淺析電機拖動原理與方式及控制中的注意事項

孫定霞

摘 要：電機拖動技術分為直流電機拖動和交流電機拖動2種。過去，高性能拖動系統常用直流電機拖動技術。近年來，隨著電力電子技術的進步，交流電機拖動實現了技術上的革新，性能開始優于直流拖動技術，實現了在高性能拖動領域的廣泛應用。主要介紹了電機拖動技術的原理及電機選擇的方式，并探討了電機拖動控制中應當注意的問題。

關鍵詞：交流電機；直流電機；拖動原理；拖動方式

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.113

基于電磁感應原理，電機能夠實現電能向機械能或機械能向電能的轉換，從而滿足不同類型的生產需要。電機及電機拖動技術對人們的生活產生深刻影響，其不僅服務于大型工廠的生產，同時也在廚房用具、電梯等生活設施中得到應用，因此研究電機拖動及控制技術對社會的發展具有重要的現實意義。

1 電機拖動原理及拖動方式

1.1 電機拖動原理

電機拖動指的是利用電動機帶動機械設備按照規定的路線運轉，從而完成既定的生產任務和工作。具體連接方式如圖1所示。

圖1 電機拖動系統圖

在交流電機拖動技術中，電動機主要使用三相異步電機。電動機由定子、定子繞組、轉子（分為繞線式轉子或鼠籠式轉子）、機座組成。三相異步電機拖動的工作過程如下：首先向三相繞組中通入對稱的三相電流，三相電流變化產生旋轉磁場，磁感線切割轉子，產生電磁感應現象，轉子繞組中產生電勢差和電流，同時在磁場中電磁力的作用下旋轉起來，進而通過傳動裝置帶動機械負載運動。

1.2 電機拖動方式

1.2.1 直流電機拖動方式

直流電動機具有良好的起動、制動性能，過去在高性能可調速電力拖動領域應用廣泛。直流電動機的轉速同電壓、回路電壓以及磁通有關，因此改變這三者其一就可以達到調速的目的。但在實際生產中，主要使用改變電阻大小的方式實現調速。直流電機拖動方式具有很明顯的調速優勢，能夠滿足大部分的拖動控制要求，同時也能夠實現逆變控制，具有良好的節能性能。但是由于其結構較為復雜，運行維護比較困難，因此隨著交流電機拖動技術的發展，逐漸退出歷史舞臺。

1.2.2 交流電機拖動方式

目前，先進的交流電機同樣能夠實現變速調節。異步交流電機的調速系統分為以下3類：①轉差功率消耗型調速系統。該類型的調速系統通過增減轉差功率來實現轉速的調節，消耗的轉差功率將以熱能的形式消散，因此會增加系統溫度，同時調速的效率也比較低。②轉差功率回饋型調速系統。該系統中，轉差功率除了消耗外，主要以能量的形式返回電網或轉化為機械能并被利用，需要的轉速越低，回收的能量就越多。③轉差功率不變型調速系統。該類型的調速系統不論轉速如何變化，系統消耗的功率基本不變，因此內部效率最高，應用也最為廣泛，能夠控制多種復雜結構的電路。

2 電力拖動系統中電動機的選擇

目前，我國三相異步電機的使用十分廣泛，裝機容量已經超過3×108 kW，同時由于電動機選型上的不合理，電力拖動系統浪費了大量的電力資源，造成了嚴重的經濟損失。因此，需要重視電動機類型、運行方式、額定功率、額定轉速的選擇，以使電動機在穩定、高效、低損耗的狀態下運行，提高綜合效益。

要正確選擇電動機容量。如果電動機的容量過大，在滿足既定功率的前提下，電動機的效率無法保持在較高水平，造成容量的浪費；如果電動機容量過小，那么為了滿足功率要求，電動機需要超負荷運行，導致電機過熱，壽命降低。因此，必須選擇合適的單機型號，以保證電機容量能夠得到充分利用。在荷載恒定的情況下，選擇容量等于或略大于負載容量的電動機即可，并且不需要進行發熱校驗。在變負荷情況下，容量選擇在最大負荷和最小負荷容量之間，同時要保證發熱在合理的范圍內。

電動機發熱及升溫是影響電動機額定功率的主要因素。發熱和升溫會造成電動機的損耗，而損耗的結果是電動機發熱越來越嚴重，從而加快了與發熱部件接觸的絕緣材料的老化速度，使發電機的絕緣強度和機械效率下降，使用壽命縮短。一般電動機銘牌上會標注絕緣材料最高允許溫度與40 ℃的差值，稱之為“額定溫差”。除了要注意電動機發熱升溫外，在選擇電動機時還要考慮電動機的過載能力，因為短時過載也會對電動機額定功率產生影響。

選擇電動機要從直流交流、機械性能、調速與氣動性能、價格等多方面綜合考慮。目前較為常用的電動機為三相鼠籠型異步發電機，它具有結構簡單、制造容易、成本低、運行維護方便等優點。但是由于調速性能存在缺陷，因此主要應用在沒有變速要求的場所，例如作為水泵站的動力機械。在起重設備、卷揚機等對變速有要求的設備中使用的電動機主要為繞線型發電機，它能夠在電源容量較小的情況下提供較大的功率，同時能夠較好地滿足運行過程中的變速要求。

3 電機拖動控制中需要注意的事項

3.1 機械性能與工作機械特性的結合

電動機固有的機械特性指的是電動機在額定電流和額定頻率下，按照規定方法接線，同時定子和轉子外界電阻為零時，轉速同電磁轉矩的關系。當然，使用者也會為了獲得某些功能而改變電動機的部分參數，使其獲得人為機械特性。

在電機拖動系統中，電動機同傳動裝置連接，為了提高系統運行的穩定性，必須保證發動機與工作機械機械性能的協調統一。只有這樣，才能使系統以穩定的速度運轉，同時當系統受到外部干擾因素的影響轉速發生變化后能夠盡快消除干擾并繼續維持原有的轉速。

3.2 直流電動機的電流換向問題

在直流電動機中，換向指的是直流電機的電樞繞組元件從一條支路經過電刷到另一條支路。該元件電流從一個方向變換為另一個方向。元件從開始換向到換向結束所用的時間成為換向周期，通常只有千分之幾秒，換向是直流電機電樞繞組每個元件在經過電刷時都要經歷的過程，格外重要。在直流電機中，換向問題十分復雜，換向不良可能會導致電刷與換向片之間產生火花，嚴重時可能會損壞電機元件，影響電動機的正常使用。為了消除換向問題帶來的安全隱患，需要委派人員看守并定時調控。由此可見，直流電機的運行可靠性并不盡如人意。目前，為了改善換向問題，采取了安裝換向極、調整電刷位置、增加換向回路電阻、安裝防止環火的補償繞組的方法，減少了換向元件的電抗電動勢和電樞反應電動勢，降低了出現電火花的可能。

3.3 電機與變頻器相連的注意事項

電機與變頻器相連首先要注意連接是否正確，同時要安裝熔斷器，保證電機過載時能夠及時斷開，避免對電機和變頻器造成損壞。為了保證電機安全，變頻器運行期間必須接地，同時保證電源電壓正確匹配，不能將變頻器接到高電壓電源上。另外，還要保證電機電纜的長度足夠長，在變頻器允許的范圍內。

4 結束語

電機拖動分為直流電機拖動和交流電機拖動2種，兩種技術各具優勢，并應用在不同的技術領域。未來，隨著電子電力技術的發展，這2種技術的性能將得到進一步提高，為我國制造業的發展注入充足的活力。

參考文獻

[1]郇志軍.電機拖動控制中應注意的問題[J].魅力中國，2013（13）：387-388.

[2]張西京.淺談電機拖動控制中的注意事項[J].科技致富向導，2012（15）：196.

〔編輯：劉曉芳〕