我是否要换电机

坛内普遍有这样一个共识，交流变频调速优于直流调速，理由是：低速有力。

在这里我谈谈我个人的理解：
要比较两者差异，首先必须先对两者的结构做个了解：
首先看下一个典型的他励直流电机的内部结构：
这里，“他励”可以是永磁体，也可以是线圈励磁

以单根绕组来看，其转距和主磁通及电流成正比即
Tm=K*I*Φ，(K:比例系数，I 电流，Φ磁通)
而电流则符合I=（U-E）/r（U：绕组电压 E：感生电压 r：绕组阻抗）

若要实现直流电机调速，可以有以下几种方法：
1.在绕组内串联电阻，减小I
这种方法增加了拖动系统的损耗，机械性能变“软”，现在基本不用了。

2.调节电枢绕组电压U，这是迄今为止公认最好的一种调速方式，具有以下特点：
A）调速后的机械特性不变，速度降落只随电枢电压而变。
B）实现无级调速，零速起调
C）由于主磁通不变，电动机额定电流也不变，因此调速过程具有“恒转距”特性。
注：早期大型拖动系统电压调节是利用直流发电机拖动马达，随着电力电子技术的发展，目前普遍使用可关断器件（SCR，GTR，MOSFET，IGBT等）。

3.调节主磁通（因为增加磁通会导致磁路饱和，只能减小磁通，因此此方法又称为“弱磁调速”。
其特点是转速下降较快，但电动机输出功率不变，呈现“恒功率”特性。


总结：
1.直流电动机调速在额定转速以下，可以通过调节电枢电压获得非常满意的“恒转距”调速特性。
2.在额定转速以上可以利用弱磁调速获得“恒功率”调速特性
这使得其在调速及转距特性方面几乎是完美的。
问题是：直流电机有个非常致命的弱点，其结构本身有一个故障率很高的器件--“换向器”。

上面说到，直流电机的换向器是其固有结构带来的一个致命问题，这使得电动机的另两种类型有了较大的发展--直流无刷（BLDC）电机和交流电机。

三相笼式异步交流电机的内部结构如下图：







三相互成120度的交流交替变化在定子绕组内形成旋转磁场，这个速度我们称为同步转速。转子实际转速和同步转速有速度差，因此，转子笼条在切割磁力线过程中产生感生电动势，并在转子内部形成感生电流。这个电流在定子磁场的作用下产生扭距推动转子“跟随”定子的旋转磁场转动。
不难看出，转子要转动的先决条件就是要比定子的旋转磁场慢一些，慢的越多，切割磁力线也就越多，转子的扭距也越大。这就是所谓的“异步”。

而这样的结构也决定了交流电机具有牢固耐用的特点。


交流电机的调速方式
A.调节磁极对数：
这是有级调速方式，并且电机设计需要照顾到多种组合，无法全部做到最佳设计，故电机效率低

B.调节电流频率（变频调速）
变频调速的核心是是保持主磁通不变。这就要求变频器输出“变频”的同时也要变电压（VVVF），否则定子铁心会出现“磁饱和”导致铁心急剧发热损坏电机。为此，衍生出两种调制方式—脉幅调制（PAM）和脉宽调制（PWM）。因前者整流和逆变部分都要控制，比较复杂，目前应用最多的就是脉宽调制。

变频调速的机械特性曲线如下图：
当低于额定转速时：

可见其机械特性和直流电机有点类似。但其有一点不足，其速度越低，临界转距越小。

当高于额定转速时：



为此，V/F控制引入“转距补偿”概念，其核心思想就是在低速的时候适当提升V/F的比例用以提升损失的临界转距。由此获得一组较好的机械特性曲线如下：

这已经和直流电机的调速性能非常接近了。

很多变频器设置有转距提升选项供用户使用。不过转距提升也必须有一个前提条件：铁心不可以饱和。不然就会过补，电机发热严重，但这点往往不好掌握。因此很多变频器出厂默认是关闭的。

为了获得更好的机械，人们开始研究把如何把交流电机弄的像直流电机那样，磁场和电枢电流可以分别调节。这样做的难点在于，交流电机的励磁电流和负载电流都在定子绕组内，不好单独调节。这个问题终于在“矢量控制”概念被推出后得到了完美的解决。

其核心思想是假想2个互相垂直的直流绕组，并以此作为基本信号经2/3变换产生3相交流控制信号控制逆变电路，并在电机运行过程中根据电流的变化反馈修正基本控制信号。这样，就可以象直流电机那样，保持相互垂直的2个分量中的一个不变而单独控制另一个。

这样，可以得到完全和直流电机一致的调速性能。

不过全矢量控制的变频器目前还是比较昂贵，参数设置也比较复杂，因此目前业内还是以V/F控制为主，除非要求很高的场合。
其他：


直流无刷电机：简单说，定子上接上位置传感器（例如HALL SENSOR），当转子转过一个角度时，利用可关断器件的逆变电路将“+”“-”颠倒一下，就实现了换向。这种方式大大降低了直流电机的故障率，又保持了直流电机优越的调速性能。




交流同步电机：将直流电机的励磁绕组放在转子上（永磁电机通常是在转子上贴磁条），定子绕组施加电压形成另一个磁场，当定子绕组的磁场发生变化（类似交流电机旋转磁场）时，转子被吸着走。改变旋转磁场的速度（频率），转子速度也随之改变，并且和定子绕组是同步的。控制器实际上和交流变频一样，只是控制对象发生了改变，于是卖家为他起了个更好听的名字“直流变频”，以此作为卖点。这种电机和直流无刷电机的区别在于，他的驱动电压是正弦波，而直流无刷电机驱动是方波。此类型电机如果加上编码器做反馈，即构成所谓的“交流伺服电机”。