1、機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究摘 要 討論了機(jī)電一體化技術(shù)對于改變整個機(jī)械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞 機(jī)電一體化 技術(shù) 應(yīng)用1. 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。1.1. 數(shù)字化微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠

2、性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操1.3 模塊化由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。1.4 網(wǎng)絡(luò)化由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)

3、算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。1.5 人性化機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。1.6 微型化微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及

4、信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個微電機(jī)以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。1.7 集成化集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與

5、高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。1.8 帶源化是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運(yùn)動的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。1.9 綠色化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低

6、污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。2. 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個方面：2.1. 智能化控制技術(shù)(IC)由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必

7、要采用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼-連鑄-軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。2.2. 分布式控制系統(tǒng)(DCS)分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實(shí)時調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成

8、為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。DCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。DCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強(qiáng)，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。2.3. 開放式控制系統(tǒng)(OCS)開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念。“開放”意味著對一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通

9、過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測量與控制一體化。2.4. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機(jī)自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、

10、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。2.5. 現(xiàn)場總線技術(shù)(FBT)現(xiàn)場總線技術(shù)(Fied Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(shù)(如420mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過現(xiàn)場總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場信號連接導(dǎo)線。現(xiàn)場總線的引入導(dǎo)致DCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表

11、，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場總線化檢測儀表、現(xiàn)場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展。2.6. 交流傳動技術(shù)傳動技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過直流調(diào)速水平。現(xiàn)在無論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。參考文獻(xiàn)

12、1. 楊自厚 人工智能技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用J冶金自動化，1994（5）2. 唐立新.鋼鐵工業(yè)CIMS特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)的研究J冶金自動化，1996（4）3. 唐懷斌 工業(yè)控制的進(jìn)展與趨勢 J自動化與儀器儀表，1996（4）4. 王俊普 智能控制M 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，19965. 林行辛 鋼鐵工業(yè)自動化的進(jìn)展與展望J河北冶金，1998（1）6. 殷際英 光機(jī)電一體化實(shí)用技術(shù)M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20037. 芮延年 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004電機(jī)功率轉(zhuǎn)換的原理引言：電機(jī)調(diào)速實(shí)質(zhì)的探討，是關(guān)系到近代交流調(diào)速發(fā)展的重要理論問題。隨著近代變頻調(diào)速矢量控制及直接

13、轉(zhuǎn)矩控制等調(diào)速控制理論的提出和實(shí)踐，很多有關(guān)文獻(xiàn)和論著都把調(diào)速的轉(zhuǎn)矩控制確認(rèn)為調(diào)速的普遍規(guī)律，并提出調(diào)速的實(shí)質(zhì)和關(guān)鍵在于電磁轉(zhuǎn)矩控制。然而，這種觀點(diǎn)尚缺乏理論和實(shí)踐的證明，值得商榷。本文根據(jù)電機(jī)功率轉(zhuǎn)換的普遍原理，提出并證明恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的實(shí)質(zhì)在于電機(jī)的軸功率控制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是功率控制的響應(yīng)，其關(guān)鍵為如何通過電功率控制軸功率。一、功率控制與轉(zhuǎn)矩控制根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，凡電動機(jī)都可劃分為主磁極和電樞兩個功能部分。主磁極的作用是建立主磁場，電樞則是與磁場相互作用將電磁功率轉(zhuǎn)換為軸功率。直流電動機(jī)的主磁極和電樞不僅結(jié)構(gòu)鮮明，而且功能獨(dú)立，無疑符合以上定義。而交流（異步）電動機(jī)通常以定子、轉(zhuǎn)子劃分構(gòu)成，需

14、加說明。根據(jù)所述電樞定義，異步機(jī)的軸功率產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子，因此，異步機(jī)真正的電樞是轉(zhuǎn)子。問題在于定子，一方面定子勵磁產(chǎn)生主磁場，故定子是主磁極。另一方面，定子又通過電磁感應(yīng)為電樞（轉(zhuǎn)子）輸送電磁功率，卻不產(chǎn)生軸功率，因此定子又具有電樞的部分特征，這里我們把它稱為偽電樞。定子的這種復(fù)合功能，是異步機(jī)區(qū)別于直流機(jī)的主要特征。從電樞輸出角度觀察，電動機(jī)的軸功率與電磁轉(zhuǎn)矩機(jī)械轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：PMM (1)或 PMM （2）公式（2）除了給出了電機(jī)轉(zhuǎn)速與軸功率和電磁轉(zhuǎn)矩間的量值關(guān)系以外，同時表明，電機(jī)轉(zhuǎn)速最終只能通過軸功率或電磁轉(zhuǎn)矩兩種控制獲得調(diào)節(jié)，前者簡稱功率控制，后者簡稱轉(zhuǎn)矩控制。1. 功率控制功率控制是以

15、軸功率PM為調(diào)速主控量， 作用對象必然是電樞或偽電樞。電磁轉(zhuǎn)矩在調(diào)速穩(wěn)態(tài)時，取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小。即 MMfz (3)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一經(jīng)為客觀工況所確定之后，電磁轉(zhuǎn)矩就唯一地被決定了，因此電磁轉(zhuǎn)矩不僅與調(diào)速控制無關(guān)，而且不能隨意改變其量值。電磁轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的作用表現(xiàn)在調(diào)速的過渡過程，轉(zhuǎn)矩的變化是轉(zhuǎn)速響應(yīng)滯后的結(jié)果，此時，功率控制造成電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。設(shè)電機(jī)調(diào)速前的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為1，軸功率為PM1，調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為2，相應(yīng)的軸功率變?yōu)镻M2。 由于電磁轉(zhuǎn)矩：MPM (4）故調(diào)速時，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)椋篗PM2由于受慣性的作用，在t0的調(diào)速瞬時1，故MPM21t=0此時的電磁轉(zhuǎn)矩將與原來的電磁轉(zhuǎn)矩M1PM11不等，

16、轉(zhuǎn)矩平衡被破壞并產(chǎn)生動態(tài)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速在動態(tài)轉(zhuǎn)矩作用下開始由1向2過渡，其變化規(guī)律為：1（12）et/T2 （5）電磁轉(zhuǎn)矩則為：MPM2（12）et/T2隨著時間增大，動態(tài)轉(zhuǎn)矩減小，直至電磁轉(zhuǎn)矩與新的負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，即：MPM22Mfz，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在2不變，電機(jī)調(diào)速結(jié)束。 上述的調(diào)速過程可以由圖1的框圖說明。圖1 功率控制的調(diào)速流程功率控制作用的是電樞，主磁場或主磁通量保持不變，根據(jù)電機(jī)理論，電機(jī)的額定電磁轉(zhuǎn)矩正比于主磁通量，受限于電樞的最大載流量。因此功率控制調(diào)速時，電機(jī)的額定電磁轉(zhuǎn)矩輸出能力不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。2. 轉(zhuǎn)矩控制根據(jù)公式（2），電機(jī)轉(zhuǎn)速在軸輸出功率不變的前提下，與電磁轉(zhuǎn)矩成反比。

17、由于受電磁轉(zhuǎn)矩以額定轉(zhuǎn)矩為上限的約束，轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際上只能在額定轉(zhuǎn)矩以下實(shí)現(xiàn)，因此屬于恒功率調(diào)速。電磁轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制方法主要依據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：MCMmIS （直流機(jī)） (6)或 MCMmI2COS2 （交流機(jī)） (7)受控的物理量為主磁通m，由于主磁通量m產(chǎn)生于主磁極，因此轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際上是磁場控制，作用對象為主磁極。轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速同樣要保證穩(wěn)態(tài)時的轉(zhuǎn)矩平衡，即：MMfz由于調(diào)速穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生了變化，因此要求負(fù)載轉(zhuǎn)矩適應(yīng)于電磁轉(zhuǎn)矩變化，即要求負(fù)載跟蹤電機(jī)。轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際是弱磁調(diào)速，主要用于額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速。鑒于本文重點(diǎn)討論的是功率控制，故不贅述。二、功率控制的方法與性能電機(jī)調(diào)速的軸功率控制只能通過

18、電功率間接控制來實(shí)現(xiàn)。以異步機(jī)為例，圖2是其等效三端口網(wǎng)絡(luò)。圖2.異步機(jī)的等效網(wǎng)絡(luò)其中電樞（轉(zhuǎn)子）除產(chǎn)生軸功率輸出外，還產(chǎn)生以感應(yīng)電壓u2和電流i2為參量的電功率響應(yīng)。由于該功率與轉(zhuǎn)差率成正比，故稱轉(zhuǎn)差功率，其端口簡稱Ps口。如果電機(jī)轉(zhuǎn)子為籠型，其繞組呈短路狀，Ps口為封閉不可控的。反之為繞線型，Ps口則是開啟可控的， 轉(zhuǎn)子可以通過Ps口輸出或輸入電功率。由此可見，異步機(jī)的功率控制調(diào)速有兩種方式，一種是通過偽電樞間接對電樞實(shí)現(xiàn)軸功率控制；另一種是通過Ps口直接控制電樞軸功率。 前者主要適用于籠型異步機(jī)，后者則適用于繞線型異步機(jī)。1. 定子偽電樞功率控制。圖3.異步機(jī)定子功率控制調(diào)速作為偽電樞，

19、定子向電樞（轉(zhuǎn)子）傳輸?shù)碾姶殴β剩篜emP1P1 （8）電樞的軸功率則為：PMPemP2 (9)故 PMP1（P1P2） (10)可見，控制偽電樞的輸入功率P1或增大其損耗P1就可以控制電樞的軸功率，后者顯然是低效率、高損耗的調(diào)速，不宜推薦?？刂芇1調(diào)速的唯一方法是調(diào)壓變頻， 即所謂的變頻調(diào)速。由于：P1m1U1I1COS1 (11)故對于電壓源供電調(diào)節(jié)端電壓U1是控制功率P1的必須手段。問題的關(guān)鍵是為什么不能單純調(diào)壓，而必須輔以變頻？這是定子除了偽電樞的功能之外，還同時兼主磁極之故。前已敘及，功率控制的要點(diǎn)有： 保持主磁通量不變 作用對象是電樞或偽電樞 控制目標(biāo)是軸功率如果單純調(diào)壓而頻率不變

20、，定子的主磁極功能就要受到嚴(yán)重影響。根據(jù)電機(jī)理論，做為主磁極，定子的主磁通量：mE4.44W1kr1f1KE1f1KU1f1 (12)恒頻調(diào)壓的結(jié)果，主磁通m將隨U1下降而減小，形成了前述的轉(zhuǎn)矩控制。更主要的是此時不但未能控制功率P1，反而增大了電機(jī)損耗，與目的絕然相悖。設(shè)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，由轉(zhuǎn)矩平衡方程，電磁轉(zhuǎn)矩：MMfzconst又 MCMmI1COS1CMmI2COS2 (13)設(shè)功率因數(shù)不變，定轉(zhuǎn)子電流I1、I2將隨主磁通m下降而正比增大，其結(jié)果功率P1不變，但定轉(zhuǎn)子損耗：P1m1I 12 r1P2m2I 222 r1將按電流的平方律增大。根據(jù)式（10），軸功率控制雖能實(shí)現(xiàn)，卻屬低效率

21、高損耗的調(diào)速。為此，異步機(jī)定子的功率控制調(diào)速，必須要將定子的主磁極和偽電樞兩種功能游離開。針對同一定子繞組，一方面使主磁極產(chǎn)生的磁場保持穩(wěn)定，同時又要控制其向電樞傳遞的電磁功率。于是變頻調(diào)速建立了一條重要原則，就是調(diào)壓變頻，且保證VF（壓頻比）為常數(shù)，這樣就確保了上述控制要求的實(shí)現(xiàn)。順便指出，近代變頻調(diào)速的矢量控制，實(shí)際上就是遵循這一原理。矢量控制的核心思想，是把磁場與轉(zhuǎn)矩游離開，分別加以控制，認(rèn)為調(diào)速的根本在于轉(zhuǎn)矩，而事實(shí)上游離的卻是磁場和電磁功率，雖然結(jié)果無誤，但理論上必須加以澄清。2. 轉(zhuǎn)子功率控制對于繞線轉(zhuǎn)子異步機(jī)的調(diào)速，可以利用轉(zhuǎn)差功率端口Ps口直接控制軸功率。方法是由Ps口移出或注

22、入轉(zhuǎn)差功率。需要指出： 所述的轉(zhuǎn)差功率應(yīng)區(qū)別經(jīng)典電機(jī)學(xué)中的轉(zhuǎn)子損耗轉(zhuǎn)差功率，為此將后者稱為轉(zhuǎn)子損耗功率，記以P2。 轉(zhuǎn)差功率有電能與熱能之分，分別記以Pes和Prs，兩者性質(zhì)不同，對調(diào)速的影響也不同。圖4.異步機(jī)轉(zhuǎn)子功率控制調(diào)速當(dāng)在轉(zhuǎn)子的Ps口引入電轉(zhuǎn)差功率Pes時，轉(zhuǎn)子的軸功率：PM（PemPes）P2 （14）式中的Pem為定子向轉(zhuǎn)子傳輸?shù)碾姶殴β?，電轉(zhuǎn)差功率的負(fù)號表示從Ps口移出，正號表示從Ps口注入。Pes屬電功率，故與電磁功率相合成，結(jié)果使軸功率PM發(fā)生變化，電機(jī)轉(zhuǎn)速得到相應(yīng)調(diào)節(jié)。電轉(zhuǎn)差功率調(diào)速的典型實(shí)例是串級調(diào)速和雙饋調(diào)速，前者的電轉(zhuǎn)差功率為負(fù)，流向?yàn)閺霓D(zhuǎn)子移出，故實(shí)現(xiàn)的是額定轉(zhuǎn)速

23、以下的調(diào)速。后者的電轉(zhuǎn)差功率可以雙向流動，既可以移出，又可以注入，因此可以實(shí)現(xiàn)低同步和超同步兩種調(diào)速。當(dāng)Ps口引入的是熱轉(zhuǎn)差功率Prs時， 轉(zhuǎn)子的軸功率則為：PMPem（P2Prs） (15)顯然熱轉(zhuǎn)差功率的引入，增大了電樞（轉(zhuǎn)子）的損耗，軸功率隨Prs的增大而減小，其典型例子是異步機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。三、功率控制的理想空載轉(zhuǎn)速，效率與機(jī)械特性根據(jù)電機(jī)學(xué)，電動機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速主要取決于電樞的電磁功率，因有：0PemM （16）由于電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)載所決定，理想空載轉(zhuǎn)速0就決定于某一負(fù)載條件下電磁功率的大小。功率控制調(diào)速的電樞功率可以綜合表達(dá)為：PMPemp2 （17）相應(yīng)的轉(zhuǎn)速：PMMPemMp2M （18）0 (19)其中0PemM為功率控制調(diào)速的理想空載轉(zhuǎn)速，因此調(diào)節(jié)電樞的電磁功率可以改變電機(jī)的理想