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

      以異步電機來說，比如給你一個三相異步電機，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(xí)和掌握哪些知識呢？

第一步:“動起來”——啟動

      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《電機學(xué)》。（http://vdisk.weibo.com/s/djwq4HeGfFzEJ），那里頭講過三相異步電機的知識。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，請考：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接線盒的三個接線端子上。為了安全和容易操作（防觸電），我們在三相電源線和電機之間接上一個空氣開關(guān)，這里的開關(guān)具體型號需要根據(jù)你的電機參數(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的時候，電機此時就轉(zhuǎn)了起來。


第二步:“正反轉(zhuǎn)”——換向

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

還是回到《電機學(xué)》課本，我們知道：

      三相交流異步電動機改變轉(zhuǎn)向就是改變電機繞組的相序。具體的方法是：
      1.把電源或者總空開處的三根電源線A、B、C中的任意兩根對調(diào)。例如：A與B對調(diào)；或者A與C對調(diào)或者B與C對調(diào)。
      2.還可以在主回路的熱繼電器出線端（或者啟動柜端子排上），把進電機的三根線中的兩根對調(diào)。
      3.還可以在電機接線盒中把三根線中的兩根對調(diào)。
以上介紹的方法，你可以選擇一種最方便的來改動。
      好的，按照第三條的方法，我們驗證一下，將電機接線盒的三個接線端任意兩個換一下試試效果，方法有效，可以改變方向。但是，這樣的操作方式是一個手工操作的笨辦法，工業(yè)實際生產(chǎn)過程中不可能讓你停下來去改接線，那就要實現(xiàn)自動控制。
      好了，有了這個目標(biāo)，加上我們知道改變轉(zhuǎn)向就是改變電機繞組的相序。那我們就用控制器來實現(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。其實現(xiàn)在大多數(shù)工廠里控制電機主要也是用PLC控制，因為PLC皮實，扛揍。那我們就用它來實現(xiàn)，控制原理圖如下：

      基本原理就是換相序，當(dāng)KM1常開觸點閉合的時候，電機的繞組相序是：A,B,C。當(dāng)KM2常開觸點的時候，電機的繞組相序是：C,B,A。然后在PLC的編程軟件里寫上兩三條語句就可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)自動控制，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轉(zhuǎn)動快慢的問題，也就是電機的調(diào)速問題。由《電機學(xué)》我們知道，三相異步電機的同步轉(zhuǎn)速n_{s}=\frac{60f}{p} ,p是電機極對數(shù)。50Hz電源下，4極電機應(yīng)該是1500轉(zhuǎn)，2極電機是3000轉(zhuǎn)。由于異步電機有轉(zhuǎn)差率，電機實際速度都是小于同步轉(zhuǎn)速的，如下圖：

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

      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)上面那個公式而來，至于這個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的變頻器也很多，調(diào)速已經(jīng)不是問題。？

第四步: 調(diào)速進階——大新聞

      人的欲望是無限的，電機控制行業(yè)也是。變頻交流調(diào)速雖然一定程度上實現(xiàn)了異步電機無級高效的調(diào)速，但是我們這些個同行是不滿足的。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。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，時間悄然來到了1973年，“異步派”的代表人物德國的F.Blaschke搞了個大新聞。提出了矢量變換控制（西門子）。他參照直流電機中勵磁磁場（磁化電流）、電樞磁場（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上，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的動態(tài)（瞬時）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。

      就這樣矢量控制實現(xiàn)了交流電機的解耦控制，獲得了如同直流機的良好靜、動態(tài)調(diào)速性能，開創(chuàng)了交流電機高性能控制的新時代。大家歡欣雀躍。

      時間匆匆流逝，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年又是德國人Depenbrock搞了第二個大新聞。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)時有沒有跟上。。。

      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(biāo)系內(nèi)進行磁通、轉(zhuǎn)矩的計算和控制，通過電壓空間矢量PWM逆變器的開關(guān)切換實現(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)子磁場定向，那我就基于定子磁場定向；

      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，可以說異步電機的控制大廈基本完成，后來者主要開始著眼于：

      以前測速要傳感器，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；眼前飛揚著一個個鮮活的面容；

      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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