我們說到“電機(jī)控制”指的是什么？

      當(dāng)我們說到電機(jī)控制的時(shí)到底指的是什么呢？今天在這里和大家探討一下。

      以異步電機(jī)來說，比如給你一個(gè)三相異步電機(jī)，我們能如何控制它呢？要想控制它按照你的要求工作，我們需要學(xué)習(xí)和掌握哪些知識(shí)呢？

第一步:“動(dòng)起來”——啟動(dòng)

      相信大家的第一感覺都一樣，甭管后續(xù)怎么控制，先讓它轉(zhuǎn)起來再說。那要想讓他轉(zhuǎn)起來，該怎么做呢？

      想到咱們電氣工程專業(yè)有本“天書”叫做《電機(jī)學(xué)》。（http://vdisk.weibo.com/s/djwq4HeGfFzEJ），那里頭講過三相異步電機(jī)的知識(shí)。首要任務(wù)是接線問題，你要確定是用星形接法還是三角形接法。

上圖中的U1，V1，W1表示三相電源接線端。

      至于說兩種解法選哪個(gè)，請(qǐng)考：http://www.ad.siemens.com.cn/service/answer/solution.aspx?Q_ID=74681&cid=1157

      假設(shè)我們這里選用了星型接法，然后你就需要把三相電源線依次接到你的電機(jī)接線盒的三個(gè)接線端子上。為了安全和容易操作（防觸電），我們?cè)谌嚯娫淳€和電機(jī)之間接上一個(gè)空氣開關(guān)，這里的開關(guān)具體型號(hào)需要根據(jù)你的電機(jī)參數(shù)（電壓，功率）來定。接好線后，當(dāng)你把空氣開關(guān)由OFF打到ON的時(shí)候，電機(jī)此時(shí)就轉(zhuǎn)了起來。


第二步:“正反轉(zhuǎn)”——換向

      OK，電機(jī)雖然轉(zhuǎn)了起來，但此時(shí)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)都是隨機(jī)的，當(dāng)你把三相電源線接好以后，電機(jī)的轉(zhuǎn)向也就確定了。但是就電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向這個(gè)參數(shù)來說，我們此時(shí)并沒有沒有控制到。那我們就要想辦法讓它按照你的要求方向轉(zhuǎn)！

還是回到《電機(jī)學(xué)》課本，我們知道：

      三相交流異步電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向就是改變電機(jī)繞組的相序。具體的方法是：
      1.把電源或者總空開處的三根電源線A、B、C中的任意兩根對(duì)調(diào)。例如：A與B對(duì)調(diào)；或者A與C對(duì)調(diào)或者B與C對(duì)調(diào)。
      2.還可以在主回路的熱繼電器出線端（或者啟動(dòng)柜端子排上），把進(jìn)電機(jī)的三根線中的兩根對(duì)調(diào)。
      3.還可以在電機(jī)接線盒中把三根線中的兩根對(duì)調(diào)。
以上介紹的方法，你可以選擇一種最方便的來改動(dòng)。
      好的，按照第三條的方法，我們驗(yàn)證一下，將電機(jī)接線盒的三個(gè)接線端任意兩個(gè)換一下試試效果，方法有效，可以改變方向。但是，這樣的操作方式是一個(gè)手工操作的笨辦法，工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中不可能讓你停下來去改接線，那就要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
      好了，有了這個(gè)目標(biāo)，加上我們知道改變轉(zhuǎn)向就是改變電機(jī)繞組的相序。那我們就用控制器來實(shí)現(xiàn)。我們電氣專業(yè)還有一門可編程邏輯器件或者說類似的課程，就教過用PLC如何控制電機(jī)。其實(shí)現(xiàn)在大多數(shù)工廠里控制電機(jī)主要也是用PLC控制，因?yàn)镻LC皮實(shí)，扛揍。那我們就用它來實(shí)現(xiàn)，控制原理圖如下：

      基本原理就是換相序，當(dāng)KM1常開觸點(diǎn)閉合的時(shí)候，電機(jī)的繞組相序是：A,B,C。當(dāng)KM2常開觸點(diǎn)的時(shí)候，電機(jī)的繞組相序是：C,B,A。然后在PLC的編程軟件里寫上兩三條語句就可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)自動(dòng)控制，也就不用人為去改接線了。

第三步:“快轉(zhuǎn)or慢轉(zhuǎn)？”——調(diào)速

      解決了前面兩步，接下來就要解決電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的問題，也就是電機(jī)的調(diào)速問題。由《電機(jī)學(xué)》我們知道，三相異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_{s}=\frac{60f}{p} ,p是電機(jī)極對(duì)數(shù)。50Hz電源下，4極電機(jī)應(yīng)該是1500轉(zhuǎn)，2極電機(jī)是3000轉(zhuǎn)。由于異步電機(jī)有轉(zhuǎn)差率，電機(jī)實(shí)際速度都是小于同步轉(zhuǎn)速的，如下圖：

      三相異步電機(jī)調(diào)速方法有很多，各自也有各自的適用場(chǎng)合和優(yōu)缺點(diǎn)。

      現(xiàn)在用的最多的是交直交變頻調(diào)速。什么是交直交變頻調(diào)速呢？這就得說到另一門課程《電力電子技術(shù)》了。

      交流電轉(zhuǎn)成直流電叫做整流，直流電變成交流電叫逆變，一般常用電壓源型交直交變頻器。交直交變頻原理何在呢？

      總之就是根據(jù)上面那個(gè)公式而來，至于這個(gè)式子怎么來的可能你還需要復(fù)習(xí)一下《電路原理》。至于說電機(jī)在額定頻率以下恒轉(zhuǎn)矩控制，額定頻率以上恒功率控制等等這些也都是老生常談的問題了，這里我也不多說了。目前市面上賣的三相交流電機(jī)的變頻器也很多，調(diào)速已經(jīng)不是問題。？

第四步: 調(diào)速進(jìn)階——大新聞

      人的欲望是無限的，電機(jī)控制行業(yè)也是。變頻交流調(diào)速雖然一定程度上實(shí)現(xiàn)了異步電機(jī)無級(jí)高效的調(diào)速，但是我們這些個(gè)同行是不滿足的。一想到看看別人家的孩子怎么怎么樣好，當(dāng)然這里別人家的孩子指的是直流電機(jī)。就覺得不行，我們要追（模）趕（仿）它們，我們要超越他們！

      我們要用高大上的自動(dòng)控制理論！我們要用單片機(jī)，要用DSP！我們要用傳感器！我們要仿真！我們要整流和逆變！我們要上天。。。。。！

      就這樣，時(shí)間悄然來到了1973年，“異步派”的代表人物德國(guó)的F.Blaschke搞了個(gè)大新聞。提出了矢量變換控制（西門子）。他參照直流電機(jī)中勵(lì)磁磁場(chǎng)（磁化電流）、電樞磁場(chǎng)（電樞電流）空間相互垂直、沒有耦合、可分別控制的原理，將之遷移到異步電機(jī)上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)（瞬時(shí)）控制機(jī)理，完成了一次逆襲。從此異步電機(jī)的地位蒸蒸日上，直流電機(jī)岌岌可危。

      就這樣矢量控制實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)的解耦控制，獲得了如同直流機(jī)的良好靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速性能，開創(chuàng)了交流電機(jī)高性能控制的新時(shí)代。大家歡欣雀躍。

      時(shí)間匆匆流逝，在西門子靠著矢量控制統(tǒng)治的這十幾年里，別的一些電氣巨頭們也都默默的憋著一口氣。終于在1985年又是德國(guó)人Depenbrock搞了第二個(gè)大新聞。提出了直接轉(zhuǎn)矩控制（被ABB買去專利）。也不知道廣大記者同志們當(dāng)時(shí)有沒有跟上。。。

      他將電機(jī)與逆變器作為整體考慮，采用電壓空間矢量方法在定子坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行磁通、轉(zhuǎn)矩的計(jì)算和控制，通過電壓空間矢量PWM逆變器的開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)磁鏈自控制和轉(zhuǎn)矩自控制，獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。無需進(jìn)行定子電流解耦的復(fù)雜坐標(biāo)變換，直接采用電壓矢量控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

      隨話說得好，一山容不得二虎，兩家的矛盾打開始就產(chǎn)生了，你看：

      你矢量控制基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，那我就基于定子磁場(chǎng)定向；

      你矢量控制用坐標(biāo)變換，那我就不用那些玩意。

      你矢量控制用連續(xù)PI控制器，那我就用離散滯環(huán)控制器；

      你矢量控制用。。。。。，那我就用。。。。

      從此西門子和ABB在變頻器這塊算是杠上了。

      直到今天。。。。。。


總結(jié)：

      至此，可以說異步電機(jī)的控制大廈基本完成，后來者主要開始著眼于：

      以前測(cè)速要傳感器，現(xiàn)在不要傳感器！

      以前推導(dǎo)公式用模型，現(xiàn)在不要模型！

      以前控制用PID，現(xiàn)在控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊控制。。。。。等等


      歷史浪花一朵朵，而我們的電機(jī)控制也走過了從古典控制到現(xiàn)代控制的百年歷程。最后用首歌詞做結(jié)尾：

      暗淡了刀光劍影；遠(yuǎn)去了鼓角錚鳴；眼前飛揚(yáng)著一個(gè)個(gè)鮮活的面容；

      湮沒了黃塵古道；荒蕪了烽火邊城；歲月啊你帶不走那一串串熟悉的姓名；

      歷史的天空閃爍幾顆星；

      人間一股英雄氣在馳騁縱橫；  《歷史的天空》——毛阿敏

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