电气传动技术发展现状和发展趋势

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1、电气传动技术发展现状和发展趋势摘要：电气传动是实现工业自动化的重要基础，数据控制和数据通讯已成为电气传动控制的主要措施;电力电子变换器是信息流与物质/能量流之间必需的接口；可控交流电气传动将逐步取代直流传动。电子技术的发展引发了一场新的技术革命，电气传动自动化的发展是这场革命在以电动机为动力的生产和生活领域的表现，基于计算机控制的自动化是头脑，电气传动是四肢，由于它的重要性，该行业在中国一直得到重视。电气传动始于20世纪初，它是研究如何通过电动机控制物体和生产机械按要求运动的学科。随着传感器技术和自动控制理论的发展，其由简单的继电、接触、开环控制，发展为较复杂的闭环连续控制系统。20世纪

2、60年代，特别是80年代以来，随着电力电子技术、现代控制理论、计算机技术和微电子技术的发展，逐步形成了集多种高新技术于一身的全新学科一现代电气传动。国民经济要可持续发展，就必须节约能量。采用变频调速以后,节约电能的效果是非常明显的。在实际电气传动中，应用于风机、泵、压缩机的电动机大约占40%,而实际应用变频调速的只占5%左右。交流变频调速还有待于进一步推广和使用。采用变频调速以后,带来一些设计观念上的变化。长期以来，我们设计制造电动机时主要考虑启动转矩，把起动转矩大当作一个基本岀发点。鉴于增加启动电阻就可增大启动转矩，异步电动机定子常采用双笼或深槽结构。在启动时，磁场对转子强切割，产生的

3、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。这样一来，转子和定子的尺寸加大了，因而材料多了、重量增加了。有了变频调速后，随着频率从低到高的变化，电机的启动转矩自然会变得比较大。在电机的设计制造思想上可以摆脱启动转矩的限制，按照新的工况重新考虑。既可以使电效率提高，还可以使电动机小型化。这是变频专用电机高效的一条重要思路。20世纪末，迅速发展的电力电子技术、微电子技术、计算机技术和现代控制理论赋予电机这一古老学科以新的生命力，不仅使交流传动的控制性能可与直流传动系统相媲美，而且产生了诸如无换向器电机、开关磁阻电机、无刷双馈电机等一系列有别于传统

4、电机的新型电机，极大地拓宽了电机的应用范围，使其广泛应用于电动汽车、风力发电等高新技术领域，成为维持人类生存和发展的重要手段。随着技术的不断完善和发展，可控交流传动取代直流传动已成为不争的事实。进入21世纪，能源与环境的可持续发展成为人类面临的重大课题。现代电气传动作为信息、能源和运动的接口，必将对人类的可持续发展产生重大而深远的影响。现代电气传动是电力电了与电机及其控制相结合的产物，其内容涉及电机、电力电子、控制理论、计算机、微电子、现代检测技术、仿真技术、电力系统、机械、材料和信息技术等多种学科，是这些学科交叉融合而形成的一门新型的综合性学科。尤其对于位置控制(伺服)系统，其也称为运

5、动控制。都用到了电气传动的知识。现代电气传动的理论基础-控制理论交流电动机，特别是鼠笼异步电动机，具有结构简单、制造容易、坚固耐用、价格便宜、运行可靠、维护方便、运行效率高、转动惯量小、动态响应快、使用环境和结构发展不受限制等优点。然而，自1885年问世后近百年来，其主要用于恒速运行，而高性能调速传动则多采用直流电动机。这主要是市于电动机转速的控制归根到底是电磁转矩的有效控制。直流电动机的励磁磁场和电枢磁场在空间上互相垂直，分别对应于两个相互独立的可对转矩进行控制的分量一励磁电流和电枢电流，因此具有良好的静、动态转矩控制特性。尽管从19世纪30年代就开始对交流传动控制进行研究，但由于交流

6、电动机是一个多变量、强藕合、非线性的系统，转矩控制困难，而且缺乏必要的物质、理论和技术条件，所以在几乎一个世纪的时间里，交流传动控制没有突破性进展。在20世纪，现代电气传动就是交流电机的传动和控制。现代电气传动的技术条件一微电子和计算机技术高性能的交流传动系统需要复杂的运算，而传统的模拟电路很难实现。自20世纪70年代以来，速发展的大规模集成电路和微处理器为实现复杂的控制策略提供了重要的技术条件和物质保障。微处理器已由单片机(SCP)发展到数字信号处理器CDISP、精简指令集成计算机(RISC)和包含微处理器的高级专用集成电路(ASIC＞。计算机不仅可以完成复杂的计算，而且其所具有的逻辑

7、判断和数值运算的能力使以微处理器为核心的数字控制系统能够实现故障监视、诊断和保护、人机对话等功能，大大提高了控制器的可靠性、抗干扰能力，使现代电气传载由自动化向智能化、网络化和信息化的方向发展。交流传动发展到今天，在控制策略方面虽已取得了很多非常有用的成果，但是仍然很不完善，存在许多问题待解决。今后很长一段时间内，关于交流传动控制策略的研究应主要围绕以下几个方面展开:①研究具有较高动态性能，能抑制参数变化、扰动及各种不确定性干扰，且