浅析电机拖动原理与方式及控制中的注意事项

孙定霞

摘 要：电机拖动技术分为直流电机拖动和交流电机拖动2种。过去，高性能拖动系统常用直流电机拖动技术。近年来，随着电力电子技术的进步，交流电机拖动实现了技术上的革新，性能开始优于直流拖动技术，实现了在高性能拖动领域的广泛应用。主要介绍了电机拖动技术的原理及电机选择的方式，并探讨了电机拖动控制中应当注意的问题。

关键词：交流电机；直流电机；拖动原理；拖动方式

中图分类号：TM921 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.113

基于电磁感应原理，电机能够实现电能向机械能或机械能向电能的转换，从而满足不同类型的生产需要。电机及电机拖动技术对人们的生活产生深刻影响，其不仅服务于大型工厂的生产，同时也在厨房用具、电梯等生活设施中得到应用，因此研究电机拖动及控制技术对社会的发展具有重要的现实意义。

1 电机拖动原理及拖动方式

1.1 电机拖动原理

电机拖动指的是利用电动机带动机械设备按照规定的路线运转，从而完成既定的生产任务和工作。具体连接方式如图1所示。

图1 电机拖动系统图

在交流电机拖动技术中，电动机主要使用三相异步电机。电动机由定子、定子绕组、转子（分为绕线式转子或鼠笼式转子）、机座组成。三相异步电机拖动的工作过程如下：首先向三相绕组中通入对称的三相电流，三相电流变化产生旋转磁场，磁感线切割转子，产生电磁感应现象，转子绕组中产生电势差和电流，同时在磁场中电磁力的作用下旋转起来，进而通过传动装置带动机械负载运动。

1.2 电机拖动方式

1.2.1 直流电机拖动方式

直流电动机具有良好的起动、制动性能，过去在高性能可调速电力拖动领域应用广泛。直流电动机的转速同电压、回路电压以及磁通有关，因此改变这三者其一就可以达到调速的目的。但在实际生产中，主要使用改变电阻大小的方式实现调速。直流电机拖动方式具有很明显的调速优势，能够满足大部分的拖动控制要求，同时也能够实现逆变控制，具有良好的节能性能。但是由于其结构较为复杂，运行维护比较困难，因此随着交流电机拖动技术的发展，逐渐退出历史舞台。

1.2.2 交流电机拖动方式

目前，先进的交流电机同样能够实现变速调节。异步交流电机的调速系统分为以下3类：①转差功率消耗型调速系统。该类型的调速系统通过增减转差功率来实现转速的调节，消耗的转差功率将以热能的形式消散，因此会增加系统温度，同时调速的效率也比较低。②转差功率回馈型调速系统。该系统中，转差功率除了消耗外，主要以能量的形式返回电网或转化为机械能并被利用，需要的转速越低，回收的能量就越多。③转差功率不变型调速系统。该类型的调速系统不论转速如何变化，系统消耗的功率基本不变，因此内部效率最高，应用也最为广泛，能够控制多种复杂结构的电路。

2 电力拖动系统中电动机的选择

目前，我国三相异步电机的使用十分广泛，装机容量已经超过3×108 kW，同时由于电动机选型上的不合理，电力拖动系统浪费了大量的电力资源，造成了严重的经济损失。因此，需要重视电动机类型、运行方式、额定功率、额定转速的选择，以使电动机在稳定、高效、低损耗的状态下运行，提高综合效益。

要正确选择电动机容量。如果电动机的容量过大，在满足既定功率的前提下，电动机的效率无法保持在较高水平，造成容量的浪费；如果电动机容量过小，那么为了满足功率要求，电动机需要超负荷运行，导致电机过热，寿命降低。因此，必须选择合适的单机型号，以保证电机容量能够得到充分利用。在荷载恒定的情况下，选择容量等于或略大于负载容量的电动机即可，并且不需要进行发热校验。在变负荷情况下，容量选择在最大负荷和最小负荷容量之间，同时要保证发热在合理的范围内。

电动机发热及升温是影响电动机额定功率的主要因素。发热和升温会造成电动机的损耗，而损耗的结果是电动机发热越来越严重，从而加快了与发热部件接触的绝缘材料的老化速度，使发电机的绝缘强度和机械效率下降，使用寿命缩短。一般电动机铭牌上会标注绝缘材料最高允许温度与40 ℃的差值，称之为“额定温差”。除了要注意电动机发热升温外，在选择电动机时还要考虑电动机的过载能力，因为短时过载也会对电动机额定功率产生影响。

选择电动机要从直流交流、机械性能、调速与气动性能、价格等多方面综合考虑。目前较为常用的电动机为三相鼠笼型异步发电机，它具有结构简单、制造容易、成本低、运行维护方便等优点。但是由于调速性能存在缺陷，因此主要应用在没有变速要求的场所，例如作为水泵站的动力机械。在起重设备、卷扬机等对变速有要求的设备中使用的电动机主要为绕线型发电机，它能够在电源容量较小的情况下提供较大的功率，同时能够较好地满足运行过程中的变速要求。

3 电机拖动控制中需要注意的事项

3.1 机械性能与工作机械特性的结合

电动机固有的机械特性指的是电动机在额定电流和额定频率下，按照规定方法接线，同时定子和转子外界电阻为零时，转速同电磁转矩的关系。当然，使用者也会为了获得某些功能而改变电动机的部分参数，使其获得人为机械特性。

在电机拖动系统中，电动机同传动装置连接，为了提高系统运行的稳定性，必须保证发动机与工作机械机械性能的协调统一。只有这样，才能使系统以稳定的速度运转，同时当系统受到外部干扰因素的影响转速发生变化后能够尽快消除干扰并继续维持原有的转速。

3.2 直流电动機的电流换向问题

在直流电动机中，换向指的是直流电机的电枢绕组元件从一条支路经过电刷到另一条支路。该元件电流从一个方向变换为另一个方向。元件从开始换向到换向结束所用的时间成为换向周期，通常只有千分之几秒，换向是直流电机电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历的过程，格外重要。在直流电机中，换向问题十分复杂，换向不良可能会导致电刷与换向片之间产生火花，严重时可能会损坏电机元件，影响电动机的正常使用。为了消除换向问题带来的安全隐患，需要委派人员看守并定时调控。由此可见，直流电机的运行可靠性并不尽如人意。目前，为了改善换向问题，采取了安装换向极、调整电刷位置、增加换向回路电阻、安装防止环火的补偿绕组的方法，减少了换向元件的电抗电动势和电枢反应电动势，降低了出现电火花的可能。

3.3 电机与变频器相连的注意事项

电机与变频器相连首先要注意连接是否正确，同时要安装熔断器，保证电机过载时能够及时断开，避免对电机和变频器造成损坏。为了保证电机安全，变频器运行期间必须接地，同时保证电源电压正确匹配，不能将变频器接到高电压电源上。另外，还要保证电机电缆的长度足够长，在变频器允许的范围内。

4 结束语

电机拖动分为直流电机拖动和交流电机拖动2种，两种技术各具优势，并应用在不同的技术领域。未来，随着电子电力技术的发展，这2种技术的性能将得到进一步提高，为我国制造业的发展注入充足的活力。

参考文献

[1]郇志军.电机拖动控制中应注意的问题[J].魅力中国，2013（13）：387-388.

[2]张西京.浅谈电机拖动控制中的注意事项[J].科技致富向导，2012（15）：196.

〔编辑：刘晓芳〕