电机控制范文
时间：2023-03-16 06:10:31
电机控制范文第1篇
[关键词]plc变频调速器多电机控制网络通讯协议
一、引言
以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例，一般的系统构成如图1所示。
工作时操作人员通过控制机（可为plc或工业pc）设定比例运行参数，然后控制机通过d/a转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多，电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线，一方面电机数目较多，另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低；同时大量d/a转换模件使系统成本增加。为此我们提出了plc与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强，尤其适合远距离，多电机控制。
二、系统硬件构成
系统硬件结构如图2所示，主要由下列组件构成；
1、fx0n—24mr为plc基本单元，执行系统及用户软件，是系统的核心。
2、fx0n—485adp为fx0n系统plc的通讯适配器，该模块的主要作用是在计算机—plc通讯系统中作为子站接受计算机发给plc的信息或在多plc构成n:n网络时作为网络适配器，一般只作为规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上，将其作为通讯主站使用，完成变频调速器控制信号的发送。
3、fr—cu03为fr—a044系列比例调速器的计算机连接单元，符合rs—422/rs—485通讯规范，用于实现计算机与多台变频调速器的连网。通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制（如启动、停止、运行频率设定）、参数设定和状态监控等功能，是变频器的网络接口。
4、fr—a044变频调查器，实现电机调速。
在1:n（本文中为1:3）多分支通讯网络中，每个变频器为一个子站，每个子站均有一个站号，事先由参数设定单元设定。工作过程中，plc通过fx0n—485adp发有关命令信息后，各个子站均收到该信息，然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息；若不一致则放弃该信息的处理，这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。
三、软件设计
1、通讯协议
fr—cu03规定计算机与变频器的通讯过程如图3所示，
该过程最多分5个阶段。?、计算机发出通讯请求；?、变频器处理等待；?、变频器作出应答；?、计算机处理等待；?、计算机作出应答。根据不同的通讯要求完成相应的过程，如写变频器启停控制命令时完成?~?三个过程；监视变频器运行频率时完成?~?五个过程。不论是写数据还是读数据，均有计算机发出请求，变频器只是被动接受请求并作出应答。每个阶段的数据格式均有差别。图4分别为写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。
2、plc编程
要实现对变频器的控制，必须对plc进行编程，通过程序实现plc与变频器信息交换的控制。plc程序应完成fx0n—485adp通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。plc梯形图程序（部分程序）如图5所示。
程序中通讯发送缓冲区为d127~d149；接受缓冲区为d150~d160。电机1启动、停止分别由x0的上升、下降沿控制；电机2启动、停止分别由x1的上升、下降沿控制；电机3启动、停止分别由x2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲m8002初始化fx0n—485adp的通讯协议；然后进行启动、停止信号的处理。以电机1启动为例，x0的上升沿m50吸合，变频器1的站号送入d130，运行命令字送入d135，enq、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入d131、d132、d133；接着求校验和并送入d136、d137；最后置m8122允许rs指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息，此信息fx0n—485adp收到后置m8132，plc根据情况作出相应处理后结束程序。
四、结语
1、实际使用表明，该方案能够实现plc通过网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控。
2、该系统最多可控制变频调速器32台，最大距离500m。
3、控制多台变频器，成本明显低于d/a控制方式。
电机控制范文第2篇
《电机与控制应用》（CN：31-1959/TM）是一本有较高学术价值的大型月刊，自创刊以来，选题新奇而不失报道广度，服务大众而不失理论高度。颇受业界和广大读者的关注和好评。
《电机与控制应用》为电机行业的技术性刊物。刊登电机研究、设计、工艺制造技术及电机应用技术方面的论文，报道国内外动态与信息。主要栏目有研究与设计、控制与保护、工艺与材料、测试与试验、运行与维修、国外信息等。
电机控制范文第3篇
关键词 单片机；步进电机；控制
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）021-092-01
这里采用常见的永磁式步进电机，演示如何使用单片机进行步进电机的控制。这里需要实现的主要功能是：
1）系统上电后，电机不会转动，如果按下启动按钮时，电机就会以每分钟25转的速度进行旋转。
2）电机在运行的过程中，如果按下加1按钮，电机的旋转速度增加。
3）电机在运行的过程中，如果按下减1按钮，电机的旋转速度降低。
4）设定电机最高的旋转速度为100转/分，最低的旋转速度为25转/分。
5）电机在运行的过程中，按下停止按钮，电机停止旋转。
6）在数码管上把电机的旋转速度显示出来。
图1 电路图
下面介绍整个系统的设计。
1 电路图
这里采用AT89C51作为控制微处理器，整个系统的电路图，如图1所示。系统所使用的元器件列表，如表1所示。
型号为35BY38S03的步进电机在正常运转时的电压要求为12付，最大能够允许的电流为0.26安，我们可以用开路输出达林顿驱动器（ULN2003）当做整个系统的驱动，用P1.4～P1.7对线圈进行开合的控制。当整个系统通电时，P1.4～P1.7都设置高电平，步进电机这个时候不运转。如果按顺序把P1.4～P1.7切换到低电平的时候，就可以对步进电机进行驱动，使电机运转。在此要注意，同一时刻只能有一个输出引脚变为高电平。
如上所述，变化P1.4～P1.7轮流变低电平的时间就可以改变电机的旋转速度。在此我们用定时的方法来实现，下面我们来计算定时的时间。
按照上面的相关要求，步进电机最低的旋转速度为25转/分，而在此所用的步进电机的步距角是7.50度，也就是说48个脉冲电机就可以旋转1周。所以1200脉冲/分就能满足最低转速的要求，相当于50毫秒/脉冲。48000脉冲/分就能满足最高转速的要求，相当于12.5毫秒/脉冲。在系统中我们用的是11.0592 MHz的晶振，所以定时初值TH1和TL1可以根据定时时间算出。
2 程序设计
这里采用汇编语言编写程序，具体操作步骤如下。1）打开? Vision3。在? Vision3中，选择“Project”“New Project”命令，新建一个工程，并保存。
2）在弹出的选择器件对话框中选择Atmel公司的AT89C51。
3）单击“确定”，按钮，弹出“? Vision3”对话框。单击”是”按钮，完成工程的建立。
4）选择“File”“New”命令，新建一个程序文件，并保存为*.asm文件。在其中可以进行程序设计。本例中的主要代码示例如下：
5）程序编写完毕后，便可以进行编译。
3 程序分析
在主程序中主要执行的步骤如下。
1）首先初始化各变量，开中断，以及启动定时器，并且隐蔽掉显示器上的高三位，把用来驱动步进电机的各个引脚设置为高电平，步进电机不运转。
2）初始化完毕后，如果按下了按钮，一切指令根据键盘来处理，如果没有按下按钮就跳到下一步。
3）用BCD码代替电机的旋转速度，并且送入到显示的缓冲区。
4）判断Work State这个位变量，是“0”还是“1”。只有位变量是“1”的时候T1开启，其他的时候都是关闭；T1关闭时，将P1.4～P1.7均置高。
至此，主程序的所有工作就结束了。
定时器T1的中断服务程序用来进行步进电机的驱动。这里，在每次T1定时时间到达以后，需要将P1.4～P1.7依次接通，实现电机的转动。程序中使用变量LoopDJ，实现循环接通P1.4～P1.7的功能。
4 结束语
单片机对步进电机的控制需要各个环节的合理控制，程序的编写与分析是重中之重，希望我的文章可以帮助大家，不当之处敬请读者指正。
参考文献
[1]代子凤，吴锋.基于单片机的步进电机的驱动控制[J].机床电器，2009（06）.
[2]李晓贞，王福志，王忠举，张晓辉，朱志伟.基于单片机的步进电机调速研究[J].农业装备与车辆工程，2008（05）.
[3]陈石龙.基于单片机的步进电机控制系统[J].宁德师专学报（自然科学版），2009（01）.
作者简介
电机控制范文第4篇
关键词：步进电机；执行元件；计算机；发展
1步进电机原理及特征
1.1步进电机的目前发展情况
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号， 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”）， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量， 从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 从而达到调速的目的。在非超载的情况下， 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数， 而不受负载变化的影响， 即给电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域使用步进电机进行控制变得非常简单。步进电机可以作为一种控制用的特种电机， 利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。
1.2步进电机的特点
1.步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电， 而是按一定的规律轮流通电。 2.每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。 3.步进电机可以按特定指令进行角度控制， 也可以进行速度控制。角度控制时， 每输入一个脉冲， 定子绕组就换接一次， 输出轴就转过一个角度， 其步数与脉冲数一致， 输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时， 步进电机绕组中送入的是连续脉冲， 各相绕组不断地轮流通电， 步进电机连续动转， 它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序， 即改变定子磁场旋转方向， 就可以控制电机正转或是反转。
1.3步进电机的一些典型运用场合
①步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。基本上涉及到定位的场合都用得到。
②广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。
③步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。
目前用于电脑绣花机的步进电机多数为三相混合式步进电机，并采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。
1.4 步进电机的运转原理及结构
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
1.5 旋转
如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。
这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て，向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。
2电路设计分析
2.1 8253及8255驱动步进电机电路
①按图连接线路，利用8255 输出脉冲序列，开关K0～K6 控制步进电机转速，K7控制步进电机转向。8255 CS 接288H～28FH。PA0～PA3 接BA～BD；PC0～PC7 接K0～K7。
②编程：当K0～K6 中某一开关为“1”（向上拨）时步进电机启动，并且电机转动速度大小不同。K7 向上打电机正转，向下打电机反转。
2.2实验重要参数计算
由实际测试得，stepcount步数设定为约59步时。步进电机转动一圈。
由实验要求：先顺时针，每分钟6圈，转十分钟。约得stepcount=59*6*10=3540。
停止三秒：8086机器周期为1/5MHz.3s=1/5MHz*15*exp6即15M个机器周期的指令。
后逆时针，每分钟30圈，转十分钟。约得stepcount=59*30*10=17700。
2.3 实际问题及解决方法
①硬件连接及软件程序不够熟练，经多方面查资料，翻阅书籍，确定设计方案及硬件软件的具体设计内容。
②键盘及LED显示的控制不够理想，经程序的细心解读，最终达到了设计的目的。按10号键显示0。。。0030，按12号键显示1。。。0006，按14号键启动运行，按15号键停止运行。
③转速控制，开始不够精确。经反复测试，最终确定为59步每圈。并计算出6R/MIN，30R/MIN的设定步数。
3总结体会
首先，利用星研集成环境软件编辑并运行程序，在STAR ES598PCI实验仪上调试实验结果，分析实验程序及硬件电路；然后，在利用原有源程序进行实验时，电机的转速控制不是很明显，这就要求修改控制步速Takesetpcount的数值，及8253的分频数，以使电机转速达到6r/min和30r/min。其次，调节8259控制键盘及显示，最终达到实时显示转速及转动方向，并用键盘控制其启动与停止。由于步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步，所以希望清晰的看到电机的此特性。我们通过设定步速及转速，此时可以观测到电机的步进及转动一圈的步数。
参考文献
【1】王忠民，等。微型计算机原理（第二版）。西安：西安电子科技大学出版社，2007
【2】江晓安，董秀峰。模拟电子技术（第三版）。西安：西安电子科技大学出版社，2009
【3】李全利。单片机原理及接口技术。北京：高等教育出版社，2010
步进电机控制系统
韩 浩
（西安文理学院物理与机械电子工程系 陕西西安 710000）
摘要：步进电机作为执行元件， 是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民经济领域都有应用。
关键词：步进电机；执行元件；计算机；发展
1步进电机原理及特征
1.1步进电机的目前发展情况
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号， 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”）， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量， 从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 从而达到调速的目的。在非超载的情况下， 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数， 而不受负载变化的影响， 即给电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域使用步进电机进行控制变得非常简单。步进电机可以作为一种控制用的特种电机， 利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。
1.2步进电机的特点
1.步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电， 而是按一定的规律轮流通电。 2.每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。 3.步进电机可以按特定指令进行角度控制， 也可以进行速度控制。角度控制时， 每输入一个脉冲， 定子绕组就换接一次， 输出轴就转过一个角度， 其步数与脉冲数一致， 输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时， 步进电机绕组中送入的是连续脉冲， 各相绕组不断地轮流通电， 步进电机连续动转， 它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序， 即改变定子磁场旋转方向， 就可以控制电机正转或是反转。
1.3步进电机的一些典型运用场合
①步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。基本上涉及到定位的场合都用得到。
②广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。
③步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。
目前用于电脑绣花机的步进电机多数为三相混合式步进电机，并采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。
1.4 步进电机的运转原理及结构
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
1.5 旋转
如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。
这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て，向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。
2电路设计分析
2.1 8253及8255驱动步进电机电路
①按图连接线路，利用8255 输出脉冲序列，开关K0～K6 控制步进电机转速，K7控制步进电机转向。8255 CS 接288H～28FH。PA0～PA3 接BA～BD；PC0～PC7 接K0～K7。
②编程：当K0～K6 中某一开关为“1”（向上拨）时步进电机启动，并且电机转动速度大小不同。K7 向上打电机正转，向下打电机反转。
2.2实验重要参数计算
由实际测试得，stepcount步数设定为约59步时。步进电机转动一圈。
由实验要求：先顺时针，每分钟6圈，转十分钟。约得stepcount=59*6*10=3540。
停止三秒：8086机器周期为1/5MHz.3s=1/5MHz*15*exp6即15M个机器周期的指令。
后逆时针，每分钟30圈，转十分钟。约得stepcount=59*30*10=17700。
2.3 实际问题及解决方法
①硬件连接及软件程序不够熟练，经多方面查资料，翻阅书籍，确定设计方案及硬件软件的具体设计内容。
②键盘及LED显示的控制不够理想，经程序的细心解读，最终达到了设计的目的。按10号键显示0。。。0030，按12号键显示1。。。0006，按14号键启动运行，按15号键停止运行。
③转速控制，开始不够精确。经反复测试，最终确定为59步每圈。并计算出6R/MIN，30R/MIN的设定步数。
3总结体会
首先，利用星研集成环境软件编辑并运行程序，在STAR ES598PCI实验仪上调试实验结果，分析实验程序及硬件电路；然后，在利用原有源程序进行实验时，电机的转速控制不是很明显，这就要求修改控制步速Takesetpcount的数值，及8253的分频数，以使电机转速达到6r/min和30r/min。其次，调节8259控制键盘及显示，最终达到实时显示转速及转动方向，并用键盘控制其启动与停止。由于步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步，所以希望清晰的看到电机的此特性。我们通过设定步速及转速，此时可以观测到电机的步进及转动一圈的步数。
参考文献
【1】王忠民，等。微型计算机原理（第二版）。西安：西安电子科技大学出版社，2007
【2】江晓安，董秀峰。模拟电子技术（第三版）。西安：西安电子科技大学出版社，2009
电机控制范文第5篇
关键词：牵引电机车；双电机拖动；矢量控制
中图分类号：TM921 文献标识码：A
0.引言
作为矿山开采的主要交通工具，矿山电机车性能的好坏直接影响其工作效率。传统的直流调阻调速和直流斩波调速被交流牵引电机车所替代。空间控制、宽度不同的轨距等因素将影响着矿山牵引电机车性能，若采用一台电机驱动一个轮轴，即双电机直接驱动，为了提升电机运行速断，成本等问题，采用一台变频器控制多台电机的方法，即双电机单逆变器控制系统。
1.牵引电机的数学模型及工作原理
牵引电机车在控制方法上具有多样性，但对研究对象的控制上具有相似性，均采用一台电机作为控制模型，本文在系统建模时以一台电机作为研究对象，在电机建模时即对一台电机进行建模。为了使牵引电机车提高其运行可靠性，采用异步电机，而其动态数学模型具有强耦合、非线性等特点，根据产生磁动势相等的原则需进行坐标简化。
对交流异步电动机进行调速主要分为基频以下控制和基频以上控制。由于定子电流对异步电机的励磁回路产生影响，而定子绕组输入的电流由转矩分量和励磁分量两部分组成，这样就不易于异步电机进行速度调节。而调速主要是由磁场进行控制，为了对异步电动机磁场准确调节控制，就要实时检测其位置与数值的大小。若需要直接检测，就要被现实中一些工程技术所制约，所以通过采用磁链模型进行观测的计算分析方式。
2.干线牵引电机车矢量控制系统
通过将异步电动机三相坐标变换为两相旋转坐标坐标的数学模型可知，为了对其转矩进行控制，可采用用来产生磁场的励磁电流以及转矩分量的电流的幅值和相位加以控制，在矢量变换的基础上即控制其定子电流的矢量，这样的控制方式称为矢量控制，这种控制属于一种比较先进的电机控制。牵引电机车采用矢量控制能够满足其工作中的性能要求。
3.干线牵引电机车双电机系统仿真模型的搭建与结果分析
依据异步电机等效直流电机模型公式搭建双电机单逆变器矢量控制系统，如图1所示，系统采用双电机单逆变器的简化平均模型，其中电机M1为主控制电机，电机M2为被控制电机。
3.1 系统仿真参数如下：
3.2 仿真研究
系统仿真从电机起动后突加50%额定转矩如图2所示。其中图2、图3分别为系统启动后突加50%额定转矩电机M1和电机M2的定子电流波形；图4、图5分别为系统启动后突加50%额定转矩电机M1和电机M2的转速的波形。
由图2、图3波形可以看出，在主控制电机M1和被动控制电机M2设计相同参数时，二者承受的负载转矩平衡；由图4、图5波形看，两电机具有低速大转矩的工作性能，即在简化平均模型下采用矢量控制，能够达到牵引电机车对牵引电机出力的要求。
结论
本文采用MATLAB软件，建立牵引机车的控制系统的仿真模型，并对仿真中的关键问题及系统的仿真结果进行分析研究，为实际系统的设计提供理论依据及必要的设计参数。介绍简化平均模型下的矢量控制调速系统控制方案，并建立双电机单逆变器控制系统仿真模型。通过对两电机中突加额定转矩下定子电流和转速的仿真结果说明运用简化平均电机模型在两台电机参数一致的前提下，具有良好的稳态及动态性能，并能够满足牵引电机车对电机性能的要求。
参考文献
[1]阮毅，陈伯时.电机拖动自动控制系统―运动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2]张少华.永磁同步电机矢量控制策略研究与控制器实现[D].中南大学，2008.
电机控制范文第6篇
关键词：工业控制；直流电机；无刷电机；交流感应电
引言
电机消耗的能量几乎占全球电力的50％。随着能源成本的持续上涨，业内开始采用微处理器调速驱动器替代效率低下的固定速率电机和驱动器，这种新型电机控制技术与传统驱动器相比，能够使能耗平均降低30％以上。虽然调速电机提高了系统本身的成本，但是，考虑到电机能够节省的能量以及所增加的功能，只需短短几年即可挽回最初的投资成本。
通用电机设计
直流电机、无刷直流和交流感应电机是当今工业应用设计中最常见的电机。
直流电机：低成本和高精度驱动性能
直流电机是最先投入使用的电机类型，目前仍然以低开发成本和卓越的驱动性能得到普遍应用。在最简单的直流电机中，定子(即电机固定部件)为永久磁铁，转子(即电机的转动部件)上缠绕了电枢绕组，电枢绕组连接到机械换向开关，该开关控制绕组电流的导通和关闭。磁铁建立的磁通量与电枢电流相互作用，产生电磁扭矩，从而使电机做功。电机速度通过调整电枢绕组的直流电压进行控制。根据具体应用的不同，可以采用全桥、半桥或一个简单的降压转换器驱动电枢绕组。这些转换器的开关实现脉宽调制(PWM)，从而获得相应的电压。Maxim的高边或桥式驱动器IC，如：MAX15024/MAX15025，可以用来驱动全桥或半桥电路的PET。直流电机还广泛用于对速度、精度要求很高的伺服系统。为了满足速度和精度的要求，基于微处理器的闭环控制和转子位置非常关键。Maxim的MAX9641霍尔传感器能够用于提供转子的位置信息。
交流感应电机：简单、坚固耐用
交流感应电机以简单、坚固耐用而著称，被广泛用于工业领域。最简单的交流电机就是一个变压器，原级电压连接到交流电压源，次级短路承载感应电流。“感应”电机的名称源于“感应次级电流”。定子载有一个三相绕组，转子设计简单，通常被称为“鼠笼”，其中，两端的铜或铝棒通过铸铝环短路。由于没有转子绕组和碳刷，这种电机的设计非常可靠。工作在60Hz电压时，感应电机恒速运转。然而，当采用电源电路和基于微处理器的系统时，可以控制电机速度变化。变速驱动器由逆变器、信号调理器和基于微处理器的控制器组成。逆变器采用三个半桥，顶部和底部切换以互补方式控制。Maxim提供多种半桥驱动器，如MAX15024/M2LX15025，可独立控制顶部和底部FET。
精确测量三相电机电流、转子位置及转速是对感应电机进行高效闭环控制的必要条件。Maxim提供多款高边和低边电流放大器、霍尔传感器以及同步采样ADC，能够在恶劣环境下精确测量这些参数。微处理器利用电流和位置数据产生三相桥路的逻辑信号。一种常见的闭环控制技术称为矢量控制，它消除了磁场电流矢量和定子磁通量之间的耦合，从而能够独立控制，提供更快的瞬态响应。
无刷直流电机：高可靠性和高输出功率
无刷直流(BLDC)电机既没有换向器也没有碳刷，相对于直流电机而言需要更少的维护。相对于感应电机或直流电机而言，同等规格的无刷直流电机能提供更大的输出功率。BLDC电机的定子与感应电机的定子非常相似。但是，BLDC电机的转子可以采用不同形式，当然，都属于永久磁铁。气隙磁通量由磁铁固定。不受转子电流的影响。BLDC电机还需要一定形式的转子位置检测。通常利用定子中嵌入的霍尔器件检测转子位置。当转子的磁极经过霍尔传感器附近时，会有一个信号指示通过的是北极还是南极。Maxim提供多款霍尔传感器，如MAX9641，这些器件集成了两个霍尔传感器和数字逻辑电路，可提供磁场位置、方向输出，从而简化设计并降低系统成本。
传感器，信号转换和数据接口的重要性
在电机控制环路中，有几种类型的传感器提供反馈信息。这些传感器还用于检测可能损坏系统的故障状态，从而提高系统可靠性。下面介绍传感器在电机控制中的作用，特别是电流检测放大器、霍尔传感器和可变磁阻(VR)传感器。其它内容包括：利用高速ADC监测、控制多通道电流和电压，高精度电机控制所需的编码器数据接口等。
电流监测
电流是用于监控并反馈给电机控制环路的常见信号。利用电流检测放大器可以轻松地精确监测系统流入、流出的电流。采用电流检测放大器可以省去传感器，因为需要测量的是电信号本身。电流检测放大器能够检测短路和瞬态状况，并监测电源和电池反接故障。
电流测量
电流测量有很多渠道，但截至目前为止，最常见的方案是采用检流电阻进行测量。这种方法的基本原理是：利用基于运放的差分放大器对检流电阻两端的电压进行放大，然后测量放大后的电压信号。传统设计中通常采用分立器件。但分立方案存在一些缺点，例如：需要匹配电阻、具有较差的温漂特性，并占用较大面积。幸运的是，这些缺点可以通过在设计中使用集成电流检测放大器得以解决。放大器不仅测量电流，还可以检测电流方向，具有较宽的共模范围，能够提供高精度测量。电流测量可以采用低边检测(检测电阻与接地通路串联)，也可以采用高边检测(检测电阻与火线串联)。低边检测中，电路的输入共模电压较低，输出电压以地为参考，但低边电阻在接地通路增加了所不希望的外部电阻。高边检测中，负载接地，但高边电阻必须承受相当大的共模信号。高边检测能够对故障状态进行监测，例如，电机外壳或绕组对地短路。
电机控制范文第7篇
关键词：DSP电机控制系统；结构分析；特点分析
前言
DSP电机控制系统是一种应用了专业的综合性微处理器的一种控制系统，通过这种微处理器，我们可以检测到电机的输出和输入信号及数据，DSP电机控制系统是专业处理并且具有运算功能的信号处理系统。DSP控制系统的出现，成功的带来了不同相关领域的技术性突破，例如：（1）计算机领域；（2）消费类领域；（3）通信领域；（4）军事领域；（5）汽车领域等，通过这些主要的相关领域的技术突破，促使了DSP控制系统的技术创新，这一种双赢的局面。
1 DSP电机控制系统的概况
DSP电机控制系统是一种比较常见的电机控制系统，其原理简单，DSP电机控制系统主要有四种部件组成：（1）电机；（2）DSP；（3）驱动放大电路；（4）光盘编码器等。其工作原理是：DSP收到主电机向其发出的输入信号数据（这种信号数据主要就是指电机的转动方向和转动速度），DSP会将输入信号数据实时转化成PWM信号进行输出，再通过驱动放大部件传送回电机，从而实现信号输出。最后经过编码器的作用来实时检测电机的转动角度及转动方向，将检测数据反馈至DSP电机控制系统中，形成一个闭环的控制系统，实现精准的控制电机运作的动作。
下面就DSP电机控制系统的优越性进行四方面的叙述，分别为：（1）DSP电机控制系统的结构。（2）DSP电机控制系统的特点。（3）DSP电机控制系统的芯片设计。（4）DSP电机控制系统的作用。通过这四方面的叙述，可以总结出DSP电机控制系统较之于其他的传统的电机控制系统的区别，体现出DSP电机控制系统的优越性。
1.1 DSP电机控制系统的结构
DSP电机控制系统的结构使用的是哈佛结构，但是也是改进后的哈佛结构，这种结构在数据方面和程序是两个相互独立的结构，这样就会很大程度上提升控制结构的计算能力，所以DSP电机控制系统可以实现较为复杂的控制，例如：电机的智能控制；电机的优化控制等等。同时也可以体现出现代算法的优势及控制理论的先进。
1.2 DSP电机控制系统的特点
DSP电机控制系统简化了电机的控制器，特别是电机控制器的硬件部分，将硬件部分的设计操作难度降低，减轻了DSP电机控制系统的整体重量，缩小了DSP电机控制系统的整体体积，这样就使DSP电机控制系统在能耗方面有所下降。
1.3 DSP电机控制系统的芯片设计
DSP电机控制系统的芯片的设计特别是内部的设计，很大程度上提升了DSP电机控制系统的相关元件的稳定度和可靠度，进而提升了整套DSP电机控制系统的使用性。
1.4 DSP电机控制系统的作用
电机的控制系统的软件和硬件的完美结合是通过DSP电机控制系统来实现的，在DSP电机控制系统中，控制电路为统一的控制电路，在感应电机和永磁同步电机的控制系统中，他们二者的硬件的电路在结构方面是一致的，我们在进行电机控制时，只需要依照不同电机的种类及类型进行控制程序的具体编写，这样就会很大程度上提升了DSP电机控制系统的灵活性能，保障了控制的机动性。
2 电机控制系统的相关发展史
从电机的能量转化过程来看，电机的控制系统主要经历了三个转变过程：第一，电机的机械控制系统；第二，电机的机械控制系统与电气控制系统相结合的控制系统；第三、电机的全电气控制系统。我们如果从电机的控制电路的角度来分析，电机的控制系统主要经历了四个转变过程：第一，电机的模拟控制电路；第二，电机的数字控制电路；第三，电机的模拟混合控制电路；第四，电机的全数字控制电路。我们如果从电机的控制策略的角度来进行分析，电机的控制系统主要经历了两个转变过程：第一，电机的低效并且有级的控制；第二，电机的高性能的智能控制。电机在运行过程中的控制系统是电机的位置控制；或者是电机的位置伺服控制。通常情况下，电机在运行过程中的控制系统就是使用电机的伺服驱动装置来完成的，通过伺服驱动装置的编程指令来实现电机的运动轨迹操作。电机控制系统的运行功率一般是很小的，但是电机控制系统对于电机的运行轨迹的精准度的要求还是非常高的，而且还可以实现重复的电机启动操作和电机制动操作。电机控制系统在很多领域得到了应用和推广，例如，导航领域，雷达领域，机器人领域等。
3 电机控制系统的不同类型
电机控制系统的类型介绍，文章主要从以下四个方面进行介绍：第一，直流电机的控制系统的介绍。第二，感应电机的控制系统的介绍。第三，同步电机的控制系统的介绍。第四，变磁阻电机的控制系统的介绍。其实在实际的电机控制应用中，还有很多种的控制类型，但是以下这四种电机控制系统最为常见。
3.1 直流电机的控制系统介绍
在进行直流电机的控制时，由于直流电机中的励磁磁场完全解耦于电枢磁场，所以直流电机的控制在这两种磁场中可以独立的进行控制，这样的控制可以使直流电机拥有较好的调速度功能，力矩的传输大，调速的范围广，同时还比较容易进行控制。直流电机的控制系统主要应用在拖动系统中，但是在推进系统中，直流电机控制系统也非常常见。
3.2 感应电机的控制系统介绍
感应电机具有很多的特点，例如，电机的定子通常的情况下是采用的对称的多相绕组；电机的转子采用的是绕线式，也可以使用鼠笼式。在感应电机中，不同的转子的结构，采用的电机控制策略不同，在实际应用中，感应电机的控制形同主要有五种方式：第一，电机的转差频率控制；第二，电机的矢量变换控制；第三，电机的直接转矩控制；第四，电机的智能控制；第五，电机的空间矢量调制控制等。
3.3 同步电机的控制系统介绍
同步永磁电机的驱动电源的形式主要有两种形式：第一，电源的正弦波形式；第二，电源的房玄波形式。第一种的电源形式的电机成为永磁同步电动机，第二种的电源形式的电机成为直流无刷永磁电动机。这两种的电机的转换器都是比较简单的，我们一般情况下称做磁敏式霍尔传感器。在国际上比较先进的传感器有：（1）转矩脉动传感器；（2）削弱齿谐波传感器；（3）消除位置传感器；（4）关于变磁阻电机的控制系统的介绍。变磁阻电机是由三种不同形式的电机组成，他们有a.反应式步进电机；b.同步磁阻电机；c.开关磁阻电机。这种电机的控制系统要求的精度较之上述三种更高，可以实现电机的正反转的控制。
4 DSP电机控制系统中常见问题
（1）DSP电机控制系统应该进一步的优化其结构。（2）DSP电机控制系统应该及时更新其硬件。
参考文献
[1]刘鼎.基于DSP的永磁无刷直流电机模糊控制系统的研究与实现[D].湖南大学，2010.
[2]黄杨晖，戴曙光，穆平安，等.DSP在电机控制系统中的应用与研究[J].仪器仪表学报 ISTIC PKU，2003，Z2.
[3]朱伟兴，张建.采用DSP的多电机同步控制系统[J].电机与控制应用ISTIC PKU，2012，2.
电机控制范文第8篇
【关键词】永磁同步电机;恒压频比开环控制;矢量控制;直接转矩控制
1.引言
近年来，随着电力电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。因此。这里对永磁同步电机的控制策略进行综述，并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。
2.永磁同步电机的数学模型
永磁同步电机（PMSM）的永磁体和绕组，绕组和绕组之间的相互影响，电磁之间的关系十分复杂，由于磁路饱和等非线性因素，建立精确的数学模型是很困难的。为了简化PMSM的数学模型，我们通常作如下的假设：
（1）磁路不饱和，电机电感不受电流变化影响，不计涡流和磁滞损耗;
（2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应的影响;
（3）三相绕组对称，永久磁钢的磁场沿气隙周围正弦分布;
（4）电枢绕组在定子内表面均匀连续分布;
（5）驱动二极管和续流二极管为理想元件;
（6）转子磁链在气隙中呈正弦分布。
对于永磁同步电机来说，即用固定转子的参考坐标来描述和分析其稳态和动态性能是十分方便的。此时，取永磁体基波励磁磁场轴线即永磁体磁极的轴线为d轴，而q轴逆时针方向朝前90o电角度。d轴与参考轴A之间夹角为。图1为永磁同步电机（PMSM）矢量图。
图1 PMSM空间向量图
Fig.1 Space vector diagram of PMSM
根据图1所示向量图进行坐标变换，满足功率不变原则，得到在旋转坐标系下PMSM的数学模型方程如下
（1）电压方程
由三相静止轴系ABC到同步旋转轴系dq的变换得：
（1）
，Rs为定子相电阻，其中：
。
（2）磁链方程
（2）
式中为转子（永磁体）在dq轴的磁链，，ud、uq，id、iq和、分别为dq轴的电流、电压和磁链。、为dq轴的电感。
（3）转矩方程
电磁转矩的表达式为：
（3）
pn为极对数，定子磁链空间矢量，is为定子电流空间矢量。
3.恒压频比开环控制（VVVF）
恒压频比开环控制（VVVF）是为了得到理想的永磁同步电机转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的。 按照这种控制策略进行控制，使供电电压的基波幅值随着速度指令成比例的线性增长，从而保持定子磁通的近似恒定。VVVF控制策略简单，易于实现，转速通过电源频率进行控制。但同时，由于系统中不引入速度、位置等反馈信号，因此无法实时捕捉电机状态，致使无法精确控制电磁转矩：在突加负载或者速度指令时，容易发生失步现象;也没有快速的动态响应特性。因此，恒压频比开环控制电机磁通而没有控制电机的转矩，控制性能差。通常只用于对调速性能要求一般的通用变频器上。
4.矢量控制（VC）
七十年代中期，德国学者提出“交流电机磁场定向的控制原理”，即用矢量变换的方法研究交流电机的动态控制规律。矢量控制理论采用矢量分析的方法来分析交流电机内部的电磁过程，是建立在交流电机的动态数学模型基础上的控制方法。它模仿对直流电机的控制技术，将交流电机的定子电流解祸成互相独立的产生磁链的分量和产生转矩的分量。分别控制这两个分量就可以实现对交流电机的磁链控制和转矩控制的完全解祸，从而达到理想的动态性能。使交流传动的动、静态特性有了显著的改善，开创了交流传动的新纪元。矢量控制是目前高性能交流电机调速系统所采用的主要控制方法，具有很好的动态性能。然而这种控制技术本身还是存在一些缺陷的，受电机参数影响较大，由于电机参数在不同运行情况与环境的多变性，所以系统鲁棒性不强;矢量控制的根本是实现类似直流电机的控制，因此需要进行复杂的解耦运算，增加了信号处理工作负荷，要求更高的硬件处理器配合;
5.直接转矩控制（DTC）
1985年德国学者M.DepenBrock教授首次提出了磁链采用六边形控制方案的直接转矩控制理论。该方法只是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转矩进行直接控制，省掉了矢量旋转变换等复杂的变换和计算。其磁场定向所用的是定子磁链，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。因此，DTC大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题，很大程度上克服了矢量控制的缺点。
转差角频率越大，转矩越大。转差角频率增加，转矩也增加。说明异步电机的转矩和转矩增长率都可以通过控制定子磁场对转子的角频率来控制。也就是说，异步电机DTC是建立在电机转差角频率控制的理论基础上的。而同步电机并不存在这种转差角频率，正是由于这个原因，DTC策略在同步电机上没有能够快速地得到应用。直到1996年英国的French.C和Acarnley .P发表了关于PMSM的DTC的论文，1997年由澳大利亚的Zhong L， Rahman.M.T教授和南航的胡育文教授等合作提出了基于PMSM的DTC方案，初步解决了DTC控制策略在PMSM上应用的理论基础。有了这个理论基础，PMSM的DTC控制也成了众多学者研究的一个热点。
就目前而言，永磁同步电机控制的直接转矩控制摒弃了矢量控制解耦的思想，将转子磁通定向更换为定子磁通定向，通过控制定子磁链的幅值以及磁通角，达到控制转矩的目的，具有控制手段直接、结构简单高效、控制性能优良、动态响应迅速的特点。直接转矩控制在克服了矢量控制弊端的同时，这种粗犷式控制方式也暴露出固有的缺陷。首先控制器采用Bang-Bang控制，实际转矩必然在上下限内脉动;再者调速范围受限。在低速时，转矩脉动会增加，而且定子磁链观测值会不准。另外，电机参数的时变对直接转矩控制也有影响。
6.结论
本文所阐述的永磁同步电机的控制方式是最基本的三种控制方式。通过文中的阐述，可以看出每种控制方式都有其利弊，可以根据设备的应用环境工况来选择设备的控制方法。
同时随着控制理论的不断发展，学者们采用智能控制策略，如最优控制、遗传算法、模糊控制等方法，用来克服每种控制方式的弊端，使得永磁同步电机的应该更加广泛，充分发挥其体积小，损耗低，效率高等优点。
参考文献
[1]王成元，周美文，郭庆鼎.矢量控制交流伺服驱动电动机[M].北京：机械工业出版社，1994.
[2]李华德，杨立永，李世平.直接转矩控制技术的新发展[J].工业大学，2001.
[3]许大中编著.交流电机调速理论[M].杭州：浙江大学出版社，1991.
[4]陈伯时.电力拖动自动控制系统（运动控制系统）[M].北京：机械工业出版社，2006.
电机控制范文第9篇
关键词：电机调速 功率 控制原理
引言：
电机调速实质的探讨，是关系到近代交流调速发展的重要理论问题。随着近代变频调速矢量控制及直接转矩控制等调速控制理论的提出和实践，很多有关文献和论著都把调速的转矩控制确认为调速的普遍规律，并提出调速的实质和关键在于电磁转矩控制。然而，这种观点尚缺乏理论和实践的证明，值得商榷。
本文根据电机功率转换的普遍原理，提出并证明恒转矩调速的实质在于电机的轴功率控制，转速调节是功率控制的响应，其关键为如何通过电功率控制轴功率。
转矩控制仅适于恒功率调速，它只是电机调速的局部，而不是调速的普遍规律。变频调速所依据的是转矩控制，实际执行的却是功率控制，因此才没有影响到应用的正确性。
一、功率控制与转矩控制
根据机电能量转换原理，凡电动机都可划分为主磁极和电枢两个功能部分。主磁极的作用是建立主磁场，电枢则是与磁场相互作用将电磁功率转换为轴功率。
直流电动机的主磁极和电枢不仅结构鲜明，而且功能独立，无疑符合以上定义。而交流（异步）电动机通常以定子、转子划分构成，需加说明。
根据所述电枢定义，异步机的轴功率产生于转子，因此，异步机真正的电枢是转子。问题在于定子，一方面定子励磁产生主磁场，故定子是主磁极。另一方面，定子又通过电磁感应为电枢（转子）输送电磁功率，却不产生轴功率，因此定子又具有电枢的部分特征，这里我们把它称为伪电枢。定子的这种复合功能，是异步机区别于直流机的主要特征。
从电枢输出角度观察，电动机的轴功率与电磁转矩机械转速的关系为：
PM＝MΩ (1)
或 Ω＝PM／M （2）
公式（2）除了给出了电机转速与轴功率和电磁转矩间的量值关系以外，同时表明，电机转速最终只能通过轴功率或电磁转矩两种控制获得调节，前者简称功率控制，后者简称转矩控制。
1. 功率控制
功率控制是以轴功率PM为调速主控量， 作用对象必然是电枢或伪电枢。电磁转矩在调速稳态时，取决于负载转矩的大小。
即 M＝Mfz (3)
当负载转矩一经为客观工况所确定之后，电磁转矩就唯一地被决定了，因此电磁转矩不仅与调速控制无关，而且不能随意改变其量值。
电磁转矩对转速的作用表现在调速的过渡过程，转矩的变化是转速响应滞后的结果，此时，功率控制造成电磁转矩响应。
设电机调速前的稳态转速为Ω1，轴功率为PM1，调速后的稳态转速为Ω2，相应的轴功率变为PM2。 由于电磁转矩：
M＝PM／Ω (4）
故调速时，电磁转矩变为：
M＝PM2／Ω
由于受惯性的作用，在t＝0的调速瞬时Ω＝Ω1，故
M＝PM2／Ω1
t=0
此时的电磁转矩将与原来的电磁转矩M1＝PM1／Ω1不等，转矩平衡被破坏并产生动态转矩，电机转速在动态转矩作用下开始由Ω1向Ω2过渡，其变化规律为：
Ω1＝（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2 （5）
电磁转矩则为：M＝PM2／（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2
随着时间增大，动态转矩减小，直至电磁转矩与新的负载转矩平衡，即：
M＝PM2／Ω2＝Mfz，
转速稳定在Ω2不变，电机调速结束。 上述的调速过程可以由图1的框图说明。
图1 功率控制的调速流程
功率控制作用的是电枢，主磁场或主磁通量保持不变，根据电机理论，电机的额定电磁转矩正比于主磁通量，受限于电枢的最大载流量。因此功率控制调速时，电机的额定电磁转矩输出能力不变，属于恒转矩调速。
2. 转矩控制
根据公式（2），电机转速在轴输出功率不变的前提下，与电磁转矩成反比。由于受电磁转矩以额定转矩为上限的约束，转矩控制实际上只能在额定转矩以下实现，因此属于恒功率调速。
电磁转矩的独立控制方法主要依据转矩公式：
M＝CMΦmIS （直流机） (6)
或 M＝CMΦmI2COSφ2 （交流机） (7)
受控的物理量为主磁通Φm，由于主磁通量Φm产生于主磁极，因此转矩控制实际上是磁场控制，作用对象为主磁极。转矩控制调速同样要保证稳态时的转矩平衡，即：
M＝Mfz
由于调速稳态时，电磁转矩发生了变化，因此要求负载转矩适应于电磁转矩变化，即要求负载跟踪电机。
转矩控制实际是弱磁调速，主要用于额定转速以上的调速。鉴于本文重点讨论的是功率控制，故不赘述。
二、功率控制的方法与性能
电机调速的轴功率控制只能通过电功率间接控制来实现。以异步机为例，图2是其等效三端口网络。
图2.异步机的等效网络
其中电枢（转子）除产生轴功率输出外，还产生以感应电压u2和电流i2为参量的电功率响应。由于该功率与转差率成正比，故称转差功率，其端口简称Ps口。
如果电机转子为笼型，其绕组呈短路状，Ps口为封闭不可控的。反之为绕线型，Ps口则是开启可控的， 转子可以通过Ps口输出或输入电功率。由此可见，异步机的功率控制调速有两种方式，一种是通过伪电枢间接对电枢实现轴功率控制；另一种是通过Ps口直接控制电枢轴功率。 前者主要适用于笼型异步机，后者则适用于绕线型异步机。
1. 定子伪电枢功率控制。
图3.异步机定子功率控制调速
作为伪电枢，定子向电枢（转子）传输的电磁功率：
Pem＝P1－P1 （8）
电枢的轴功率则为：
PM＝Pem－P2 (9)
故 PM＝P1－（P1＋P2） (10)
可见，控制伪电枢的输入功率P1或增大其损耗P1就可以控制电枢的轴功率，后者显然是低效率、高损耗的调速，不宜推荐。
控制P1调速的唯一方法是调压━━变频， 即所谓的变频调速。由于：
P1＝m1U1I1COSφ1 (11)
故对于电压源供电调节端电压U1是控制功率P1的必须手段。问题的关键是为什么不能单纯调压，而必须辅以变频？这是定子除了伪电枢的功能之外，还同时兼主磁极之故。
前已叙及，功率控制的要点有：
① 保持主磁通量不变
② 作用对象是电枢或伪电枢
③ 控制目标是轴功率
如果单纯调压而频率不变，定子的主磁极功能就要受到严重影响。根据电机理论，做为主磁极，定子的主磁通量：
Φm＝E／4.44W1kr1f1
＝KE1／f1
≈KU1／f1 (12)
恒频调压的结果，主磁通Φm将随U1下降而减小，形成了前述的转矩控制。更主要的是此时不但未能控制功率P1，反而增大了电机损耗，与目的绝然相悖。
设负载为恒转矩性质，由转矩平衡方程，电磁转矩：
M＝Mfz＝const
又 M＝CMΦmI1COSφ1
＝CMΦmI2COSφ2 (13)
设功率因数不变，定转子电流I1、I2将随主磁通Φm下降而正比增大，其结果功率P1不变，但定转子损耗：
P1＝m1I 12 r1
P2＝m2I 222 r1
将按电流的平方律增大。根据式（10），轴功率控制虽能实现，却属低效率高损耗的调速。
为此，异步机定子的功率控制调速，必须要将定子的主磁极和伪电枢两种功能游离开。针对同一定子绕组，一方面使主磁极产生的磁场保持稳定，同时又要控制其向电枢传递的电磁功率。
于是变频调速建立了一条重要原则，就是调压变频，且保证V／F（压频比）为常数，这样就确保了上述控制要求的实现。顺便指出，近代变频调速的矢量控制，实际上就是遵循这一原理。矢量控制的核心思想，是把磁场与转矩游离开，分别加以控制，认为调速的根本在于转矩，而事实上游离的却是磁场和电磁功率，虽然结果无误，但理论上必须加以澄清。
2. 转子功率控制
对于绕线转子异步机的调速，可以利用转差功率端口━Ps口直接控制轴功率。方法是由Ps口移出或注入转差功率。需要指出：
① 所述的转差功率应区别经典电机学中的转子损耗转差功率，为此将后者称为转子损耗功率，记以P2。
② 转差功率有电能与热能之分，分别记以Pes和Prs，两者性质不同，对调速的影响也不同。
图4.异步机转子功率控制调速
当在转子的Ps口引入电转差功率Pes时，转子的轴功率：
PM＝（Pem±Pes）－P2 （14）
式中的Pem为定子向转子传输的电磁功率，电转差功率的负号表示从Ps口移出，正号表示从Ps口注入。Pes属电功率，故与电磁功率相合成，结果使轴功率PM发生变化，电机转速得到相应调节。
电转差功率调速的典型实例是串级调速和双馈调速，前者的电转差功率为负，流向为从转子移出，故实现的是额定转速以下的调速。后者的电转差功率可以双向流动，既可以移出，又可以注入，因此可以实现低同步和超同步两种调速。
当Ps口引入的是热转差功率Prs时， 转子的轴功率则为：
PM＝Pem－（P2＋Prs） (15)
显然热转差功率的引入，增大了电枢（转子）的损耗，轴功率随Prs的增大而减小，其典型例子是异步机转子串电阻调速。
三、功率控制的理想空载转速，效率与机械特性
根据电机学，电动机的理想空载转速主要取决于电枢的电磁功率，因有：
Ω0＝Pem／M （16）
由于电磁转矩为负载所决定，理想空载转速Ω0就决定于某一负载条件下电磁功率的大小。
功率控制调速的电枢功率可以综合表达为：
PM＝ΣPem－Σp2 （17）
相应的转速：
PM／M＝ΣPem／M－Σp2／M （18）
Ω＝Ω0－Ω (19)
其中Ω0＝ΣPem／M为功率控制调速的理想空载转速，因此调节电枢的电磁功率可以改变电机的理想空载转速。换言之，电机的理想空载转速取决于电枢的电磁功率。又，Ω＝Σp2／M 为电机的转速降。由此表明增大电枢损耗，可以增加电机转速降。
电机调速的效率表达为：
η＝PM／（P1－Σpi）
＝PM／（Pem－P2)
因此，在一定的轴功率PM输出条件下，控制电磁功率的调速是高效率的节能型调速，而控制损耗功率的调速必然是低效率的耗能型调速。
公式（18）同时刻画出了功率控制调速的机械特性，当连续改变电磁功率ΣPem时，如果损耗功率不变，电机的理想空载转速随ΣPem连续变化，其机械特性为一族平行的曲线。而增大损耗，电磁功率不变时，电机理想空载转速不变，改变的只是转速降，其机械特性为一族汇交型曲线。如图5给出了两种调速的定性曲线。
图5 a.电磁功率调速特性 b.转速降调速特性
综上所述，可以得出以下结论：
① 电磁功率控制调节的是理想空载转速，损耗功率控制调节的是转速降。
② 电磁功率控制是高效率节能型的调速，其机械特性必为平行曲线族。损耗功率控制属低效率耗能调速，其机械特性必为汇交型曲线族。
四、异步机调速的分类与方法
与按n＝ 60f1/p·(1-S）表达式不同，根据本文所述的电机调速功率控制理论，异步机调速可分类表示如下：
性质/方案 控制点/变量 方法 要点
五、结论
1. 电机调速的基本原理有两种，一为轴功率控制，二是转矩控制。转矩控制实际是磁场控制，适于恒功率调整。
2. 轴功率控制的调速具有恒转矩特性，电磁转矩的变化是转速响应滞后所造成的，调速稳态时，电磁转矩只决定于负载，与控制无关。
3.轴功率控制的作用对象是电枢或伪电枢， 并最终只能通过电功率控制来实现。其中，电磁功率调节的是理想空载转速，损耗功率改变的是转速降。前者为高效节能型，后者为低效耗能型，两者的机械特性亦由此决定。
电机控制范文第10篇
【关键词】电机振动；转子；平衡
随着社会经济的快速发展以及科学技术的进步，用户对于工业生产的可靠性提出了越来越高的要求。目前，很多行业都大量应用电机作为原动机拖动各种生产机械。但是，如果电机出现振动就很有可能造成电机使用寿命缩短、附属机械损坏等经济损失。因此需要找出电机振动的原因并加以控制，从而有效避免由于振动造成的设备故障。
1.电机振动产生的影响
设备在运行过程中都会出现振动的现象，而电机振动会对电动机的安全平稳运行产生一些负面影响。其一，电机出现振动后会消耗大量的能量，因而电动机的效率就会大大降低；其二，电机振动会直接伤害电机的轴承，因而使得轴承的寿命不断缩短；其三，电机振动会使得电机端部的绑线松动，从而导致端部绕组之间相互摩擦，绝缘的电阻就会降低，甚至造成绝缘击穿；其四，电机振动甚至会使转子磁极出现松动的状况，转子和定子间的相互摩擦，严重时甚至导致电机转子的断裂；其五，电机振动会使基础或者与电机配套的其他设备的正常运转受到一定的影响，可能会使一些零件出现损伤的状况，一旦零件出现损伤就可能造成事故，导致安全隐患的出现。
2.电机振动产生的原因
造成电机振动的原因主要是由其定子铁心、定子绕组、转子、机座以及轴承五部分的振动造成的。
2.1由定子铁心振动造成的电机振动
电磁力是导致定子铁心振动的重要原因，其主要的振型有椭圆形、四边形以及三角形等。定子叠片铁心内有交变磁场通过，就很有可能产生轴向振动，如果铁心没有压紧，就会产生比较剧烈的振动，甚至造成断齿。
2.2由机座的振动造成电机的振动
电机机座产生振动也会造成电机的振动，其原因主要有两种：一种是转子振动的时候就会产生激振力；另一种则是定子铁心的电磁振动则由铁心与机座的连接传过来的时候，就会引起机座的倍频振动，如果单机容量增大其机座的振动则越大。
2.3由定子绕组振动引起的电机振动
在电机的正常运行过程之中，其定子绕组受到绕组电流与漏磁通的作用力、转子磁拉力以及绕组热胀冷缩力的影响，从而就会引起绕组的系统频率的振动。尤其是由电磁力引起的定子绕组的槽部和顶部振动会对电机的振动产生较大的影响。
2.4由转子振动引起的电机振动
电机转子的振动可以分为两类，一类是弯曲转动，另一类则是扭转振动。其中，引起电机转子弯曲转动的原因有三个，即：一是转子的质量不平衡。转子质量不平衡分为静不平衡、动不平衡以及两者都有。所以，为了消除由于质量不平衡对转子的影响，则在制造转子的时候就要进行严格的动、静平衡试验；二是转子在运行的时候由于转子冷热不均以及电磁不平衡导致电机转子的弯曲转动；其三是由于转子有振动的特性，因而就会引起电机转子的弯曲振动。
转子的扭转振动会使转子产生疲劳甚至损坏，进而导致转子的寿命缩短，甚至会引起比较严重的电机事故。
2.5由轴承引起的电机振动
电机轴承形式之所以不同是因为电机轴承的功率不同，一般而言滚动轴承多用于中小型电机之中，而滑动轴承多用于大型的电机之中。由滚动轴承引起的振动的因素主要有四种，一是轴承的制造精度，比如轴承内圈的径向偏摆、滚动体的椭圆度、架空中的间隙等过大或者过小就会导致剧烈的机械振动；二是轴承的安装配合精度，主要是指轴承与端盖以及轴承与转轴轴承挡的配合精度，轴承的安装配合精度过大或者过小也会导致机械的剧烈振动，导致电机的寿命缩短；三是轴承脂的情况，如果轴承脂过稠，其会对滚动体振动的阻碍作用产生的效果较差，若轴承脂过稀少，则会导致轴承的摩擦，减少轴承的使用寿命；四是轴承的安装方法也会对电机的振动造成一定的影响。当油膜涡动以及油膜振荡的时候，就会引起系统剧烈的振动，从而对电机的系统造成一定的破坏。
3.电机振动的控制措施
首先，为抑制由定子铁心引起的电机振动，定子铁心通常采用压板及螺杆压紧的结构，同时还应当注意避免由于铁心局部压力过大而导致的损伤。
其次，为了防止由于电磁力引起的定子绕组的槽部和顶部的振动，通常采用的措施是采用槽部线棒固紧结构以及使用端部轴向刚性支架。
再次，经过实践证明落地轴承形式的转子激振力对于机座的影响要远远小于轴承座设置在定子机座端盖上的轴承形式。对于减少电机机座振动而采取的措施有两种，一种是将铁心与机座之间的连接换成弹性结构，这样就会减少铁心振动对于机座的影响；另一种则是要控制机座的自振频率，这样就可以有效避开铁心的倍频振动频率以及转子的振动频率。
另外，在设计转子的时候要扩大转子的临界转速与电机额定转速的差距，最好的方法要使临界转速偏离电机额定转速的15%以上，并且还要避开转子的工作频率以及倍频。
最后，要合理设置电机轴承的制造精度、轴承的安装配合精度，采用较为合理的轴承安装方法，以及合理调制脂的黏稠程度。只有对电机振动采取有效的控制措施，才能够有效减少电机磨损，增加电机的寿命，提高生产的效率，增加企业的经济效益。
4.结语
在日常的工作生产中，电机振动会对电机的寿命产生一定的影响。因而，就要准确分析导致电机振动的原因，严格对电机做好选型、安装、运行以及停机的各项检查工作，尽可能消除电机振动对电机寿命的不利影响，从而保证电机能够在最佳的状态下工作，提高生产的效率。
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