电动机及变压器的控制

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1、电动机及变压器的控制　　曾经说过：电动机、变压器等非线性负载的工作需要一个完整的正弦波电压。否则会出现电动机或变压器发热或嗡嗡响的情况。　　许多读者就此问题发来email，询问更多有关这方面的知识。接下来，我就此问题为大家做一个分析。　　在智能家居控制中有一个非常有趣的而且是非常容易被混淆的问题是速度控制。而且我也发现我们很容易把调光与速度控制联系在一起。那么就让我们从调光与速度控制的区别开始谈起吧！　　我们都知道，白炽灯是电阻性负载（虽然它也含有很小的电感性，但与它的电阻性相比，电感性显得微不足道，因此我们把它看为纯电阻性负载）。就此而言，电学知识告诉我们，纯电阻性负载是不

2、含有电感性和电容性的负载。那我们就把白炽灯比作一个大电阻。许多X10调光开关的设计就是把白炽灯作为一个既没有电感性又没有电容性的负载来看的。可以驱动纯电阻负载的器件是可控硅，但是可控硅并不能改变正弦波的幅度。　　我们可以用一个很大的可变电阻或可调压变压器来改变一个完整的正弦波的幅度（如图一所示）。可变电阻式调光法曾经被用于舞台调光，但那已经是二十世纪上半世纪的事了。用那种方法调光，不但工作效率低而且花费昂贵。如今，我们有固态器件可控硅。它控制灯的亮度不是改变正弦波的幅度，而是非常快的打开-关闭输出给灯的正弦波。举个例子吧，如果你有一个开和关的速度都足够快的开关，在正弦波的每个

3、半波里，你开关一次，就可以使正弦波的一部分流过电灯。作为替代可变电阻的可控硅，它是通过改变切割正弦波的位置来改变输出给负载的功率的。　　如图二所示，图中的两个周期的正弦波，就是X10调光开关的输出波形。你一定会注意到每个半波的前面一小部分都被切去了。其实，当把X10调光开关开到较亮时，灯的亮度并不是100%，而是96%。如果你很细心，那么你就会发现当你装上X10调光开关后，灯的较大亮度比原来暗了一点点。那4%的正弦波去那里了呢？这也是机械式开关所无法做到的。下面我就谈谈这4%正弦波的去向问题。　　通常情况下，特别是一些老房子，一般墙上开关盒里只有两根线，但那并不是零线和火线。

4、零线一般会直接布到灯上，再从灯上引一根线到墙上开关盒。火线一般会直接布到墙上开关盒，这样开关盒里的两根线就是火线和来自于灯的一根线。为了适应这种场合，许多型号的X10调光开关都被设计为两线式，并且通过灯丝来为它提供能量（如图三所示）。　　既然白炽灯属于线性负载，那么它就会为X10调光开关提供一个很好的工作电流。当白炽灯不亮时，从灯丝可以流过足够的电流来维持X10调光开关的正常操作。当灯全亮时，X10调光开关会为自己保留4%的电能。如果给灯100%的电能，X10调光开关就会因为失去电能而失效。这就是图二中那4%被切去的正弦波的去向。同时这也是两线式X10调光开关为什么要有较小负

5、载功率限制的原因。如果电灯功率为400W或500W那么它会为X10调光开关提供足够多的电能。当然，用40W或60W的电灯也一样会为它提供足够的电流。可是如果用功率很小的电灯（5W或10W），X10调光开关就会因为维持电流过小而走向死亡！　　这4%还有另外一个非常有用的地方。X10电力载波信号正是在这片非常干净的区域里传播（如图四所示）。在图四中每个周期内都会有两个非常陡峭的边沿，这个边沿也正是开关（可控硅）打开的时候，负载从没电到突然有电的速度是非常快的。这个非常陡峭的边沿会产生许多电器噪音。因此，X10产品设计工程是会在设计X10调光开关时，留出开始的那一小端正弦波给X10

6、载波信号提供干净的空间。　　对于三线式X10调光开关（有零线输入）来说，理论上讲不需要为它保留那4%的能量（见图五）。因为有零线和火线同时为它供电，维持它的工作电流就不再需要通过灯丝了。尽管如此，X10工程师还是为X10信号的传播留出了1.1mS干净的空间。　　电感性负载的代表是电动机和变压器，用X10调光开关控制电感性负载到底会怎么样呢？由于X10调光开关输出的是非正弦波，这会引起电动机和变压器很大的意见。电感性负载设计时的输入电源是按一个干净、平滑的正弦波设计的。他们不希望自己的电源被砍碎。如果你用X10调光开关去控制电感性负载（像电动机或变压器），它们就会变热或嗡嗡响。

7、　　首先，我们来谈谈电动机，一个标准的交流电动机是依靠旋转磁场来带动转子旋转的。其中同步电机的速度变化受负载的影响很少，它是通过改变电流来维持速度的准确性。比如说可变频率驱动就是现在工业上应用较广泛的电动机速度控制法。它通常被称为VFD（variablefrequencydriver）或VSD(variablespeeddriver)。这种控制方法是通过改变电动机的供电频率来控制速度的。想要速度慢，就把供电频率降到50Hz以下，想要速度快，就把供电频率升到50Hz以上。　　还有一类电动机，它会随着负载的