在電氣傳動(dòng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的是電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的性能結(jié)構(gòu)決定著電氣傳動(dòng)的效率。本文將針對(duì)電氣傳動(dòng)的發(fā)展進(jìn)行較為詳細(xì)的探討。

　　《上海電氣技術(shù)》本刊以馬列主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個(gè)代表”重要思想為指導(dǎo)，全面貫徹黨的教育方針和“雙百方針”，理論聯(lián)系實(shí)際，開(kāi)展教育科學(xué)研究和學(xué)科基礎(chǔ)理論研究，交流科技成果，促進(jìn)學(xué)院教學(xué)、科研工作的發(fā)展，為教育改革和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

　　一、電氣傳動(dòng)的定義及優(yōu)勢(shì)

　　1、電氣傳動(dòng)，是通過(guò)電動(dòng)機(jī)可以把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，因而可以帶動(dòng)各種不同類(lèi)型的生產(chǎn)機(jī)械，還有交通車(chē)輛，包括生活中需要運(yùn)動(dòng)的各種物品。人類(lèi)勞動(dòng)需要掌握各種機(jī)械的幫助，包括推動(dòng)機(jī)械的原動(dòng)力。

　　2、電氣傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)

　　(1)電機(jī)的效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)比較經(jīng)濟(jì);

　　(2)電能的傳輸和分配比較方便;

　　(3)電能容易控制，

　　因此現(xiàn)在電氣傳動(dòng)已經(jīng)成為絕大部分機(jī)械的傳動(dòng)方式，成為工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。傳動(dòng)方式的一種，有機(jī)械式如搖臂之類(lèi)，有壓力如液壓傳動(dòng)，而通過(guò)控制電機(jī)來(lái)傳動(dòng)的方式就是電氣傳動(dòng)。

　　二、電氣傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展

　　電氣傳動(dòng)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、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制是人們?cè)诓粩嘌芯亢?a href='http://www.56st48f.cn/suta/' target='_blank' class=infotextkey>探索的對(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)的革命。把微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)融入到電氣傳動(dòng)的領(lǐng)域,這三者構(gòu)成“大電子體系”,只有這樣的大電子體系,才能帶動(dòng)、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、信息流三者匯流在一起,形成當(dāng)代的智能化、信息化傳動(dòng)系統(tǒng)。

　　(—)數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)通訊成為現(xiàn)代電氣傳動(dòng)控制的主要措施

　　機(jī)械控制是最早的自動(dòng)控制手段，之后才逐步有了電氣控制和電子控制。其中，電子控制在近代的電氣傳動(dòng)控制手段中，占的比例很大，所謂電子控制方法主要包括模擬控制和數(shù)字控制兩種。從上世紀(jì)70年代起，耗電少、體積小、成本低、可靠性高、速度快、功能強(qiáng)的大規(guī)模集成電路微處理器發(fā)展到商品化階段，電子控制是了新臺(tái)階。現(xiàn)代電氣傳動(dòng)系統(tǒng)控制器的主要形式是微處理器為核心的數(shù)字控制。平時(shí)常見(jiàn)的微處理器主要包括單片機(jī)，(SCP)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、集成電路(ASIC)，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)和包含微處理器的高級(jí)專(zhuān)用。

　　因?yàn)槌�一般的�?jì)算功能外，計(jì)算機(jī)還具有邏輯判斷和數(shù)值運(yùn)算的兩大功能，所以電子控制中的數(shù)字控制和模擬控制相比優(yōu)點(diǎn)突出：其一是數(shù)字控制器能夠?qū)崿F(xiàn)各種比較復(fù)雜的控制策略，模擬控制做不到;其二是數(shù)字控制系統(tǒng)還可以自診故障，提高診斷過(guò)程的智能化。

　　反觀在模擬控制過(guò)程中，在提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)，一般是使用閉環(huán)控制，也就是使用比例積分調(diào)節(jié)器。這時(shí)如果系統(tǒng)突然受到干擾，輸出量發(fā)生變通過(guò)負(fù)反饋，由于比例積分調(diào)節(jié)器的作用，系統(tǒng)的輸出量又回到原來(lái)的數(shù)值。這樣只要偏差存在，比例、積分都起作用。在過(guò)渡過(guò)程中，如輸出量出現(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)，會(huì)使系統(tǒng)不能正常工作。一旦偏差大時(shí)，可以只讓比例發(fā)揮作用，可以迅速減少偏差。偏差低到一定程度后，再將積分投入，以最終消除穩(wěn)態(tài)誤差，使得兩種作用各得其所，這就避免了相互之間的矛盾，達(dá)到提高系統(tǒng)的控制性能之目的。

　　(二)電力電子變換器是信息流與物質(zhì)/能量流之間必需的接口

　　電力電子技術(shù)是信息流與物質(zhì)/能量流之間的重要紐帶,如果沒(méi)有電力電子變換,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)生產(chǎn)。現(xiàn)在,電力電子技術(shù)的發(fā)展正處于壯年期,新的電力電子器件和變換技術(shù)仍在不斷涌現(xiàn)出來(lái)。電力電子器件的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)三個(gè)平臺(tái):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、小容量的低壓電氣傳動(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、智能化的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)功電流給供電網(wǎng)造成的“電力公害”越來(lái)越值得重視。解決的方法是：

　　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,顯然這是一種治本的最好辦法。

　　(三)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)萘?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)已經(jīng)成為舉世公認(rèn)的格局。直到20世紀(jì)70年代,由于采用電力電子交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)為天經(jīng)地義的交直流傳動(dòng)按調(diào)速分動(dòng)的格局終于被打破了。此后,交流調(diào)控傳動(dòng)主要沿著下述三個(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、極高轉(zhuǎn)速的交流傳動(dòng)。

　　交流調(diào)速在國(guó)內(nèi)外發(fā)展十分迅速,交流傳動(dòng)中一般采用交-直-交變頻。變頻調(diào)速就是把50Hz的交流電源變成直流電,再把直流電逆變不同頻率的交流電,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將由變換后的電源頻率來(lái)控制的調(diào)速的方法。

　　國(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)約電能的效果是相當(dāng)可觀的,在實(shí)際的電氣傳動(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。

　　采用變頻調(diào)速以后,還帶來(lái)一些設(shè)計(jì)觀念上的變化,我們過(guò)去長(zhǎng)期以來(lái)設(shè)計(jì)制造電動(dòng)機(jī)的時(shí)候主要考慮起動(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)。鑒于增加啟動(dòng)電阻就增大了起動(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)的時(shí)候,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,以保證足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這么一來(lái),轉(zhuǎn)子尺寸加大了,不光是轉(zhuǎn)子加大,定子也會(huì)加大,等于是材料要多了,重量增加了。有了變頻調(diào)速后,隨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。這樣一來(lái),在電機(jī)設(shè)計(jì)制造思想上,可以擺脫啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的限制,按照新的或者說(shuō)按變頻調(diào)速的工況來(lái)重新考慮,既可以使電機(jī)效率提高,還可以使電動(dòng)機(jī)小型化,這是我們走變頻專(zhuān)用機(jī)高效的一條重要思路。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　總之，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)必將向著網(wǎng)絡(luò)化控制與管理的方向邁進(jìn)。