电机调速的功率控制原理

摘要：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。

 

 

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：
　　Ｐ M＝Ｍ Ω                          (１)

 

　　或 Ω＝Ｐ M

                

／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Ｐ M

 

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＝Ｍ fz                                     (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Ｐ M1，调速后的稳态转速为 Ω2，相应的
轴功率变为Ｐ M2  

。 由于电磁转矩：

　　Ｍ＝Ｐ M／Ω                           (４）
  　　故调速时，电磁转矩变为：
　　Ｍ＝Ｐ M2／Ω