電氣傳動技術的發展現狀與趨勢研究

劉金龍

河北鋼鐵集團邯鋼公司大型軋鋼廠，河北邯鄲 056000

0 引言

電氣傳動的概念是指，電動機將電能轉換成機械能，然后帶動生活生產設備、交通工具等物品運行。電動機于19世紀被創造出來，是人類生產史上的一項重要發明。由于其能較方便地分配和傳輸電能，電動機的電能可方便控制，因此電動機具有運行效率高、使用方便等優點。目前，電動機已經成為大部分機械實現傳動的主要方式，所以電動機傳動為工業化生產奠定了基礎。經歷了幾十年的研究，現在電動機已經完成自動化的蛻變過程，但是因為現代科技信息技術、智能化技術不斷發展，電氣傳動技術正面臨著一場前所未有的大改革，一些先進技術，例如傳感技術、微電子技術以及電力電子技術等研究融入到了該領域，這三者負責推動大電子體系進行升級換代，最終有利于電氣傳動技術跨入全信息化、智能化時代。

1 電氣傳動控制的主要手段是數據通信與數字控制

機械控制是電氣傳動最早采用的手段，在后來的發展中逐漸被電子控制與電氣控制替代。而且電子控制被采用頻率較高，主要有數字控制與模擬控制兩種。從20世紀70 年代開始，集成電路微處理器被大規模采用與商業領域，其具備成本低、耗能少、功能強大、較可靠等優勢。它的采用將電子傳動控制技術推上了一個新的臺階，正式把微處理器作為現代化電氣傳動控制器的核心技術。當前，最常用的微處理器有：數字信號處理器、精簡指令集計算機、單片機以及專用集成電路等，因此，計算機控制的傳動設備，除了具備一般的數值計算功能以外，還存在數值運算與邏輯判斷的作用外。總的來說，在傳動技術方面，數字控制與模擬控制比較有兩個較明顯的優勢：1）數字控制器可以進行模擬控制不能實現的相對比較復雜的控制措施；2）數字控制系統能夠自主完成故障診斷，實現故障診斷的智能化。

2 電力電子變換器成為物質/能量流河信息流間的連接口

電力電子變換器作為物質/能量流和信息流間的必需聯系紐帶，若是不存在電力電子的交換，就不可能存在弱電控制強電的接口，而信息根本不能轉化為可以用于技術控制的信號。現階段的電子電力傳動技術正處于發展的高峰時期，許多新的電力電子變換技術與器件不斷地被創造出來。歸納起來，當前的電力電子器件已經經歷了3個發展階段：1）SCR；2）GTO與GTR；3）IGBT。但是現在的市場上供應最廣泛的是IGBT，該器件的電流容量及電壓非常有限，通常只能供中、小容量而且低電壓的傳動器使用。大容量而且高電壓的傳動器，通常采用GTO。然而GTO運行的可靠性不高，據此問題，很多企業著手研制新型的高壓功率開關器件。目前成功研制出來的有：IGCT、IEGT和3300～6000V的IGBT等，這些器件足以供中壓及大容量的電氣傳動使用。未來電力電子器的發展趨勢是模塊化、高頻化、集成化、改善封裝等，全部擬采用SIC等新材料。這一趨勢為電氣傳動技術實現智能化以及信息化打下了堅實的基礎。

3 直流傳動逐漸被可控的交流電氣傳動逐步取代

實際中，先后發明了直流電氣傳動與交流電氣傳動。而在20世紀中，由于直流傳動具備更加優越的可控性，其被廣泛應用于工業領域。性能高的可調節速度傳動器通常都采用直流電機，而不變速的傳動器多采用交流電機，者逐漸成為20世紀工業領域內公認的應用格局。一直到20世紀70年代后期，因為高效的交流變頻傳動技術被成功研發，又因為其具備直流傳動所沒有的多項優勢，例如構造比較簡單、可控性高、效率高、成本低、維護簡便等，直流傳動逐漸被可控的交流電氣傳動逐步取代了。目前主要是沿著3個趨勢發展：一是普通性能的節能調整速度用戶工藝調速；二是高性能的交流調速技術；三是極度高速與特大容量的交流傳動。在國外，交流傳動技術發展得極為迅速，我國則處于初始階段。交流傳動的節能效果相當可觀，因為在電氣傳動的實際應用中，泵、風機及壓縮機的電動機耗能大概為40%，而變頻調速僅為5%左右，因此在發展持續性的國民經濟過程中，采用交流傳動更加符合國情，需要進一步推廣。

但是采用變頻調速技術的范圍增廣以后，還存在一些設計觀念上的問題。過去很長一段時間，設計電動機的時候，大多主要考慮起動轉矩，將其作為一個設計的出發點。因為啟動電阻增加了，起動的轉矩也隨之增加。啟動設備的時候，磁場會對轉子產生強切割，從而產生集膚反應，將轉子的電流排出外繞組，這樣就增大了外繞組電阻，啟動電阻也大，足以保障轉矩啟動。由此一來，增大了轉子的尺碼，同時定子的尺碼也會增大，這相當于增加了材料用量，重量也增加。采用了變頻調速，頻率發生從高到低的變化，電動機的起動轉矩當然也會跟著變大。在此基礎上，電動機的設計就可以擺脫起動轉矩的許多限制，并依照新的要求或者按變頻調速的具體設計情況來進行考慮。這樣不但能夠提升電動機的效率，還能促進電動機向小型化發展。這就是目前電氣傳動技術的重要發展趨勢。

4 結論

綜上所述，隨著社會經濟領域以及信息科技領域的不斷發展，我國的電氣傳動技術也會隨著更加先進、更加實用，朝著高信息化和高智能化的方向發展，而為了更好地管理電氣傳動的各種技術，網絡化的控制的管理技術將會廣泛應用，為我國的工業發展做出巨大的貢獻。

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