)KM3觸點進行互鎖，又避免了KM2釋放時間問題即電動機重新啟動；（3）同時使KT并聯(lián)在KM3線包中，使KM3動作時KT不得電，從而更加節(jié)能，延長電路元器件的壽命。
改進設計后的電路控制如圖3所示。
4 實施效果
改造后，該電動機在3年內未出現(xiàn)電動機燒毀現(xiàn)象，由此，可確定本次分析和解決措施是完全正確的。同時，直接為公司節(jié)約成本200多萬元。
論文摘要:“電機與艷動”是一門理論性與實踐性都很強的電氣專業(yè)技術基礎課。筆者通過近六年的教學實踐，提出從教學安排、教學方法、教學手段、教學內容、實驗實踐等方面加大教學改革力度，激發(fā)學生的學習興趣，充分發(fā)揮學生學習的積極性和主動性。
“電機與拖動”是電氣工程及其自動化、機電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)技術基礎課。本課程由于牽涉到磁場的概念，使教學內容抽象、概念多、公式推導繁瑣復雜，難于理解;直流電機、變壓器、交流電機各部分相對獨立，但又有內部聯(lián)系;實踐性強，但又必須有理論支持，同時還必須具備高等數(shù)學、電路與磁路、大學物理等多門學科的相關知識，導致學習這門課程存在著學生難學的情況。因此，必須從教學安排、教學方法、教學手段、教學內容、實驗實踐等方面加大教學改革力度，激發(fā)學生的學習積極性和主動性，增強學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力，提高課程教學質量。
一、合理安排授課計劃和內容
隨著高校課程改革的深人進往我們在教學內容上進行了調整:現(xiàn)在工業(yè)應用的大部分是交流電機，直流電機的應用比重有所減小，所以在變壓器、交流電機的內容上可適當加大，直流電機所占的比例可適當壓縮。從講課反饋上來看，按照先講直流電機，再講變壓器，最后是交流電機的教學安排可能更合理些。因為學生在高中和大學物理等課程中已掌握了直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理，所以接受起來并不困難。變壓器的工作原理在“電路”的互感電路章節(jié)中有所涉及，它對“電機與拖動”中的內容有所鋪墊，同時變壓器與交流電機也有聯(lián)系，可以把它看成是一臺靜止不動的交流電動機。對比變壓器的一次側電壓表達式和交流電動機的定子電壓表達式，我們可以看到兩者的表達式非常相像，只不過交流電動機多了.項基波繞組系數(shù)。當講到交流電動機繞組的磁勢和電勢時我們會發(fā)現(xiàn):變壓器采用的是集中整距繞組，因此;交流電機為了抑制諧波的磁勢和電勢，采用短距分布繞組，因此。所以，變壓器可以看成是一臺靜止不動的交流電動機。另外，從它們的T型等效電路上來看也很相像。當然，在講課過程中也要注意兩者的區(qū)別。筆者發(fā)現(xiàn)按照上述的講課順序進行教學，學生理解會更清晰些。
二、理論聯(lián)系實際，突出重點.體現(xiàn)課程教學中的主線
“電機與拖動”這門課程中概念很多，因此，教師在講課時需要把“電路”中牽涉到的概念和定律先復習一下，如左手定則、右手定則、右手螺旋定則、基爾霍夫電壓和電流定律、同名端和異名端等。在講課過程中理論聯(lián)系實際會使學生更易理解。如為什么轉子沖片采用硅鋼片疊片沖壓而成?目的是為了減少磁滯損耗和渦流損耗。轉子上為什么安裝風扇?轉子沖片上為什么開了小圓孔?目的是為了加強空氣對流和散熱。電機轉動時風扇吸風，空氣從轉子的軸向通風孔流過，可幫助散熱。這樣講述理論聯(lián)系實際，學生學習就不會感覺枯燥了。
講完直流電機、變壓器和交流電機的每一部分后，要對該部分進行總結，歸納出重點，幫助學生理解和復習。如直流電動機部分里最重要的就是6個方程式和一個定律:(1)機械特性方程式;(2)轉矩平衡方程式，(3)電壓平衡方程式;(4)慣性定律:電機的轉速n不能突變;(5)動力學平衡方程式;(6)電磁轉矩表達式;(7)感應電勢表達式。
從這6個方程式和一個定律中我們可以分析出直流電動機的啟動、調速和制動過程。如根據(jù)方程式(7)和方程式(3)，可推導出電樞電流的表達式。結合慣性定律可分析直流電動機的啟動，由于電機的轉速n不能突變，在啟動的一瞬間，轉速n二0，因此電樞電流為U/Ra。在一般情況下，電壓U為額定電壓UN，電樞中不串人附加電阻，只有內阻Ra，則電樞中電流過大，易燒毀電機。因此，工業(yè)用直流電動機不允許直接啟動，要限制啟動電流在一個合適的范圍內。由電樞電流U/R。的關系可知，可減小分子或增大分母，因此，可采用電樞串電阻或降壓啟動這兩種方式。
對于直流電動機釣調速過程，根據(jù)方程式(1)可知，要想改變電機的轉速n，對于選定的電機，由于Ce和CT是常數(shù)，電機達到平衡狀態(tài)時T=TL，因此，進行調速能改變的電氣參數(shù)就只有電壓U、電樞回路的電阻Ra和主磁通Ф。由此得到了三種調速方法:降壓調速、電樞串電阻調速和弱磁調速。
對于直流電動機的制動過程，根據(jù)方程式(1)、方程式(S)和慣性定律亦可進行推導。如能耗制動過程的分析:電動機本來在第一象限電動運行，能耗制動開始時，機械特性方程立刻變化為方程式(8)，但根據(jù)慣性定律的結論，由方程式(8)可知電磁轉矩T為負值。根據(jù)方程式(2)可知電動機進入減速狀態(tài)，即能耗制動過程。當n=0時，由方程式(8)可知，T=0，但負載轉矩一般不為0，因此在能耗制動結束時需要采用機械裝置卡住轉子使之停車。
學生掌握了這些方程式和定律，在不同的情況下分析和靈活運用，就可以抓住直流電動機這部分的核心內容，它對后續(xù)課程的學習幫助很大。同理可歸納出變壓器和交流電動機的核心要點，這里不再贅述。
三、充分利用多媒體等教學手段
本門課程如果僅靠板書來講解，不僅授課進程緩慢，影響教學進度，而且學生理解吃力，教學效果比較差。 例如，三相旋轉磁場的產生過程，該部分比較難理解，學生容易產生厭煩情緒。為此我們精心設計和制作了PowerPoint圖片和Flash動畫等教學課件來演示三相旋轉磁場的產生過程，同時采用電機實物進行現(xiàn)場演示。在一臺去除了轉子的交流電動機定子內部放置一個小磁針，在三相對稱繞組上加上三相對稱電源，將直觀地看到小磁針轉動。將三相交流電源中的任意兩相電源線對調后，發(fā)現(xiàn)小磁針轉動方向會改變。這樣，學生就直觀地看到了交流電機旋轉磁場的正反轉，便于理解交流電動機的正反轉。由此我們就可以提出問題:為什么小磁針能夠轉動?采用這種方式在多媒體教學過程中解決問題。即提出問題一分析問題一解決問題。通過這樣的教學手段，能夠鍛煉學生獨立思考能力和獨立解決問題的能力。
采用多媒體等教學手段，結合理論知識進行分析和講解，教師可將復雜、枯燥的內容變得直觀、容易理解，給學生留下深刻的印象，學習過程也變得輕松愉快，教學效果很好。
但對于變壓器、異步電動機的運行分析，采用傳統(tǒng)的板書教學模式比較好，因為這些部分需要進行邏輯推導，采用板書教學有助于學生前后連貫地分析和理解。所以，在教學過程中要因地制宜，在適當?shù)恼鹿?jié)采用并加強多媒體教學。
四、理論教學和實驗實踐教學相結合
為了增強學生對電機結構的感性認識，我們在教學計劃中安排了一周時間進行交流電機的拆裝實習。通過拆裝實習可幫助學生掌握電機內部結構及工作原理;掌握電機繞組拆卸、繞制及電機裝配過程;掌握電機測試和檢修的方法;掌握相關電工儀表使用。學有余力的學生可以向實驗室教師申請選做實驗。學生自已查閱資料選題，設計實驗線路和接線步驟，分析實驗數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學生的獨立工作能力。
此外，我們也積極開展校外實習活動，即組織學生到工廠進行參觀實習，實際觀看各種電機和變壓器的接線和工作過程，了解各種電氣設備的功能和使用。經過和廠方協(xié)調，讓工人師傅現(xiàn)場示范不同類型電氣設備的操作，讓學生對各種生產機械的主要結構及操作情況有親身體驗，從而為講授相關生產機械的電氣控制打下基礎。通過校外實習可提高學生的工程意識與實踐能力，為將來的就業(yè)增加磅碼。
五、通過網絡平臺與學生互動，加強交流
“電機與拖動“這門課程已申報洛陽理工學院精品課程。我們把很多教學資源放在校園網上供學生下載觀看。學生只要登錄校園網，就可以學習和觀看教學錄像。我們在網上提供比較新穎的資料:如歐美國家和我國的電機發(fā)展簡史，西門子公司生產的步進電機和伺服電機，日本三菱公司的變頻電機的圖片和直流無刷電機的實際應用等。通過上述措施提高學生的興趣，從而提高教學效果。
另外，我們在精品課程網站上建立了BBS，學生有任何關于“電機與拖動”這門課程的疑問都可以提出來，教師抽出時間集中進行解答。通過這種形式與學生互動，使學生能共享教學資源，加強對所學內容的理解，方便學生學習。
六、重視習題課的作用
在課堂教學中通過對學生的提問，了解學生的理解程度和錯誤原因，幫助他們糾正錯誤。在習題課上精心選擇兩三道計算題讓學生進行解答，然后對計算過程中出現(xiàn)的問題進行講評。在講評過程中，分析學生的解題步驟，了解學生的解題思路。爭取實現(xiàn)一題多解，從而有利于學生的發(fā)散性思維和演繹能力的培養(yǎng)。對學生解題中出現(xiàn)的錯誤及時指出，避免重復犯錯，起到事半功倍的作用。針對學生學習過程中的薄弱環(huán)節(jié)，適當調整教學安排，有的放矢，從而更好地完成教學任氛
關鍵詞：教學；傅立葉級數(shù)；自動控制原理
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）31-0187-02
“自動控制元件”是生長干部學歷教育“測控工程”專業(yè)一門必修工程技術基礎課程。該門課程是“控制系統(tǒng)儀器及其測試”課程學習的先導課程，對學員理解典型直流電動機、交流電動機和步進電動機等常見執(zhí)行元件的基本結構、工作原理、靜態(tài)和動態(tài)特性，掌握常用元件的選擇和使用方法，提高控制系統(tǒng)分析和設計的實踐能力具有重要的作用。工科數(shù)學分析中的傅里葉級數(shù)講的是一個周期函數(shù)可以展開成直流分量與一系列諧波分量之和。在自動控制元件課程中多次應用到傅里葉級數(shù)，因此傅里葉級數(shù)不僅在數(shù)學理論上有較大的作用，而且闡述了一種重要的物理現(xiàn)象，在工程實踐上有很多的應用。
一、非磁阻式電動機的電磁轉矩
我校自動控制元件課程中所涉及的非磁阻式電動機的電磁轉矩幾乎都可以用兩個同心圓柱面磁場間的力矩來解釋。圖1表示兩個同心圓柱面，圓柱孔的內表面和圓柱體的外表面都是兩極磁場。取兩個異性磁極正好對齊的位置為磁場夾角θ的零值，內圓柱體所受力矩為T。根據(jù)磁極間同性相斥、異性相吸的原理可以看出，只要兩個表面的磁極不是正好對齊，兩表面間就存在相互作用力矩T。T是θ的周期函數(shù)，周期是360°。根據(jù)傅立葉級數(shù)理論，可將T寫成θ的一系列正弦函數(shù)之和，其中基波為：
1、電動機工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機轉動。電動機是把電能轉換成機械能的一種設備。
2、它是利用通電線圈產生旋轉磁場并作用于轉子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉扭矩。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機。
3、各種電動機中應用最廣的是交流異步電動機(又稱感應電動機)。它使用方便、運行可靠、價格低廉、結構牢固，但功率因數(shù)較低，調速也較困難。大容量低轉速的動力機常用同步電動機(見同步電機)。
4、同步電動機不但功率因數(shù)高，而且其轉速與負載大小無關，只決定于電網頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調速的場合多用直流電動機。但它有換向器，結構復雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。
（來源：文章屋網 ）
關鍵詞技術現(xiàn)狀 工作原理 運行維護
中圖分類號：F407.6 文獻標識碼：A 文章編號：
一、電動機技術發(fā)展及現(xiàn)狀
在現(xiàn)代化生產過程控制中，電機是利用電磁感應原理工作的機械。隨著生產的發(fā)展而發(fā)展的，現(xiàn)有的國產大流量電動執(zhí)行機構存在著控制手段落后、機械傳動機構多、結構復雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機構的全程運行速度取決于其電機的輸出軸轉速和其內部減速齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調整，其通用性較弱。反過來，電機的發(fā)展又促進了社會生產力的不斷提高。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機，一個多世紀以來，雖然電機的基本結構變化不大，但是電機的類型增加了許多，在運行性能，經濟指標等方面也都有了很大的改進和提高，而且隨著自動控制系統(tǒng)和計算機技術的發(fā)展，在一般旋轉電機的理論基礎上又發(fā)展出許多種類的控制電機，控制電機具有高可靠性﹑好精確度﹑快速響應的特點，已成為電機學科的一個獨立分支。
它應用廣泛，種類繁多。性能各異，分類方法也很多。電機常用的分類方法主要有兩種：一種是按功能用途分，可分為發(fā)電機﹑電動機，﹑壓器和控制電機四大類。電動機的功能是將電能轉換成機械能，它可以作為拖動各種生產機械的動力，是國民經濟各部門應用最多的動力機械，也是最主要的用電設備，各種電動機消耗的電能占全國總發(fā)電量的60%~70%。另一種分類方法是按照電機的結構或轉速分類,可分為變壓器和旋轉電機.根據(jù)電源電流的不同旋轉電機又分為直流電機和交流電機兩大類.交流電機又分為同步電機和異步電機.
在現(xiàn)代化工業(yè)生產過程中，為了實現(xiàn)各種生產工藝過程，需要各種各樣的生產機械。拖動各種生產機械運轉，可以采用氣動，液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單﹑調節(jié)性能好﹑耗損小﹑經濟，能實現(xiàn)遠距離控制和自動控制等一系列優(yōu)點，因此大多數(shù)生產機械都采用電力拖動。
按照電動機的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)兩大類。
縱觀電力拖動的發(fā)展過程，交，直流兩種拖動方式并存于各個生產領域。在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式，19世紀末期，由于研制出了經濟實用的交流電動機，致使交流電力拖動在工業(yè)中得到了廣泛的應用，但隨著生產技術的發(fā)展，特別是精密機械加工與冶金工業(yè)生產過程的進步，對電力拖動在起動，制動，正反轉以及調速精度與范圍等靜態(tài)特性和動態(tài)響應方面提出了新的，更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術上難以實現(xiàn)這些要求，所以20世紀以來，在可逆，可調速與高精度的拖動技術領域中，相當時期內幾乎都是采用直流電力拖動，而交流電力拖動則主要用于恒轉速系統(tǒng)。
雖然直流電動機具有調速性能優(yōu)異這一突出特點，但是由于它具有電刷與換向器（又稱整流子），使得他的故障率較高，電動機的使用環(huán)境也受到了限制（如不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用），其電壓等級，額定轉速，單機容量的發(fā)展也受到了限制。所以，在20世紀60年代以后，隨著電力電子技術的發(fā)展，半導體交流技術的交流技術的交流調速系統(tǒng)得以實現(xiàn)。尤其是70年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術的發(fā)展，為交流電力拖動的廣泛應用創(chuàng)造了有利條件。諸如交流電動機的串級調速，各種類型的變頻調速，無換向器電動機調速等，使得交流電力拖動逐步具備了調速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)響應快以及在四象限做可逆運行等良好的技術性能，在調速性能方面完全可與直流電力拖動媲美。除此之外，由于交流電力拖動具有調速性能優(yōu)良，維修費用低等優(yōu)點，因此它今后將廣泛應用于各個工業(yè)電氣自動化領域中，并逐步取代直流電力拖動而成為電力拖動的主流。
關鍵詞：三相異步電動機 調速
根據(jù)轉速公式n=n0（1-s）=60f1（1-s）/p，我們可以很直觀地看出交流電動機調速可以采用變極調速、變頻調速和改變轉差率調速等三種基本調速方法。
一、改變定子極對數(shù)p調速
在電源頻率f1不變的條件下，改變電動機的磁極對數(shù)，電動機的同步轉速n1就會發(fā)生變化。改變極對數(shù)的方法有兩種：一是可以在定子鐵芯槽內嵌放兩套不同極數(shù)的三相繞組（這種方法很不經濟）；二是利用改變定子繞組的接法來改變極對數(shù)達到調速目的。要注意的是，在改變電動機定子極數(shù)的同時，必須改變轉子的極數(shù)。以雙速電動機/YY接法為例，如下圖所示。
a）
低速時繞組接法 高速時繞組接法
b）
圖
從定子繞組接法變?yōu)閅Y接法，磁極對數(shù)從p=2變?yōu)閜=1。電動機轉速1500r/min，改變極對數(shù)后，轉速變?yōu)樵瓉淼膬杀叮?000r/min）。
本方法適用于籠型異步電動機，既可以應用于恒轉矩負載，又可以應用于恒功率負載，其特點是：平滑性差、具有較好的機械特性，穩(wěn)定性較好，應用于不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。
二、調轉差率調速
1.籠型異步電動機的定子調壓法和電磁調速法
（1）定子調壓調速。當改變電動機的定子電壓時，電動機的同步轉速和臨界轉差率均不變，但電動機的最大電磁轉矩和啟動轉矩均隨電壓的平方減小，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉速。調壓調速可以使通風機負載在非線性區(qū)穩(wěn)定運行。其特點是：這種方法既非恒轉矩調速，也非恒功率調速，最適用于轉矩隨轉速降低而減小的負載。
（2）電磁調速法。電磁調速法是用電磁調速電動機（也叫轉差電動機或電磁離合器）進行調速。電磁調速電動機由籠型電動機、電磁轉差離合器和直流勵磁電源（控制器）三部分組成。其特點是機械特性很軟，調速性能很差。
2.繞行異步電動機的轉子回路串電阻法與回路串電動勢法
（1）轉子回路串接電阻。這是改變電動機轉差率S進行調速的方法之一，只能適用于繞線轉子異步電動機。在轉子回路串入附加電阻增加轉差功率，以發(fā)熱的形式消耗在附加電阻上，它屬于轉差功率消耗型調速方法。串接的電阻形式有水電阻、金屬電阻與頻敏電阻。其特點是不能無極調速，并且浪費電能。
（2）串級調速。在轉子回路中串入附加電動勢，這種方法稱為串級調速。這種方法，因串入附加電動勢而增加轉差功率，回饋給電網或者回饋到電動機軸上，因此屬于轉差功率回饋型調速方法。串級調速可實現(xiàn)恒磁通（即恒轉矩）的高效率的無級調速。
三、變頻調速方法
變頻調速反應的是U1與f1的關系，通常分為恒轉矩變頻調速和恒功率變頻調速。
1.恒轉矩變頻調速
恒轉矩變頻調速是指在基頻以下調速，U1/f1=常數(shù)。根據(jù)U1≈E1=4.44f1N1kΦm，在恒轉矩負載下，過載能力λm不變主磁通Φm不變最大轉矩TM不變。
2.恒功率變頻調速
