现代交流传动控制技术的回顾与展望

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3、展i望-.袁寿财朱长纯(西安交通大学电子与信息学院,陕西西安710049)世界上第一台交流电动机于1885年问世,在交流电动机中,特别是笼式异步电动机,其拥有的结构简单,坚固耐用,价格便宜及不需要经常维修等特点,使其得到了十分广泛的应用.虽然该电动机较直流电动机只晚一年问世,但是直到20世纪70年代,凡是要求调速范围广,速度控制精度高和动态响应性能好的场合,几乎全都采用直流电动机调速系统.交流电动机,主要指笼式异步电动机和同步电动机.它主要用于不需要变速的电力传动系统中,其原因是:(1)不论是异步电动机还是同步电动机,唯有改变定子供电频率调速最为方便,而且可以获得

4、优异的调速特性.而大容量的变频电源却在长时期内没有得到很好的解决;(2)异步电动机和直流电动机不同,它只有一个供电回路一定子绕阻,致使其速度控制比较困难,不像直流电动机那样通过控制电枢电压或控制励磁电流均可方便地控制电动机的转速.然而,自20世纪50年代末开始,电气传动领域中进行着一场重要的技术革命一将原来只用于恒速传动的交流电动机实现速度控制,以取代制造复杂,价格昂贵和维护麻烦的直流电动机.随着电力电子器件及微电子技术的不断进步以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透,现在从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率高速传动系统;从一般要求的小范围调速传动到高精度,快

5、响应和大范围的调速传动;从单机传动到多机协调运转,几乎都可采用交流调速传动.交流调速传动的客观发展趋势已表明,它完全可以与直流传动相媲美,相抗衡,并有取代的趋势.自交流调速传动出现以来,13本,西欧等一些工业先进国家在交流调速方面取得了长足的进展.并且发生了根本性的变化一交流调速取代直流调速.据13本有关资料报道,1975年13本新:~JJH的传动装置中,交流与直流的功率比为25:75,到1985年已变为75:25.据美国工业市场报道,1988年交流调速装置销售了4亿美元,直流凋速装置为5.3亿美元.而到1993年交流调速装置销售额增加到6.2亿美元,直流调速装置

6、为6.5亿美元.据西门子公司报道,1987年国际调速传动市场销售104亿马克,其中交流调速占30亿马克.而到1992年国际调速传动市场销售140亿马克,交流调速为60亿马克.由此可见,到20世纪末或更晚些,交,直流调速各占50%是比较客观的预计,而交流调速取代直流调速的趋势也更加明显.光机电信息6/20020MEINFORMAT10NNo.6.2002自动控制1交流电动机调速技术发展的动力交流调速电气传动之所以能够大举地进人电气传动调速控制的各个领域,并得到迅速的发展,主要有以下两个原因:1.1直流电动机结构复杂,成本高,应用困难直流电动机由于具有机械式换向器这一

7、致命的弱点,从而给直流传动的应用带来了一系列的限制.一是换向器表面线速度及换向电流,电压有一极限容许值,约束了单台电机的转速和功率上限,超过这一极限时就只能采取多电枢方案,这就增加了电机制造的难度和成本以及调速控制系统的复杂性.有些特高转速和特大功率的场合则根本无法用直流电机方案来实现;二是由于要照顾到换向器的可靠工作,电枢及换向器的直径一般都做的比较大,因此电机的转动惯量就大,这对于有快速响应要求的调速场合或是在安装场地上有尺寸要求的场合是很不利的;三是换向器必须定期停机检修,运行中也要经常注意观察换向器的火花情况.因此在一些恶劣条件下或人难以接近的工作场所,使

8、用直流电机