电动机控制漫谈（电动机革新对生活一些改变）

当年发现通电导体在磁场运动时，人们想到了电动机可是当时没有很好解决当线圈转过平衡位置时，线圈会反向偏转问题，最后在平衡位置振动后静止这是1821年英国科学家法拉第首先发现，第一个把电力转变为旋转运动但是当时他并没有真正发明电动机，下面我们就来聊聊关于电动机控制漫谈?接下来我们就一起去了解一下吧!

电动机控制漫谈

当年发现通电导体在磁场运动时，人们想到了电动机。可是当时没有很好解决当线圈转过平衡位置时，线圈会反向偏转问题，最后在平衡位置振动后静止。这是1821年英国科学家法拉第首先发现，第一个把电力转变为旋转运动。但是当时他并没有真正发明电动机。

最先制成电动机的人，据说是德国的雅可比，他是第一个发明换向器的人，物理原来很简单，每当线圈转过平衡位置时候，换向器就改变电流方向，实现线圈连续转到。不过他于1834年前后成了一种简单的装置：在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用 ，带动轮轴转动。后来，雅可比做了一具大型的装置。安在小艇上，用320个丹尼尔电池供电，1838年小艇在易北河上首次航行，时速只有2.2公里，与此同时，美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机，印刷过美国电学期刑《电磁和机械情报》。但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。

直到第一台实用直流发动机问世 ，电动机才行了广泛应用。1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机，在设计上，直流发电机和电动机很相似。后来，格拉姆证明向直流发动机输入电流，其转子会象电动机一样旋转。于是，这种格拉姆型电动机大量制造出来。效率也不断提高。与此同时，德国的西门子接制造更好的发电机，并着手研究由电动机驱动的车辆，于是西门子公司制成了世界电车。1879年，在柏林工业展览会上，西门子公司不冒烟的电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有3马力，后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达12—15马力。但当时的电动机全是直流电机，只限于驱动电车。

1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。

1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。

同步电动机工作原理同感应电动机一样，由定子产生旋转磁场，便转子绕组用直流供电，转速固定不变，不受负载影响。因此同步电动机特别适用于钟表，电唱机和磁带录音机。

电动机发现到发明走了一个漫长时期，因为当一种科学成为技术，还需要人听过仔细观察，根据实际应有，找到一些技术上的突破。

由于人们普通对热机动力汽车造成环境污染耿耿于怀，于是新能源汽车成为当今社会一个流行话题。

新能源汽车专用的电动机，通过从电池中获取有限的能量产生动作，所以要求其在各种环境下的效率都要很好。因而，在性能上要求比一般工业用的电动机更加严格。适合作为电动汽车专用的电机需要满足几个特性：由高速化而生的小型轻量化(坚固性)、高效性(一次充电后的续驶里程长)、低速大转矩情况下的大范围内的恒定输出特性、寿命长以及高可靠性、低噪声性和成本低廉。

但是现实中全部满足以上几个特性的电机还未被开发出来。目前更适于新能源汽车的电机是交流异步电机和永磁同步电动机。

异步电动机的控制系统:由于交流三相感应电机不能直接使用直流电，因此需要逆变装置进行转换控制。新能源汽车减速或制动时，电机处在发电制动状态，给蓄电池充电，实现机械能转换为电能。在新能源汽车上，由功率半导体器件构成的PWM功率逆变器把蓄电池电源提供的直流电变换为频率和幅值都可以调节的交流电。三相异步电动机逆变器的控制方法主要有V/f恒定控制法、转差率控制法、矢量控制法和直接转矩控制法(DTC)。20世纪90年代以前主要使用前两种控制方式，但是因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车并不适合。现在，后两种控制方式目前处于主流的地位。

异步电动机的在现在电动汽车应用现状。在美国，异步电动机应用的较多，这也被人为是和路况有关。在美国，高速公路已经具有一定的规模，除了大城市外，汽车一般以一定的高速持续行驶，所以能够实现高速运转而且在高速时有较高效率的异步电动机得到广泛应用。在我国，随着高速公路规模的发展，交流异步电动机在新能源汽车上的应用也会越来越重要。

永磁同步电动机:在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场有两种方法。一种是在电机绕组内通电流产生磁场，这种方法既需要有专门的绕组和相应的装置，又需要不断供给能量以维持电流流动，例如普通的直流电机和同步电机。另一种是由永磁体来产生磁场，这种方法既可简化电机结构，又可节约能量。由永磁体产生磁场的电机就是永磁电机。

它利用永磁体建立励磁磁场的同步电动机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成。同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。

永磁同步电动机有以下优点：功率因数大，效率高，功率密度大；结构简单、便于维护，使用寿命较长、可靠性高；调速性能好，精度高；具有良好的瞬时特性，转动惯量低，响应速度快；频率高，输出转矩大，极限转速和制动性能优于其他类型的电机；采用电子功率器件作为换向装置，驱动灵活，可控性强；形状和尺寸灵活多样，便于进行外形设计；采用稀土永磁材料后电机的体积小、质量轻。

但是永磁同步电动机也有以下缺点：电机造价较高；在恒功率模式下，操纵较为复杂，控制系统成本较高；弱磁能力差，调速范围有限；功率范围较小，受磁材料工艺的影响和限制，最大功率仅为几十千瓦；低速时额定电流较大，损耗大，效率较低；永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁材料磁场不可变，要想增大电机的功率，其体积会很大；抗腐蚀性差；不易装配。

永磁电机作为驱动电机的优越性:

①转矩、功率密度大、起动力矩大。永磁电机气隙磁密度可大大提高，电机指标可实现最佳设计，使得电机体积缩小、重量减轻，同容量的稀土永磁电机体积、重量、所用材料可以减轻30%左右。永磁驱动电机起动转矩大，在汽车启动时能提供有效地启动转矩，满足汽车的运行需求。

②力能指标好。Y系列电机在60%的负荷下工作时,效率下降15%,功率因数下降30%，力能指标下降40%。而永磁电机的效率和功率因数下降甚微,当电机只有20%负荷时,其力能指标仍为满负荷的80%以上。同时永磁无刷同步电机的恒转矩区比较长,一直延伸到电机最高转速的50%左右,这对提高汽车的低速动力性能有很大帮助。

③高效节能。在转子上嵌入稀土永磁材料后,在正常工作时转子与定子磁场同步运行,转子绕组无感生电流,不存在转子电阻和磁滞损耗,提高了电机效率。永磁电机不但可减小电阻损耗,还能有效地提高功率因数。如在25%-120%额定负载范围内永磁同步电机均可保持较高的效率和功率因素。

④结构简单、可靠性高。用永磁材料励磁,可将原励磁电机中励磁线圈由一块或多块永磁体替代,零部件大量减少,在结构上大大简化，改善了电机的工艺性,而且电机运行的机械可靠性大为增强,寿命增加。转子绕组中不存在电阻损耗,定子绕组中几乎不存在无功电流，

永磁电机应用现状

稀土永磁电机的设计理论、计算方法、检测技术和制造工艺正不断地完善和发展,永磁材料的性能和可靠性正不断地提高。电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的快速发展也对永磁驱动电机的发展起到了积极的促进作用。随着未来混合动力汽车和纯电动汽车的快速发展,永磁驱动电机将迎来一个更为快速发展的时期,其发展趋势也将呈现以下特点:高功率密度、高转矩密度、高可控性、高效率、高性能、高价格比等,以满足混合动力汽车和纯电动汽车的实际需求。

综上所述，电动机发现带现在新能源汽车开发，人类在不断改进各自技术，让科学转化成科技，然后变成一种实用的成熟技术走进我们的生活。

于是，我想到一个问题电磁炮发现也是在电动机这一原理下诞生的。19世纪，英国科学家法拉第发现了法拉第电磁感应定律，该定律表明磁场中的电荷和电流会受到洛仑兹力的作用，即位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动，同时，如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动，导线上也会产生电流。

20世纪初，有人提出利用洛仑兹力发射炮弹的设想。在两次世界大战中，法国、德国和日本都曾研究过电磁炮。第二次世界大战以后，其他国家也进行过这方面的研究。

1845年，查尔斯·惠斯通制作出了世界第一台磁阻直流电动机，并用它把金属棒抛射到20米远。此后，德国数学家柯比又提出了用电磁推进方法制造"电气炮"的设想。

第一个正式提出电磁发射/电磁炮概念并进行试验的是挪威奥斯陆大学物理学教授伯克兰。他在1901年获得了"电火炮"专利。1920年，法国的福琼·维莱普勒发表了《电气火炮》文章。几乎同时，美国费城的电炮公司研制了用于火炮的电磁加速器。二战期间，在军事需求的刺激下，德国、日本都研制过电磁炮。德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到1.2公里/秒的初速。

20世纪70年代初，澳大利亚国立大学建造了第一台电磁发射装置，将 3克重的塑料块（炮弹）加速到6000米/秒的速度。此后，澳、美科学家制造了不同类型的实验样机，并进行过多次发射实验。用单极发电机供电的电磁炮，已能把318克重的炮弹加速到4200米/秒的速度。磁通压缩型电磁炮已能将 2克重的炮弹加速到11000米/秒的速度。

1980年，美国西屋公司为“星球大战”建造的实验电磁炮把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米，而在真空中，这个速度还可提高到每秒8~10千米。

1992年，美国已把一门口径90毫米、炮口动能9兆焦的电磁炮样炮推到尤马靶场进行试验。电磁炮从实验室到靶场说明，电源小型化技术已有所突破。

电磁炮在不仅仅用来做武器，还可以广阔应用，据说我国航母弹射器就采用了这一技术。我一直有一种预感，虽然电磁炮技术进一步成熟，能不能作为一种汽车动力系统呢。如果这种技术能够突破，新能源汽车的动力远远超过传统的燃油动力汽车，只是目前还只能是一种设想。汽车磁场系统和作为驱动的磁炮与与传统曲轴系统会发生革命性变化，直接让磁场作用一种对旋转体直接作用，减少曲轴消耗点机械能，对于飞轮挑战具有很大挑战性。

如何来实现，也是人类一个挑战！

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