1、电气传动技术的发展现状摘 要：本文主要论述了电气传动控制的两大主要措施，以及电力电子变换器是信息流与物质能量流之间必需的接口和可控交流电气传动逐步取代直流传动等相关问题。关键词：现代电气传动；技术；发展趋势 中图分类号： F407.6 文献标识码： A 目前，电动机已经成为大部分机械实现传动的主要方式，所以电动机传动为工业化生产奠定了基础。经历了几十年的研究，现在电动机已经完成自动化的蜕变过程，但是因为现代科技信息技术、智能化技术不断发展，电气传动技术正面临着一场前所未有的大改革，一些先进技术，例如传感技术、微电子技术以及电力电子技术等研究融入到了该领域，这三者负责推动大电子体系进行升级换代，
2、最终有利于电气传动技术跨入全信息化、智能化时代。 1、 电气传动控制的主要手段是数据通信与数字控制 机械控制是电气传动最早采用的手段，在后来的发展中逐渐被电子控制与电气控制替代。而且电子控制被采用频率较高，主要有数字控制与模拟控制两种。从 20 世纪 70 年代开始，集成电路微处理器被大规模采用与商业领域，其具备成本低、耗能少、功能强大、较可靠等优势。它的采用将电子传动控制技术推上了一个新的台阶，正式把微处理器作为现代化电气传动控制器的核心技术。 2、逐步取代可控交流电气传动是基本趋势 我国要实现可持续发展，节约能量是必须的。变频调速对节约电能相当可观。在实际应用中，风机、泵、压缩机的电动机大
3、约 40%应用电气传动，但应用变频调速的只有约 5%。可见，今后交流变频调速还需要大力推广。变频调速采用的使设计观念有所改变，过去设计制造电动机主要考虑起动转矩大的问题。由于增加启动电阻就增大了启动转矩，异步电动机定子常采用双笼或深槽结构。启动后磁场对转子强切割，产生的集肤效应，把转子电流排到外绕组中，外绕组电阻就很大，这样启动电阻就大，以保证足够的启动转矩。同时转子尺寸加大了，转子、定子也会加大，相当于材料多，重量加。有了变频调速频率从低到高，电机的启动转矩自然会变得比较大。从此在电机设计制造思想上有了变革，摆脱启动转矩，按变频调速的工况考虑，不仅提高电效率，同时实现电动机小型化，有利于实现
4、走变频专用电机高效，这个设计思路与为提高电动机效率而使用更多铜、铁材料有所不同。 虽然在 19 世纪直流电气传动和交流电气传动先后诞生，但到 20 世纪以后的年代里，由于二者性能不同，应用情况也有所区别，比如直流传动具有优越的可控性能，于是高性能可调速传动一般都用直流电机，而约占电气传动总容量 80%的不变速传动则采用交流电机，这种分工格局是客观的。但是到了 1970 年以后，电力电子变换器的高效交流变频传动开发成功，优点很多，结构简单、维护方便、效率高、成本低廉，工作可靠、转动惯量小的交流笼型电机进入了可调速领域，打破了交直流传动按调速分工的格局。交流调速传动发展方向和应用体现三方面；一是一
5、般性能的节能调速和工艺调速；二是高性能交流调速系统；三是特大容量、极高转速的交流传动。国内外在交流调速上发展都非常快，交流传动中一般采用交直交变频。所谓变频调速，即把50HZ 的交流电源变成直流电，再把直流电逆变成不同频率的交流电，将由变换后的电源频率来控制电动机的转速的调速方法。 3、物质能量流与信息流之间必需的接口 由于电力电子变换器的普及，使得谐波和无功电流给供电电网造成一定的“电力公害” ，必须采取相应措施：一是采用有源滤波和无功补偿；二是开发“绿色”电力电子变换器，这是一种治本的办法，因为它要求功率因数可控，各次谐波分量小于国际和国家标准允许的限度。现在实际应用的绿色变换器有：双 P
6、WM 交直交变换器、多单元串联的中压变换器、多电平中压变换器等多种。被看好并会被开发的有：交一，交矩阵式变换器，它具有输入电流和输出电压都接过正弦波、能量传输可逆、可省去直流滤波电容等优点。由于有电力电子变换，才有弱电控制强电的接口，否则信息始终就是信息，不可能真正用来控制物质产生，所以，电力电子技术是信息流与物质能量流之间的重要纽带。当今正是电力电子技术蓬勃发展时期，许多新的电力电子器件和变换技术正在大量涌现。其中电力电子器件的发展大体分三个阶段：开始是晶闸管(SCR)；其次是 GTR 和 CTO；第三是 IGBT。现在市场上 IGBT 能够广泛供应，但由于其电压和电流容量有限，所以只能在中
7、、小容量的低压电气传动使用。如果容量再大，必须采用 GTO，由于 GTO 的可靠性不很高，所以，现在各国电力电子企业和研究所都在努力开发新型的高压功率开关器件，并且有的已经问世了。例如，IGCTIEGT 以及 3300-6000V 的IGBT 等，这些都可供中压、大容量电气传动使用。从总的看，电力电子器件的基本发展方向是，模块化、集成化、高频化、改善封装和采用新材料(如 SIC)等，这种发展为电气传动的信息化、智能化的控制提供了重要基础和保障。在电力电子变换器中，主要是由全控器件组成的斩波器或 PWM 变换器以及晶闸管相控整流器。用于控制直流电机。变压变频器主要用于控制交流电机，其中中、小容量
8、的多为 PWM 变换器。 4、变频调速技术优势 现在我们说电气传动正面临着一场革命，是说它正在向智能化迈进，作为我们搞自动化的同志来讲，上百年来研究电动机只是实现了自动化，现在再进人到一个智能化，也就是一个系统优化的问题。优化的焦点是把微电子技术、电力电子技术、传感技术融人到电气传动的领域，这三者构成“大电子体系” ，只有这样的大电子体系，才能带动、改造传动产业升级换代。这样的融人把物料流、能源流、信息流三者汇流在一起，形成当代的智能化传动系统。过去讲调速，搞电机的人总是希望从电机内部结构性能的改进来实现，结果是不理想的。有了变频调速以后，这方面有了很大改进。所以我们已经不能单纯从电动机的内部
9、来解决传动的问题，我个人以为要把电机、调速装置和用电器看成是一个整体，不是单纯追求单机的高效，现在进人智能化时代，我们要追求把单机额定工况点的高效提高到系统的高效。我们希望在很大的一个工作面上，通过调速都能达到电机和系统的高效，这是我们现代电气传动的又一个特点。国民经济要实现可持续发展，就必须节能，电机用在风机、泵、压缩机等通用机械里，采用了变频调速，可以达到一个相当可观的节能效果，但实际上在电气传动中，用于风机、泵、压缩机的电动机大约只占到 40，这一部分的节能重要性不必再去怀疑。要理解电气传动的全部，还应该包括工艺调速、牵引调速和精密调速。这些调速应用的目的主要是提高产品的工艺水平、产品质
10、量、生产产量和效率，达到产品制造工艺要求，比如轧钢、印刷等都是围绕怎么样提高精度，达到工艺要求。这一部分也会有节能效果，但它不是主要的目的。以轧钢为例，采用交流传动替代直流传动，虽然节能绝对量也不小，但是跟轧钢产量的提高带来的总效益来比，节能经济效益大约占到 7一 8。交流传动的优点是转动惯量小，动作时间就缩短，在轧钢的时候，提高了工作效率，一小时产量大约可以提高 20，这对钢厂来说就很了不得了，这个经济效益要比起节能来说大了许多。在通用机械的领域里面，我们大家习惯强调的是变频调速技术节能优势，我首先肯定这是对的，但是在很多国民经济的领域中，它更多的应用不完全是为了节能，而是为了满足工艺上的要求以及生产技术改造上的要求。 5、结语 电气传动技术发展要随着信息化、智能化技术不断发展，将向着网络化控制与管理的方向迈进。 参考文献： 张志强; 电气传动技术的发展现状 D;东北农业大学;2007 年
