现代电气传动及控制技术的发展

现代电气传动机控制技术的发展

引言：

在人类所利用的能源中，电能是最清洁、最方便的能源，所以，电气传动无疑具有很大的意义。随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正面临着一场历史革命。从八十年代开始，在电气传动自动控制领域中，交流电机调速技术取得了突破性进展，大举进入电气传动调速领域。从几百瓦的伺服系统到几千万的特大功率高速传动系统；从技术指标要求不高的小范围调速传动到高精度、快相应，大范围的调速传动；从单机传动到多机协调传动，几乎无所不包，逐步占领了过去一向由直流电机调速系统所垄断的市场。近年来变频调速在电气传动自动控制领域中的应用已经居于主导地位。

现代电气传动机控制技术概述

现代电气传动技术诞生于20世纪初的第二次工业革命时期，电气传动技术大大推动了人类社会的现代化进步。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，由简单的继电、接触、开环控制，发展为较复杂的闭环控制系统。20世纪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技术一现代电气传动技术。

电气传动技术是指用电动机把电能转换成机械能，带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动物品的技术；是通过合理使用电动机实现生产过程机械设备电气化及其自动控制的电器设备及系统的技术总称。 本文主要介绍有关现代电气传动及控制技术的以下几点内容： 1、直流电机传动； 2、交流电机传动； 3、特种电机传动。 直流电机传动

直流电动机分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机调速系统最早采用恒定直流电压给直流电动机供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行、设备制造方便、价格低廉；但缺点是效率低、机械特性软，不能得到较宽和平滑的调速性能。该法只适用在一些小功率且调速范围要求不大的场合。30年代末期，发电机-电动机系统的出现才使调速性能优异的直流电动机得到广泛应用。这种控制方法可获得较宽的调速范围、较小的转速变化率和平滑的调速性能。但此方法的主要缺点是系统重量大、占地多、效率低及维修困难。近年来，随着电力电子技术的迅速发展，由晶闸管变流器供电的直流

电动机调速系统已取代了发电机-电动机调速系统，它的调速性能也远远地超过了发电机-电动机调速系统。特别是大规模集成电路技术以及计算机技术的飞速发展，使直流电动机调速系统的精度、动态性能、可靠性有了更大的提高。电力电子技术中IGBT等大功率器件的发展正在取代晶闸管，出现了性能更好的直流调速系统。

直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为

(1)

式中 Ua——电枢供电电压（V）； Ia ——电枢电流（A）； Ф——励磁磁通（Wb）； Ra——电枢回路总电阻（Ω）；

CE——电势系数，，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。

直流电动机有三种基本调速方法：(1)改变电枢回路总电阻Ra；；(2)改变电枢供电电压Ua；(3)改变励磁磁通Ф。 下面简单介绍第一种调速方法； 改变电枢回路电阻调速

各种直流电动机都可以通过改变电枢回路电阻来调速，如图1(a)所示。此时转速特性公式为

(2)

式中Rw为电枢回路中的外接电阻（Ω）。

交流电机传动

20世纪70年代，研究开发高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源。 同期，电力电子技术、大规模集成电路、各种控制理论、计算机控制技术的飞速发展，为交流调速电力拖动的发展创造了有利条件。20世纪80年代，原有的交直流调速拖动系统的分工格局被逐渐打破。20世纪90年代，交流调速系统已经占到了调速系统的主导地位。目前的许多交流调速系统在装置容量上、动静态性能上、可四象限运行的要求上，以至在系统制造成本上都可以与直流调速系统相媲美。

交流电动机优点 ：结构简单可靠，维护少，无机械换向火花，制造成本低 。

交流电机调速主要有； 1、异步电动机调速； 2、同步电动机调速。

同步电动机的定义是当电机转子的转速与定子电流的频率有严格比例关系的电动机称同步电动机。一般分为两种调速方式，即①变频调速，他控式 ②变频调速，矢量控制 。

异步电动机则可分为绕线式转子感应电动机 ，鼠笼式转子感应电动机

异步电动机功率(能量)图

Pem=Pmec+pcu2

常见的异步电动机调速类别（按主要特征分类） ①调压调速； ②电磁转差离合器调速； ③绕线转子转子回路串电阻调速； ④串级调速； ⑤变极调速； ⑥变频调速； ⑦定子回路串电抗调速

特种电机传动

特种电机主要有步进电机、直线电机、磁悬浮电机、永磁电机、非电磁驱动电机——超声波电机等类型。 总结：

在信息化浪潮中，信息技术带动着先进生产力的发展，这是无可争辩的事实。因此，人们多热中于通信、计算机以及软件等行业，电气传动技术多少有些受到冷淡。但必须注意的是，电气传动是工业化的重要基础，信息本身并不能直接让机器转动，信息技术必须通过电气传动才能带动工业化。正如在人体中，信息技术好比是大脑和神经，生产机械好比是四肢，电气传动则是牵动四肢运动的肌肉与骨骼。大脑再聪明，如果肌肉和骨骼不灵，人体也只能是瘫痪的。当然，电气传动技术也必须在信息技术的推动下，适应信息化时代的需要而向前发展，才能真正成为以信息化带动工业化的关键环节。

参考文献：

《现代变流技术与电气传动》；作者：丁荣军；科学出版社出版；

《现代电气控制及PLC应用技术》；王永华编著；北京航天航空大学出版社出版。