我們說(shuō)到“電機控制”指的是什么？

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

      以異步電機來(lái)說(shuō)，比如給你一個(gè)三相異步電機，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)習和掌握哪些知識呢？

第一步:“動(dòng)起來(lái)”——啟動(dòng)

      相信大家的第一感覺(jué)都一樣，甭管后續怎么控制，先讓它轉起來(lái)再說(shuō)。那要想讓他轉起來(lái)，該怎么做呢？

      想到咱們電氣工程專(zhuān)業(yè)有本“天書(shū)”叫做《電機學(xué)》。（http://vdisk.weibo.com/s/djwq4HeGfFzEJ），那里頭講過(guò)三相異步電機的知識。首要任務(wù)是接線(xiàn)問(wèn)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(xiàn)端。

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

      假設我們這里選用了星型接法，然后你就需要把三相電源線(xiàn)依次接到你的電機接線(xiàn)盒的三個(gè)接線(xiàn)端子上。為了安全和容易操作（防觸電），我們在三相電源線(xiàn)和電機之間接上一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)，這里的開(kāi)關(guān)具體型號需要根據你的電機參數（電壓，功率）來(lái)定。接好線(xiàn)后，當你把空氣開(kāi)關(guān)由OFF打到ON的時(shí)候，電機此時(shí)就轉了起來(lái)。


第二步:“正反轉”——換向

      OK，電機雖然轉了起來(lái)，但此時(shí)電機的正轉或反轉都是隨機的，當你把三相電源線(xiàn)接好以后，電機的轉向也就確定了。但是就電動(dòng)機轉向這個(gè)參數來(lái)說(shuō)，我們此時(shí)并沒(méi)有沒(méi)有控制到。那我們就要想辦法讓它按照你的要求方向轉！

還是回到《電機學(xué)》課本，我們知道：

      三相交流異步電動(dòng)機改變轉向就是改變電機繞組的相序。具體的方法是：
      1.把電源或者總空開(kāi)處的三根電源線(xiàn)A、B、C中的任意兩根對調。例如：A與B對調；或者A與C對調或者B與C對調。
      2.還可以在主回路的熱繼電器出線(xiàn)端（或者啟動(dòng)柜端子排上），把進(jìn)電機的三根線(xiàn)中的兩根對調。
      3.還可以在電機接線(xiàn)盒中把三根線(xiàn)中的兩根對調。
以上介紹的方法，你可以選擇一種最方便的來(lái)改動(dòng)。
      好的，按照第三條的方法，我們驗證一下，將電機接線(xiàn)盒的三個(gè)接線(xiàn)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(guò)程中不可能讓你停下來(lái)去改接線(xiàn)，那就要實(shí)現自動(dòng)控制。
      好了，有了這個(gè)目標，加上我們知道改變轉向就是改變電機繞組的相序。那我們就用控制器來(lái)實(shí)現。我們電氣專(zhuān)業(yè)還有一門(mén)可編程邏輯器件或者說(shuō)類(lèi)似的課程，就教過(guò)用PLC如何控制電機。其實(shí)現在大多數工廠(chǎng)里控制電機主要也是用PLC控制，因為PLC皮實(shí)，扛揍。那我們就用它來(lái)實(shí)現，控制原理圖如下：

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

第三步:“快轉or慢轉？”——調速

      解決了前面兩步，接下來(lái)就要解決電機轉動(dòng)快慢的問(wèn)題，也就是電機的調速問(wèn)題。由《電機學(xué)》我們知道，三相異步電機的同步轉速n_{s}=\frac{60f}{p} ,p是電機極對數。50Hz電源下，4極電機應該是1500轉，2極電機是3000轉。由于異步電機有轉差率，電機實(shí)際速度都是小于同步轉速的，如下圖：

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

      現在用的最多的是交直交變頻調速。什么是交直交變頻調速呢？這就得說(shuō)到另一門(mén)課程《電力電子技術(shù)》了。

      交流電轉成直流電叫做整流，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？

      總之就是根據上面那個(gè)公式而來(lái)，至于這個(gè)式子怎么來(lái)的可能你還需要復習一下《電路原理》。至于說(shuō)電機在額定頻率以下恒轉矩控制，額定頻率以上恒功率控制等等這些也都是老生常談的問(wèn)題了，這里我也不多說(shuō)了。目前市面上賣(mài)的三相交流電機的變頻器也很多，調速已經(jīng)不是問(wèn)題。？

第四步: 調速進(jìn)階——大新聞

      人的欲望是無(wú)限的，電機控制行業(yè)也是。變頻交流調速雖然一定程度上實(shí)現了異步電機無(wú)級高效的調速，但是我們這些個(gè)同行是不滿(mǎn)足的。一想到看看別人家的孩子怎么怎么樣好，當然這里別人家的孩子指的是直流電機。就覺(jué)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，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(lái)到了1973年，“異步派”的代表人物德國的F.Blaschke搞了個(gè)大新聞。提出了矢量變換控制（西門(mén)子）。他參照直流電機中勵磁磁場(chǎng)（磁化電流）、電樞磁場(chǎng)（電樞電流）空間相互垂直、沒(méi)有耦合、可分別控制的原理，將之遷移到異步電機上，進(jìn)而實(shí)現轉矩的動(dòng)態(tài)（瞬時(shí)）控制機理，完成了一次逆襲。從此異步電機的地位蒸蒸日上，直流電機岌岌可危。

      就這樣矢量控制實(shí)現了交流電機的解耦控制，獲得了如同直流機的良好靜、動(dòng)態(tài)調速性能，開(kāi)創(chuàng )了交流電機高性能控制的新時(shí)代。大家歡欣雀躍。

      時(shí)間匆匆流逝，在西門(mén)子靠著(zhù)矢量控制統治的這十幾年里，別的一些電氣巨頭們也都默默的憋著(zhù)一口氣。終于在1985年又是德國人Depenbrock搞了第二個(gè)大新聞。提出了直接轉矩控制（被ABB買(mǎi)去專(zhuān)利）。也不知道廣大記者同志們當時(shí)有沒(méi)有跟上。。。

      他將電機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系內進(jìn)行磁通、轉矩的計算和控制，通過(guò)電壓空間矢量PWM逆變器的開(kāi)關(guān)切換實(shí)現磁鏈自控制和轉矩自控制，獲得快速的轉矩響應。無(wú)需進(jìn)行定子電流解耦的復雜坐標變換，直接采用電壓矢量控制磁鏈和轉矩，控制系統簡(jiǎn)單。

      隨話(huà)說(shuō)得好，一山容不得二虎，兩家的矛盾打開(kāi)始就產(chǎn)生了，你看：

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

      你矢量控制用坐標變換，那我就不用那些玩意。

      你矢量控制用連續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(mén)子和ABB在變頻器這塊算是杠上了。

      直到今天。。。。。。


總結：

      至此，可以說(shuō)異步電機的控制大廈基本完成，后來(lái)者主要開(kāi)始著(zhù)眼于：

      以前測速要傳感器，現在不要傳感器！

      以前推導公式用模型，現在不要模型！

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


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

      暗淡了刀光劍影；遠去了鼓角錚鳴；眼前飛揚著(zhù)一個(gè)個(gè)鮮活的面容；

      湮沒(méi)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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