一文看懂感应电机控制技术的发展历史

电机的历史可以追溯到1820年，当时汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现了电流的磁效应，一年后，迈克尔法·拉第发现了电磁旋转，并建立了第一个原始直流电机。法拉第在1831年发现了电磁感应，但直到1883年特斯拉才发明了感应（异步）电机。今天，电机的主要类型仍然是相同的，直流、感应（异步）和同步电机，都是基于欧尔斯特德、法拉第和特斯拉一百多年前发展和发现的理论。

自从感应电机发明以来，它已成为当今使用最广泛的电机，这是因为感应电机比其他电机有优势。主要优点是感应电机不需要在电机的静止和旋转部分之间建立电气连接，因此，它们不需要任何机械换向器（电刷），它们是免维护电机。感应电机还具有重量轻、惯性小、效率高、过载能力强等特点。因此，它们更便宜、更坚固，而且在高速时不会出现任何故障。此外，电机可以在爆炸性环境中工作，不会产生火花。

考虑到上述所有优点，感应电机被认为是完美的机电能量转换器，然而，机械能往往需要在变速，其中速度控制系统不是一件小事。为异步电机提供变频变幅的三相电压是产生无级变速的唯一有效途径。转子速度取决于定子提供的旋转磁场的速度，因此需要变频。需要可变电压，电机阻抗在低频时降低，必须通过降低电源电压来限制电流。

在电力电子技术出现之前，感应电机的限速控制是通过将三个定子绕组从三角形连接切换到星形连接来实现的，这样可以降低电动机绕组的电压。感应电机也有三个以上的定子绕组，以允许改变极对的数量。然而，一个有多个绕组的电机更昂贵，因为电机需要三个以上连接端口，并且只有特定的离散速度可用。另一种速度控制的替代方法可以通过绕线转子感应电机来实现，其中转子绕组端部被带到滑环上。然而，这种方法明显地消除了感应电机的大部分优点，同时也带来了额外的损耗，将电阻或电抗串接在感应电机的定子绕组上，会造成性能不良。

当时，上述方法是唯一可用的控制感应电机的速度，无限可变速度驱动器已经具有良好的性能的直流电机已经存在，这些驱动器不仅允许在四个象限内运行，而且覆盖了广泛的功率范围。它们具有很好的效率，并且具有合适的控制甚至良好的动态响应，然而，它的主要缺点是对刷子的强制性要求。

结论

近20年来，半导体技术取得了巨大的进步，为开发合适的感应电动机驱动系统提供了必要的条件。这些条件主要分为两类：（1）电力电子开关器件的成本降低和性能提高。2）在新微处理器中实现复杂算法的可能性。然而，必须做出一个先决条件，即发展合适的方法来控制感应电机的速度，与其机械简单性相反，它们的复杂性关于它们的数学结构（多变量和非线性）显得尤为重要。