時(shí)間：2012年6月3日 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 關(guān)鍵詞：傳動(dòng)技術(shù) 電氣傳動(dòng) 電機(jī)

　　電氣傳動(dòng)的關(guān)鍵部件是電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)、控制方式和轉(zhuǎn)速控制是人們?cè)诓粩嘌芯亢吞剿鞯膶?duì)象。通過(guò)幾十年的研究，電動(dòng)機(jī)的控制已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。隨著信息化、智能化技術(shù)的推進(jìn)，電氣傳動(dòng)技術(shù)正面臨著一場(chǎng)技術(shù)革命。把微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和傳感技術(shù)融入到電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，三者構(gòu)成“大電子體系”。只有這樣的大電子體系，才能帶動(dòng)和改造傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代。這樣的融入，把物料流、能源流和信息流三者會(huì)流在一起，形成當(dāng)代的智能化、信息化的傳動(dòng)系統(tǒng)。
　　一、電氣傳動(dòng)控制的主要措施　　最早的電氣控制手段是機(jī)械控制，后來(lái)逐步讓位于電氣控制和電子控制。在近代電氣傳動(dòng)控制手段中，電子控制占了很大的比例。常用的電子控制方法有兩種：模擬控制和數(shù)字控制。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，體積小、耗電少、成本低、速度快、功能強(qiáng)、可靠性高的大規(guī)模集成電路微處理器已經(jīng)商品化，把電子控制推上了一個(gè)嶄新的階段，以微處理器為核心的數(shù)字控制成為現(xiàn)代電氣傳動(dòng)的系統(tǒng)控制器的主要形式。目前，常用的微處理器有：?jiǎn)纹瑱C(jī)(SCP)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)(RISC)和包含微處理器的高級(jí)專(zhuān)用集成電路(ASIC)。由于計(jì)算機(jī)除一般的計(jì)算功能外，還具有邏輯判定和數(shù)值運(yùn)算功能，因此數(shù)字控制與模擬控制相比有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：　　1)數(shù)字控制器能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)的各種比較復(fù)雜的控制策略;2)數(shù)字控制系統(tǒng)能夠完成故障的自我診斷，提高診斷過(guò)程的智能化。　　在模擬控制過(guò)程中，為了使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，往往采用閉環(huán)控制，使用比例積分調(diào)節(jié)器。當(dāng)系統(tǒng)突然收到干擾作用時(shí)，輸出量發(fā)生變化，通過(guò)負(fù)反饋，在比例積分調(diào)節(jié)器的作用下，使得系統(tǒng)的輸出量回到原來(lái)的數(shù)值。只要偏差存在，比例、積分兩部分就同時(shí)起作用。在過(guò)渡過(guò)程中，會(huì)使輸出量出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，若比例作用太強(qiáng)，就會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。采用微機(jī)數(shù)字控制可將比例、積分作用分離開(kāi)。當(dāng)偏差大時(shí)，只讓比例部分起作用，以快速減少偏差。當(dāng)偏差降低到一定程度后，再將積分投入，以最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。兩種作用各得其所，避免了相互之間的矛盾，提高了系統(tǒng)的控制性能?！　《㈦娏﹄娮幼儞Q器是信息流與物質(zhì)/能量流之間必需的接口　　電力電子變換器是信息流與物質(zhì)/能量流之間的重要紐帶，如果沒(méi)有電力電子交換，沒(méi)有弱電控制強(qiáng)電的接口，則信息始終就是信息，不可能真正用來(lái)控制物質(zhì)產(chǎn)生。現(xiàn)在，電力電子技術(shù)的發(fā)展正處于興旺時(shí)期，新的電力電子器件和變換技術(shù)仍在不斷地涌現(xiàn)出來(lái)。電力電子器件的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過(guò)三個(gè)平臺(tái)：　　1)晶閘管(SCR);2)GTR和GTO;3)IGBT。　　目前，市場(chǎng)上能夠廣泛供應(yīng)的IGBT，其電壓和電流容量有限，一般只夠中、小容量的低壓電器傳動(dòng)使用。容量再大時(shí)，還得采用GTO，而GTO的可靠性總是不能令人滿(mǎn)意的。于是，世界上很多電力電子企業(yè)和研究所都在努力開(kāi)發(fā)新型的高壓功率開(kāi)關(guān)器件。　　已經(jīng)問(wèn)世的有：IGCT、IEGT以及3300~6000V的IGBT等，可供中壓、大容量電氣傳動(dòng)使用。電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展方向是：模塊化和集成化、高頻化、改善封裝，采用新材料(如SIC)等。為電氣傳動(dòng)的信息化、智能化控制提供了重要基礎(chǔ)和保障。在電力電子變換器中用于控制直流電機(jī)的，主要是由全控器件組成的斬波器或PWM變換器以及晶閘管相控整流器。用于控制交流電機(jī)的，主要是變壓變頻器，其中中、小容量的多為PWM變換器。隨著電力電子變換器的日益普及，諧波和無(wú)功電流給供電企業(yè)電網(wǎng)造成的“電力公害”越來(lái)越值得重視。解決方法是：　　1)采用有源濾波和無(wú)功補(bǔ)償;　　2)開(kāi)發(fā)“綠色”電力電子變換器。這種方法要求功率因數(shù)可控，各次諧波分量小于國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許的限度。顯然這是一種制本的最好方法。目前，已經(jīng)應(yīng)用的綠色變換器有：雙PWM交—直—交變換器、多單元串聯(lián)的中壓變換器、多電平中壓變換器等。受到普遍重視還在開(kāi)發(fā)的有：交—交矩陣式變換器，它具有輸入電流和輸出電壓都接近正弦波、能量傳輸可逆、可省去直流濾波電容等特優(yōu)點(diǎn)?！　∪?、發(fā)展趨勢(shì)：可控交流電氣傳動(dòng)逐步取代直流傳動(dòng)　　直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生。在20世紀(jì)大部分年代里，鑒于直流傳動(dòng)具有優(yōu)越的可控性能，高性能可調(diào)速傳動(dòng)一般都用直流電機(jī)，而約占電氣傳動(dòng)總?cè)?0%的不變速傳動(dòng)則采用交流電機(jī)。這種分工在當(dāng)時(shí)已成為舉世公認(rèn)的格局。直到20世紀(jì)70年代，由于采用電力電子變換器的高效交流變頻傳動(dòng)開(kāi)發(fā)成功，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、效率高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的交流籠型電機(jī)進(jìn)入了可調(diào)速領(lǐng)域，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流傳動(dòng)按調(diào)速分工的格局終于被打破了。此后，交流調(diào)速傳動(dòng)主要沿著三個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用：　　1)一般性能的節(jié)能調(diào)速和工藝調(diào)速;2)高性能交流調(diào)速系統(tǒng);3)特大容量、極高速的交流傳動(dòng)?！　〗涣髡{(diào)速在國(guó)內(nèi)外發(fā)展十分迅速。交流傳動(dòng)一般采用交—直—交變頻。變頻調(diào)速就是把50Hz的交流電變成直流電，再把直流電逆變成不同頻率的交流電，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將由變換后的電源頻率來(lái)控制調(diào)速的方法?！　?guó)民經(jīng)濟(jì)要可持續(xù)發(fā)展，就必須節(jié)約能量。采用變頻調(diào)速以后，節(jié)約電能的效果是非常明顯的。在實(shí)際電氣傳動(dòng)中，應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)大約占40%，而實(shí)際應(yīng)用變頻調(diào)速的只占5%左右。交流變頻調(diào)速還有待于進(jìn)一步推廣和使用。采用變頻調(diào)速以后，帶來(lái)一些設(shè)計(jì)觀(guān)念上的變化。長(zhǎng)期以來(lái)，我們?cè)O(shè)計(jì)制造電動(dòng)機(jī)時(shí)主要考慮啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，把起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大當(dāng)作一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)?！　¤b于增加啟動(dòng)電阻就可增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，異步電動(dòng)機(jī)定子常采用雙籠或深槽結(jié)構(gòu)。在啟動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子強(qiáng)切割，產(chǎn)生的集膚效應(yīng)把轉(zhuǎn)子電流排到外繞組中，外繞組電阻就很大，這樣啟動(dòng)電阻就大，以保證足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這樣一來(lái)，轉(zhuǎn)子和定子的尺寸加大了，因而材料多了、重量增加了。有了變頻調(diào)速后，隨著頻率從低到高的變化，電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩自然會(huì)變得比較大。在電機(jī)的設(shè)計(jì)制造思想上可以擺脫啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的限制，按照新的工況重新考慮。既可以使電效率提高，還可以使電動(dòng)機(jī)小型化。這是變頻專(zhuān)用電機(jī)高效的一條重要思路。隨著信息化、智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)將向網(wǎng)絡(luò)化控制與管理的方向邁進(jìn)。