发布时间：2023-05-30 14:58:39
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的交流电动机的应用样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
随着交流电动机被广泛运用在各式各样的领域中，交流电动机的控制技术就受到大家的重视。作为一种非线性的系统，交流电动机具有高阶、强耦合、参数时变等特点，属于复杂系统，交流电动机自适应扰动抑制方法与其无源性控制相结合，使得电动机的实际仿真效果、外部扰动环境下稳定等性能都较高，因此，交流电动机的无源性控制与扰动抑制技术作为国内外研究的重点。本文就交流电动机的无缘性控制原理、扰动抑制原理展开分析，就其技术进行研究。
【关键词】交流电动机 无源性控制 扰动抑制技术 自适应控制
交流电动机主要是将交流电的电能转换为机械能的一种机器，而基于交流电动机的电气传动系统被广泛运用在各行各业中，这也给交流电动机自适应性提出了更大的挑战。随着交流电动机被运用在多种多样的领域中，其具有的高阶、多变量以及强耦合、参数时变等非线性系统特征表现得非常明显。基于电机端口的受控研究，下文针对目前国内外对交流电动机的无源性控制和扰动抑制技术现状进行分析，就其原理展开研究。
1 国内外对交流电动机控制技术的相关研究现状
1.1 交流电动机速度控制主电路与控制电路
事实上，交流电动机的速度控制主要以大功率电力电子器件为主，随着电力电子技术的发展，交流电动机控制理论被广泛使用，这也给交流电机拖动的开发提供了良好的环境和基础。目前，控制电路主要还是以DSP和单片机为主，电子控制器的数字化控制发展使得设备的性能大大提升，控制算法也得到了进一步的优化，模糊控制、神经网络控制等复杂控制也逐渐被应用起来。作为电机调速的重要组成部分，智能功率模板成为了新一代的主控电路，通过将功率开关期间和驱动电路进行集成，内设过电压、过电流等故障检测电路，将检测信号传输到CPU中。它由高速低功耗的管芯与优化门极驱动电路、快速保护电路等部件构成，能够在发生负载事故或者使用不恰当时，也能保证智能功率模块安全稳定运行。
1.2 交流电动机的控制策略
早前的交流传动属于不可调传动，而随着电子控制技术的飞速发展，交流可调传动也逐渐开始广泛起来。常用的稳态模型控制方案主要由开环恒V/F比控制、闭环转差频率控制等。且前者是一种开环的控制方式，与变压变频控制不同，其不对速度进行反馈控制，而闭环转差属于直接转矩控制，因其实现了对电动机转矩的控制，从而拥有较强的动态性能，系统稳态误差也较小。基于交流电动机动态模型的控制方法分为矢量控制和直接转矩控制两种，矢量控制实现了磁链与转矩的解耦，可以进行独立控制，而直接转矩控制的计算量小、静态和动态性能优良。
1.3 交流电动机非线性控制方法
前面说到，交流电动机是一种非线性的对象，而无论是矢量控制还是直接转矩控制，都不能很好的对其动态过程进行描述。所以自适应控制、反馈线性化控制以及滑膜变结构控制等都为电动机的非线性控制提供了方式。自适应控制研究对象具有一定的不确定性，包括描述被控对象、环境数学模型的不确定性，以及一些未知因素和随机因素。这些不确定性有时是在系统内部，而有时却在系统外部发生。从内部来讲，描述被控对象的数学模型起结构与参数就具有很大的不确定性，而这种基于数学模型的控制方法在电动机自适应控制中得到了很好的发挥。反馈线性化控制的整体较为精确，适合系统的整个分析域。滑膜变结构控制能偶使系统结构随时变化的开关特征，但当系统再不同滑膜轨迹中时，频率切换可能伴随着高频的抖动。
2 交流电动机的无源性控制原理分析
2.1 系统无源性
无论是哪种机械系统，如果没有外界能量加以支持，其动能与势能之和总是趋近于零的，且其系统速度、位移也是趋向于零的。简单了说，系统稳定时，如果缺少外界能量注入，系统指挥消耗能量，而这种能量不可能放大，而只要停止向外界或者内容注入能量，系统的能量之和必将趋近于零，以此来达到稳定的状态。对于非线性系统来说，公式中，u、y分别表示尾数相同的系统输入与输出，其中f（0）=0，h（0）=0.
另外，系统的无源性还是反应电机在运行过程中所消耗的能量特征。对于一般的能量供给量来说，考虑s（u，y）为单位时间内以外不注入能量为输出输入信号函数，那么耗散的计算方法则为：
v（x（T））-v（x（0））≤
2.2 能量成形与无源性
因考虑到电机系统的能量成形与无源性，通过成对的变量uRm、yRm与外界相连，其结果满足能量平衡方程。
H[x（t）] H[x（0）] =
该方程表示系统存储的能量与外界供给能量和系统耗散的能量差相等。而公式中的H（x）表示讷讷过量存储函数，xRn表示状态向量，d（x（t），t）表示具有耗散效应的非负函数。满足能量平衡方程式的系统属于无源性控制系统，且H（x）≥c，此时的c就表示能量函数的下界，y则表示无源输出。具体如图1所示。
2.3 感应电动机的无源性控制原理
感应电动机是交流电动机非线性、多变量以及强耦合特点表现明显的一个典型，近年来，随着非线性控制理论深入广泛的研究，使得感应电机控制成为主导潮流。为了克服反馈线性化、无源性控制等需要考虑奇异点的问题，无源性控制利用输出反馈使得电机闭环系统表现为无源映射，从上面所提到的电机能量方程入手，采用不影响其稳定性的无功力简化控制器设计。此时，坐标的变化并不影响系统的无源性，所以，选择不同的输出函数与能量函数，设计出多种无源性控制，来实现对系统的全局稳定性控制。
3 交流电动机的自适应L2扰动抑制控制技术
进行交流电动机调速时，常常会遇到因负载转矩存在扰动或者电机参数时变等因速度影响电动机的调速。此时，如果仅仅适应状态误差PCH控制方法，往往达不到理想的效果，而采用无源性控制与自适应L2扰动抑制技术结合的方式，能够有效提高控制效果，达到所需性能要求。在电动机负载扰动但参数无变化的情况下，利用L2增益扰动抑制和状态误差PCH控制结合可以推算出速度控制器；而当发生负载转矩存在扰动或者电机参数时变是，就要通过自适应L2扰动抑制和状态PCH相结合的颁发来求得速度控制器。
当系统无缘时，供给量s（u，y） = yTu就是耗散的，因此系统的供给量就是s（u，y） = γ22-2是耗散的，此时γ为整数，那么就说无源系统有小于整数γ的L2增益。
针对异步电动机传动系统而言，通过建立异步电动机端口受控哈密顿系统模型，来构建闭环状态误差PCH系统。在互联和阻尼配置能量成形方法的基础上得到负载转矩恒定控制器，如果想要单纯依靠这些方法来控制系统是不可能的。针对异步电动机传动系统中的负载转矩存在的扰动问题，我们通过在异步电动机PCH控制的基础上，采用L2增益控制方式设计控制器，对负载转矩扰动进行抑制，同时这种方式也能很好的消除稳态误差引入PI控制。根据相关仿真结果显示，所提出的这种控制方式，具有高效的转速跟踪性能和负载扰动抑制功能，是异步电动机现代非线性控制的一种有效途径。
而对于永磁同步电动机而言，针对PMSM速度控制负载扰动及参数时变的问题，可以利用状态误差PCH控制原理来设计系统速度控制器。与此同时，结合永磁同步电动机状态误差PCH控制，通过自适应L2增益扰动抑制功能，对负载转矩及参数时变扰动进行抑制。仿真结果显示，利用L2扰动抑制技术可以有效的抑制系统负载扰动，在PMSM定子电感、电阻变化情况下，也可以使用自适应L2扰动抑制控制技术，减少电机参数时变和负载扰动带来的影响，进一步加强对电机转速的控制。
3 结束语
随着交流电动机的运用越来越广泛，怎样有效的控制电机成为了领域内关注的焦点。本文介绍了交流电动机的无源性控制和扰动抑制技术，利用公式和仿真结果证明了无源性控制与能量成形的关系，并得出L2扰动抑制技术可以有效的抑制系统负载扰动。
参考文献
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关键词：额定功率；效率；定子；转子
引言
实现机械能与电能相互转化的旋转机械称为电机。其中把机械能转化为电能的电机成为发电机，能够把电能转化为机械能的电机称为电动机。电动机按照供电电源的种类不同可以划分为直流电动机与交流电动机两类，交流电动机可以分为同步电动机与异步电动机。电动机的性能参数作为选型的重要指标，其数值的大小代表了电动机工作能力与品质的高低，应当是每位电工人员应当掌握与理解的重要参数指标。
1 电动机性能及参数的介绍
1.1 直流电动机的介绍
直流电动机与交流电动机相比结构复杂、价格昂贵、使用和维护的要求高。但是直流电动机的起动转矩大，调速范围宽并且具有平滑的调速性能，因此在电车、电气机床、起重机械、电力牵引设备等方面应用广泛。直流电动机主要有定子、转子、换向器等三部分组成，其中换向器是直流电动机所特有部件。根据定子、转子线圈的励磁方式的不同，可以分为他励电动机、并励电动机、串励电动机与复励电动机四种。
电动机铭牌中主要参数包括电动机型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、额定效率等。其中，额定电压（UN）是指电动机长期运行时所能承受的工作电压。额定电流（IN）是指电机安规定的工作方式运行时，绕组允许通过的电流。额定转速（nN）指电机在额定电压、额定电流与额定功率的情况下运行的电机转速。额定功率（PN）是指电动机按规定的工作方式运行时所能提供的输出功率，也是电动机转轴上所输出的机械功率。电动机由电能转化为机械能输出的过程中，由于机械传动过程的机械效率无法达到100%，不可避免的存在机械损失，因此必定存在机械效率数值。因此电动机额定功率（PN）应为额定电压（UN）、额定电流（IN）以及电动机的额定效率（）的乘积，即PN=UN*IN*。
对于电动机来说，电动机的额定功率是以额定转矩（MN）与额定转速（nN）的形式来体现的。电动机额定转矩（MN）、额定功率（PN）、额定转速（nN）三者的关系为：MN=9550PN/nN结合上述电动机额定功率的计算公式PN=UN*IN*，直流电动机的主要性能参数额定电压、额定电流、额定效率、额定转速以及额定转矩的相互关系为：
MN*nN/9550=UN*IN*
由上述公式可以直观分析出直流电动机铭牌各性能参数之间的相互关系，当电动机在工作过程中某一性能参数发生改变时，我们能够快速直观的分析出各性能参数的变化趋势，从而了解此时电动机的工作性能与工作状态。
1.2 交流电动机性能及参数的介绍
交流电动机根据工作的原理可以分为异步电动机与同步电动机，其中异步电动机由于结构简单、运行可靠、维修方便、价格便宜，是所有电动机中应用最为广泛的一种。与直流电动机相比，交流电动机主要有定子与转子等组成。其中定子绕组是定子的电路部分，异步电动机的定子三相绕组共有六个出线端，通常接在置于电动机外壳上的接线盒中。三个绕组的首端接头分别用U1、V1、W1表示，其对应的末端分别用U2、V2、W2表示。因此交流电动机的定子绕组可以联结为星形或三角形两种方式。交流电动机正常工作时的定子接线方式在电动机的铭牌中有明确规定，星形与三角形定子接线方式如图1所示。
交流电动机的转子绕组有鼠笼型与绕线型两种，其中鼠笼式转子绕组是自己短路的绕组，它的结构简单，容易制造、成本低、运行维护方便。其缺点为调速性能差，起动力矩小。绕线型转子绕组与定子绕组相似，在转子铁心槽内对称的三相绕组作星型联结。三个绕组的三个尾端联结在一起，三个首端分别接到转轴的三个铜制的滑环上，通过电刷与外电路的可变电阻器相联结，用于起动或调速。
交流电动机定子电路星形启动三角形运行（降压启动）的介绍：在电动机启动时，将停止状态的电动机的定子绕组联结为星形，以降低启动电压，限制启动电流，待电动机启动后再把定子绕组联结成三角形，使得电动机全压运行。电动机启动时联结成星形接线电路，此时的启动电压为三角形联结时电压的1/1.732，启动电流、启动转矩同理相应的减小，因此这种降压启动的方式只适合轻载或空载的条件下启动运行。其电路原理图如图2所示。
交流电动机性能参数的分析：对于交流电动机来说，交流电动机的额定功率，额定转矩（MN）、额定功率（PN）、额定转速（nN）、额定电压（UN）、额定电流额定电流的乘积（IN）的关系与直流电动机相似同理满足下列公式关系：
MN*nN / 9550=UN*IN*
同理交流电动机在工作过程中某一性能参数发生改变时，我们能够快速直观的分析出各性能参数的变化趋势，从而了解此时电动机的工作状态，在此不作详细阐述。
1.3 发电机性能参数的介绍
发电机是将外界输入机械能转化为电能输出的机械设备，其相关性能参数的关系与电动机的性能参数的关系相似。对于电动机由于运动部件间摩擦因素的存在，输入电动机的电能并不能转换为机械能；同理，对于发电机而言输入发电机的机械能也不可能完全转换为电能。其相关性能参数的相互关系为：（MN*nN / 9550）*=UN*IN即输入发电机的输入总功率乘以发电机的额定效率转换成为输入的有效功率，有效的输入功率才能完全的转换成为发电机的输出电功率。通过观察我们发现电动机与发电机的结构与相关性能参数之间的相互关具有较大的相似之处，尤其对于直流电动机而言，当外部某些使用条件发生转化时，直流电动机与直流发电机的工作状态可以相互发生转换。
2 结束语
电动机作为现代工业生产中最常用的动力拖动设备，与我们的日常生活生产密切相关，文章作者从电动机性能参数的相互关系角度进行了系统的分析，当电动机或发电机的某一工作性能参数发生改变时，能够根据参数之间的相互关系迅速、准确的对其他性能参数的影响做出判断，从而掌握电动机或发电机此时的工作状况。鉴于作者水平能力的限制，在书写的过程中难免出现不当之处敬请指正。
关键词：交流电动机；动作时间；释放时间；元器件节能
1 问题的提出
2013年，江西某水泥公司二号窑200 kW鼓风机，2年内已烧毁3次，造成直接经济损失200多万元。同时，由于停产检修，造成的间接损失难以估算。针对上述问题，该公司邀请了一个专业团队到公司协助解决该问题。
2 原因分析
2.1 生产现状
2013年3月，专业团队来到该公司，与该公司的工程技术人员一起进行了现场考察和技术资料研究。其中，该电动机的主电路图和控制电路如图1―2所示。
2.2 原因分析
针对上述情况和相关参考文献[1―5]，笔者认为造成该事故的原因如下。
（1）主要原因是前面设计者没有考虑交流接触器线包动作时间和其释放时间；（2）在启动电动机运行前几十ms内，由于KM2未动作，导致KM2，KM3同时得电，则电源相序间短路，轻则烧断熔嗨亢KM3主触头被烧坏可能，从而导致电动机缺相运行，电动机转速减慢，电流急增，随后，电动机可能被烧毁。由于以上第（2）点，造成KM3触头接触不良，造成电源三相不平衡，电动机转速减慢，温度升高，不及时关机，则有可能烧坏电动机；由于KM2释放时间问题，造成电动机瞬间失电，从而电动机又重新启动，电流加大，温度急剧上升，绕组磁路饱和，绕组发热，最后，电动机可能被烧坏。
3 电路设计
针对以上原因，文章总结了以下几点设计改进：
（1）充分考虑KM2的动作时间，利用KM2-4和KM1-4动作时间才能使KM3得电，避免了KM2和KM3在电动机启动前几十毫秒内同时得电；（2）在KM2线包控制电路中又串联KM3触点进行互锁，又避免了KM2释放时间问题即电动机重新启动；（3）同时使KT并联在KM3线包中，使KM3动作时KT不得电，从而更加节能，延长电路元器件的寿命。
改进设计后的电路控制如图3所示。
4 实施效果
改造后，该电动机在3年内未出现电动机烧毁现象，由此，可确定本次分析和解决措施是完全正确的。同时，直接为公司节约成本200多万元。
论文摘要:“电机与艳动”是一门理论性与实践性都很强的电气专业技术基础课。笔者通过近六年的教学实践，提出从教学安排、教学方法、教学手段、教学内容、实验实践等方面加大教学改革力度，激发学生的学习兴趣，充分发挥学生学习的积极性和主动性。
“电机与拖动”是电气工程及其自动化、机电一体化等专业的一门专业技术基础课。本课程由于牵涉到磁场的概念，使教学内容抽象、概念多、公式推导繁琐复杂，难于理解;直流电机、变压器、交流电机各部分相对独立，但又有内部联系;实践性强，但又必须有理论支持，同时还必须具备高等数学、电路与磁路、大学物理等多门学科的相关知识，导致学习这门课程存在着学生难学的情况。因此，必须从教学安排、教学方法、教学手段、教学内容、实验实践等方面加大教学改革力度，激发学生的学习积极性和主动性，增强学生的实践动手能力和创新能力，提高课程教学质量。
一、合理安排授课计划和内容
随着高校课程改革的深人进往我们在教学内容上进行了调整:现在工业应用的大部分是交流电机，直流电机的应用比重有所减小，所以在变压器、交流电机的内容上可适当加大，直流电机所占的比例可适当压缩。从讲课反馈上来看，按照先讲直流电机，再讲变压器，最后是交流电机的教学安排可能更合理些。因为学生在高中和大学物理等课程中已掌握了直流发电机和直流电动机的工作原理，所以接受起来并不困难。变压器的工作原理在“电路”的互感电路章节中有所涉及，它对“电机与拖动”中的内容有所铺垫，同时变压器与交流电机也有联系，可以把它看成是一台静止不动的交流电动机。对比变压器的一次侧电压表达式和交流电动机的定子电压表达式，我们可以看到两者的表达式非常相像，只不过交流电动机多了.项基波绕组系数。当讲到交流电动机绕组的磁势和电势时我们会发现:变压器采用的是集中整距绕组，因此;交流电机为了抑制谐波的磁势和电势，采用短距分布绕组，因此。所以，变压器可以看成是一台静止不动的交流电动机。另外，从它们的T型等效电路上来看也很相像。当然，在讲课过程中也要注意两者的区别。笔者发现按照上述的讲课顺序进行教学，学生理解会更清晰些。
二、理论联系实际，突出重点.体现课程教学中的主线
“电机与拖动”这门课程中概念很多，因此，教师在讲课时需要把“电路”中牵涉到的概念和定律先复习一下，如左手定则、右手定则、右手螺旋定则、基尔霍夫电压和电流定律、同名端和异名端等。在讲课过程中理论联系实际会使学生更易理解。如为什么转子冲片采用硅钢片叠片冲压而成?目的是为了减少磁滞损耗和涡流损耗。转子上为什么安装风扇?转子冲片上为什么开了小圆孔?目的是为了加强空气对流和散热。电机转动时风扇吸风，空气从转子的轴向通风孔流过，可帮助散热。这样讲述理论联系实际，学生学习就不会感觉枯燥了。
讲完直流电机、变压器和交流电机的每一部分后，要对该部分进行总结，归纳出重点，帮助学生理解和复习。如直流电动机部分里最重要的就是6个方程式和一个定律:(1)机械特性方程式;(2)转矩平衡方程式，(3)电压平衡方程式;(4)惯性定律:电机的转速n不能突变;(5)动力学平衡方程式;(6)电磁转矩表达式;(7)感应电势表达式。
从这6个方程式和一个定律中我们可以分析出直流电动机的启动、调速和制动过程。如根据方程式(7)和方程式(3)，可推导出电枢电流的表达式。结合惯性定律可分析直流电动机的启动，由于电机的转速n不能突变，在启动的一瞬间，转速n二0，因此电枢电流为U/Ra。在一般情况下，电压U为额定电压UN，电枢中不串人附加电阻，只有内阻Ra，则电枢中电流过大，易烧毁电机。因此，工业用直流电动机不允许直接启动，要限制启动电流在一个合适的范围内。由电枢电流U/R。的关系可知，可减小分子或增大分母，因此，可采用电枢串电阻或降压启动这两种方式。
对于直流电动机钓调速过程，根据方程式(1)可知，要想改变电机的转速n，对于选定的电机，由于Ce和CT是常数，电机达到平衡状态时T=TL，因此，进行调速能改变的电气参数就只有电压U、电枢回路的电阻Ra和主磁通Ф。由此得到了三种调速方法:降压调速、电枢串电阻调速和弱磁调速。
对于直流电动机的制动过程，根据方程式(1)、方程式(S)和惯性定律亦可进行推导。如能耗制动过程的分析:电动机本来在第一象限电动运行，能耗制动开始时，机械特性方程立刻变化为方程式(8)，但根据惯性定律的结论，由方程式(8)可知电磁转矩T为负值。根据方程式(2)可知电动机进入减速状态，即能耗制动过程。当n=0时，由方程式(8)可知，T=0，但负载转矩一般不为0，因此在能耗制动结束时需要采用机械装置卡住转子使之停车。
学生掌握了这些方程式和定律，在不同的情况下分析和灵活运用，就可以抓住直流电动机这部分的核心内容，它对后续课程的学习帮助很大。同理可归纳出变压器和交流电动机的核心要点，这里不再赘述。
三、充分利用多媒体等教学手段
本门课程如果仅靠板书来讲解，不仅授课进程缓慢，影响教学进度，而且学生理解吃力，教学效果比较差。 例如，三相旋转磁场的产生过程，该部分比较难理解，学生容易产生厌烦情绪。为此我们精心设计和制作了PowerPoint图片和Flash动画等教学课件来演示三相旋转磁场的产生过程，同时采用电机实物进行现场演示。在一台去除了转子的交流电动机定子内部放置一个小磁针，在三相对称绕组上加上三相对称电源，将直观地看到小磁针转动。将三相交流电源中的任意两相电源线对调后，发现小磁针转动方向会改变。这样，学生就直观地看到了交流电机旋转磁场的正反转，便于理解交流电动机的正反转。由此我们就可以提出问题:为什么小磁针能够转动?采用这种方式在多媒体教学过程中解决问题。即提出问题一分析问题一解决问题。通过这样的教学手段，能够锻炼学生独立思考能力和独立解决问题的能力。
采用多媒体等教学手段，结合理论知识进行分析和讲解，教师可将复杂、枯燥的内容变得直观、容易理解，给学生留下深刻的印象，学习过程也变得轻松愉快，教学效果很好。
但对于变压器、异步电动机的运行分析，采用传统的板书教学模式比较好，因为这些部分需要进行逻辑推导，采用板书教学有助于学生前后连贯地分析和理解。所以，在教学过程中要因地制宜，在适当的章节采用并加强多媒体教学。
四、理论教学和实验实践教学相结合
为了增强学生对电机结构的感性认识，我们在教学计划中安排了一周时间进行交流电机的拆装实习。通过拆装实习可帮助学生掌握电机内部结构及工作原理;掌握电机绕组拆卸、绕制及电机装配过程;掌握电机测试和检修的方法;掌握相关电工仪表使用。学有余力的学生可以向实验室教师申请选做实验。学生自已查阅资料选题，设计实验线路和接线步骤，分析实验数据，培养学生的独立工作能力。
此外，我们也积极开展校外实习活动，即组织学生到工厂进行参观实习，实际观看各种电机和变压器的接线和工作过程，了解各种电气设备的功能和使用。经过和厂方协调，让工人师傅现场示范不同类型电气设备的操作，让学生对各种生产机械的主要结构及操作情况有亲身体验，从而为讲授相关生产机械的电气控制打下基础。通过校外实习可提高学生的工程意识与实践能力，为将来的就业增加磅码。
五、通过网络平台与学生互动，加强交流
“电机与拖动“这门课程已申报洛阳理工学院精品课程。我们把很多教学资源放在校园网上供学生下载观看。学生只要登录校园网，就可以学习和观看教学录像。我们在网上提供比较新颖的资料:如欧美国家和我国的电机发展简史，西门子公司生产的步进电机和伺服电机，日本三菱公司的变频电机的图片和直流无刷电机的实际应用等。通过上述措施提高学生的兴趣，从而提高教学效果。
另外，我们在精品课程网站上建立了BBS，学生有任何关于“电机与拖动”这门课程的疑问都可以提出来，教师抽出时间集中进行解答。通过这种形式与学生互动，使学生能共享教学资源，加强对所学内容的理解，方便学生学习。
六、重视习题课的作用
在课堂教学中通过对学生的提问，了解学生的理解程度和错误原因，帮助他们纠正错误。在习题课上精心选择两三道计算题让学生进行解答，然后对计算过程中出现的问题进行讲评。在讲评过程中，分析学生的解题步骤，了解学生的解题思路。争取实现一题多解，从而有利于学生的发散性思维和演绎能力的培养。对学生解题中出现的错误及时指出，避免重复犯错，起到事半功倍的作用。针对学生学习过程中的薄弱环节，适当调整教学安排，有的放矢，从而更好地完成教学任氛
关键词：教学；傅立叶级数；自动控制原理
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）31-0187-02
“自动控制元件”是生长干部学历教育“测控工程”专业一门必修工程技术基础课程。该门课程是“控制系统仪器及其测试”课程学习的先导课程，对学员理解典型直流电动机、交流电动机和步进电动机等常见执行元件的基本结构、工作原理、静态和动态特性，掌握常用元件的选择和使用方法，提高控制系统分析和设计的实践能力具有重要的作用。工科数学分析中的傅里叶级数讲的是一个周期函数可以展开成直流分量与一系列谐波分量之和。在自动控制元件课程中多次应用到傅里叶级数，因此傅里叶级数不仅在数学理论上有较大的作用，而且阐述了一种重要的物理现象，在工程实践上有很多的应用。
一、非磁阻式电动机的电磁转矩
我校自动控制元件课程中所涉及的非磁阻式电动机的电磁转矩几乎都可以用两个同心圆柱面磁场间的力矩来解释。图1表示两个同心圆柱面，圆柱孔的内表面和圆柱体的外表面都是两极磁场。取两个异性磁极正好对齐的位置为磁场夹角θ的零值，内圆柱体所受力矩为T。根据磁极间同性相斥、异性相吸的原理可以看出，只要两个表面的磁极不是正好对齐，两表面间就存在相互作用力矩T。T是θ的周期函数，周期是360°。根据傅立叶级数理论，可将T写成θ的一系列正弦函数之和，其中基波为：
1、电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。电动机是把电能转换成机械能的一种设备。
2、它是利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机。
3、各种电动机中应用最广的是交流异步电动机(又称感应电动机)。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机(见同步电机)。
4、同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。
（来源：文章屋网 ）
关键词技术现状 工作原理 运行维护
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
一、电动机技术发展及现状
在现代化生产过程控制中，电机是利用电磁感应原理工作的机械。随着生产的发展而发展的，现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这一速度固定不可调整，其通用性较弱。反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电机的基本结构变化不大，但是电机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机，控制电机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电机学科的一个独立分支。
它应用广泛，种类繁多。性能各异，分类方法也很多。电机常用的分类方法主要有两种：一种是按功能用途分，可分为发电机﹑电动机，﹑压器和控制电机四大类。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备，各种电动机消耗的电能占全国总发电量的60%~70%。另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类.交流电机又分为同步电机和异步电机.
在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。
按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。
纵观电力拖动的发展过程，交，直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。
虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，因此它今后将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。
关键词：三相异步电动机 调速
根据转速公式n=n0（1-s）=60f1（1-s）/p，我们可以很直观地看出交流电动机调速可以采用变极调速、变频调速和改变转差率调速等三种基本调速方法。
一、改变定子极对数p调速
在电源频率f1不变的条件下，改变电动机的磁极对数，电动机的同步转速n1就会发生变化。改变极对数的方法有两种：一是可以在定子铁芯槽内嵌放两套不同极数的三相绕组（这种方法很不经济）；二是利用改变定子绕组的接法来改变极对数达到调速目的。要注意的是，在改变电动机定子极数的同时，必须改变转子的极数。以双速电动机/YY接法为例，如下图所示。
a）
低速时绕组接法 高速时绕组接法
b）
图
从定子绕组接法变为YY接法，磁极对数从p=2变为p=1。电动机转速1500r/min，改变极对数后，转速变为原来的两倍（3000r/min）。
本方法适用于笼型异步电动机，既可以应用于恒转矩负载，又可以应用于恒功率负载，其特点是：平滑性差、具有较好的机械特性，稳定性较好，应用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、调转差率调速
1.笼型异步电动机的定子调压法和电磁调速法
（1）定子调压调速。当改变电动机的定子电压时，电动机的同步转速和临界转差率均不变，但电动机的最大电磁转矩和启动转矩均随电压的平方减小，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。调压调速可以使通风机负载在非线性区稳定运行。其特点是：这种方法既非恒转矩调速，也非恒功率调速，最适用于转矩随转速降低而减小的负载。
（2）电磁调速法。电磁调速法是用电磁调速电动机（也叫转差电动机或电磁离合器）进行调速。电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。其特点是机械特性很软，调速性能很差。
2.绕行异步电动机的转子回路串电阻法与回路串电动势法
（1）转子回路串接电阻。这是改变电动机转差率S进行调速的方法之一，只能适用于绕线转子异步电动机。在转子回路串入附加电阻增加转差功率，以发热的形式消耗在附加电阻上，它属于转差功率消耗型调速方法。串接的电阻形式有水电阻、金属电阻与频敏电阻。其特点是不能无极调速，并且浪费电能。
（2）串级调速。在转子回路中串入附加电动势，这种方法称为串级调速。这种方法，因串入附加电动势而增加转差功率，回馈给电网或者回馈到电动机轴上，因此属于转差功率回馈型调速方法。串级调速可实现恒磁通（即恒转矩）的高效率的无级调速。
三、变频调速方法
变频调速反应的是U1与f1的关系，通常分为恒转矩变频调速和恒功率变频调速。
1.恒转矩变频调速
恒转矩变频调速是指在基频以下调速，U1/f1=常数。根据U1≈E1=4.44f1N1kΦm，在恒转矩负载下，过载能力λm不变主磁通Φm不变最大转矩TM不变。
2.恒功率变频调速
