一文看懂感應(yīng)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展歷史

電機(jī)的歷史可以追溯到1820年，當(dāng)時(shí)漢斯·克里斯蒂安·奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，一年后，邁克爾法·拉第發(fā)現(xiàn)了電磁旋轉(zhuǎn)，并建立了第一個(gè)原始直流電機(jī)。法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，但直到1883年特斯拉才發(fā)明了感應(yīng)（異步）電機(jī)。今天，電機(jī)的主要類型仍然是相同的，直流、感應(yīng)（異步）和同步電機(jī)，都是基于歐爾斯特德、法拉第和特斯拉一百多年前發(fā)展和發(fā)現(xiàn)的理論。

自從感應(yīng)電機(jī)發(fā)明以來，它已成為當(dāng)今使用最廣泛的電機(jī)，這是因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)比其他電機(jī)有優(yōu)勢(shì)。主要優(yōu)點(diǎn)是感應(yīng)電機(jī)不需要在電機(jī)的靜止和旋轉(zhuǎn)部分之間建立電氣連接，因此，它們不需要任何機(jī)械換向器（電刷），它們是免維護(hù)電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)還具有重量輕、慣性小、效率高、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，它們更便宜、更堅(jiān)固，而且在高速時(shí)不會(huì)出現(xiàn)任何故障。此外，電機(jī)可以在爆炸性環(huán)境中工作，不會(huì)產(chǎn)生火花。

考慮到上述所有優(yōu)點(diǎn)，感應(yīng)電機(jī)被認(rèn)為是完美的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換器，然而，機(jī)械能往往需要在變速，其中速度控制系統(tǒng)不是一件小事。為異步電機(jī)提供變頻變幅的三相電壓是產(chǎn)生無級(jí)變速的唯一有效途徑。轉(zhuǎn)子速度取決于定子提供的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，因此需要變頻。需要可變電壓，電機(jī)阻抗在低頻時(shí)降低，必須通過降低電源電壓來限制電流。

在電力電子技術(shù)出現(xiàn)之前，感應(yīng)電機(jī)的限速控制是通過將三個(gè)定子繞組從三角形連接切換到星形連接來實(shí)現(xiàn)的，這樣可以降低電動(dòng)機(jī)繞組的電壓。感應(yīng)電機(jī)也有三個(gè)以上的定子繞組，以允許改變極對(duì)的數(shù)量。然而，一個(gè)有多個(gè)繞組的電機(jī)更昂貴，因?yàn)殡姍C(jī)需要三個(gè)以上連接端口，并且只有特定的離散速度可用。另一種速度控制的替代方法可以通過繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，其中轉(zhuǎn)子繞組端部被帶到滑環(huán)上。然而，這種方法明顯地消除了感應(yīng)電機(jī)的大部分優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也帶來了額外的損耗，將電阻或電抗串接在感應(yīng)電機(jī)的定子繞組上，會(huì)造成性能不良。

當(dāng)時(shí)，上述方法是唯一可用的控制感應(yīng)電機(jī)的速度，無限可變速度驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)具有良好的性能的直流電機(jī)已經(jīng)存在，這些驅(qū)動(dòng)器不僅允許在四個(gè)象限內(nèi)運(yùn)行，而且覆蓋了廣泛的功率范圍。它們具有很好的效率，并且具有合適的控制甚至良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，然而，它的主要缺點(diǎn)是對(duì)刷子的強(qiáng)制性要求。

結(jié)論

近20年來，半導(dǎo)體技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，為開發(fā)合適的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供了必要的條件。這些條件主要分為兩類：（1）電力電子開關(guān)器件的成本降低和性能提高。2）在新微處理器中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法的可能性。然而，必須做出一個(gè)先決條件，即發(fā)展合適的方法來控制感應(yīng)電機(jī)的速度，與其機(jī)械簡(jiǎn)單性相反，它們的復(fù)雜性關(guān)于它們的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)（多變量和非線性）顯得尤為重要。