电机技术的创新:头100年

变频驱动(VFD)和其他电机的进步，帮助制造商起源于19世纪的实验和发展与电力线圈和三相感应电机。

Dan Messina, Rensenhouse电气供应，CED的工业解决方案网络 2018年2月7日,

来自电流源的机械运动的概念并不新鲜，但过去的发现为今天先进的电机发展提供了基础。最早的例子可以追溯到1820年的汉斯·克里斯蒂安·奥斯特，当时他观察到来自电池的电流会使指南针偏转。同年，安德烈-玛丽·安培发明了现在被称为电磁线圈的东西。然而，正是迈克尔·法拉第为我们现在所知的感应电动机奠定了基础。法拉第1821年的实验证明了导线绕电磁铁绕圆形轨道旋转。

在接下来的70年里，许多电力巨头都以法拉第的实验为基础，朝着真正的感应电机的方向发展，并推动发明家投资和创造能够为这些新设备提供动力的系统。这些名字包括约瑟夫·亨利、维尔纳·西门子、尼古拉·特斯拉、查尔斯·布拉德利和乔治·西屋斯。

俄罗斯发明家迈克尔多里沃-多布罗沃斯基(Michael dolavo - dobrowolsky)取得了两项关键进展:改进了特斯拉(Tesla)三相感应电机，以及发现德尔塔(Delta)和瓦伊(Wye)三相连接电机只需要三个载流导体(不像当时的两相电机需要四个导体)。dolovo - dobrowolsky三相感应电动机(大约1890年)的许多设计特点至今仍在使用。

在20世纪，工业革命继续发展。更多的应用从人力、畜力和蒸汽动力转变为机电手段，这推动了材料、施工方法和电力传输系统的创新。一个至关重要的概念是速度控制。交流感应电机的速度控制归结为两种方法之一:减速机和电机中的极数;两者都是固定不变的，没有一些相当重大的工程变化。

根据这个方程RPM = 120 x应用频率/ #的极点，电机的速度会受到电磁绕组中极点数的影响。更少的极导致更高的输出转每分钟(RPM)，更多的极等于更低的RPM。由于美国已经标准化了60hz，这是RPM方程中的一个常量。

速度控制与变频器

快进到AC可变频率驱动器（VFD），磁极的数量不再是驱动因子，也不是施加频率恒定的驱动因子。以前，交流感应电机的电机启动方法横跨线路或软启动（减压启动或拆分绕组Delta / Wye）。无论哪种方式，它是一个纯粹的正弦波。使用VFD，而不是纯正弦波，在称为脉冲宽度调制（PWM）的方法中存在电压的脉冲。

交流电电压被转换成直流电，然后反向转换成交流电，电压通过被称为绝缘栅双极晶体管(IGBT)的固态开关产生脉冲。IGBT允许用户通过调整伏特/赫兹比率来主动调节电机的速度。因此，460/60是全速，230/30是半速，等等。然而，这种控制方法会对电机造成不同的电应力，这就需要进一步的电机创新，从而产生了逆变器额定负载的电机。这种新型电机与VFD的脉冲输出产生的电现象作斗争。

避免运动伤害

在跨线电机起动频率是恒定的，电压有一个上限-不超过什么是由公用事业提供。有了VFD，频率不再是恒定的，电压从零到峰值每秒切换(脉冲)数千次，以模拟电机熟悉的正弦波形。峰值可达1500 V或更高。正是这些峰值电压可以损坏电机的绕组，不适合应用。

逆变器额定电机通过使用绕组绝缘来打击该问题，消除了电晕初始电压（Civ）的发生。简而言之，文明是导体绝缘变为导电的点，这不好。

这篇文章不是要全面地看所有的电机技术，而是简要地看一下交流感应电机的历史和其历史早期的著名的名字和创新。目前的创新，如永磁交流电机(PMAC)，正在改进，以带来更高的效率，更低的运行温度，令人难以置信的速度和扭矩精度。由于半导体技术和微处理器的进步，VFD变得更智能，更高效，更精确。它让人想知道在接下来的100年里会发生什么。

Dan Messina, CEP，电力技术顾问，Rensenhouse电力供应在密苏里州的堪萨斯城CED工业解决方案网络．由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程,《媒体,cvavra@cfemedia.com．

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关键词:电机，变频驱动器，vfd