今天就由PTC ASIA小编将为你解读电气传动技术的研究现状及发展趋势

作为实现工业现代化的重要基础和推动力，电气传动技术是电力电子与电机及其控制相结合的产物，在我国经济和社会发展中发挥着举足轻重的作用。

电气传动技术是指通过电动机将电能转化为机械能，然后带动各种类型的交通车辆、生产机械和生活设备等运行。自十九世纪发明电动机以来，电气传动技术被广泛地应用于电力、冶金、水力、化工和石油等行业中，成为工业现代化的重要基础和推动力。近年来随着电力电子技术、传感技术和微电子技术的快速发展，电气传动技术正面临着一场历史革命，交流调速取代直流调速已经成为发展趋势，这促使电气传动技术向着智能化和信息化的方向不断发展。

1 电气传动的分类

按照所使用的传动装置类型，可将电气传动分为直流电气传动和交流电气传动，两者所使用的电动机分别为直流电动机和交流电动机。在二十世纪八十年代以前，直流电气传动在高性能的电气传动领域占据了绝对的统治地位，其虽然有较好的优越性，但是也有一些直流电动机本身难以克服的缺点，主要是容量、电流和电压的上限值所带来的约束。二十世纪八十年代以后，伴随着计算机控制技术和电力电子技术的发展，交流电气传动的应用日益增多，其在高性能的电气传动领域多占比例不断上升。

（1）直流电气传动。直流电动机有三种调速方式，分别为弱磁升速、调压调速和变电阻调速。由于现代工业企业的低压供电系统多使用交流供电，因此调压调速方式目前的应用最为广泛。自应用以来，直流电气传动经历了如下的发展历程：开环控制→单闭环控制→多闭环控制；硬件控制→软件控制；模拟电路控制→数模电路混合控制→数字电路控制；分立元件电路控制→小规模集成电路控制→大规模集成电路控制。

（2）交流电气传动。交流异步电动机有三种调速方式，分别为转差功率回馈型调速、转差功率消耗型调速和转差功率不变型调速，其中转差功率不变型调速是目前应用最广和效率最高的调速方式。自应用以来，交流电气传动经历了如下的发展趋势：分立元件电路控制→小规模集成电路控制→大规模集成电路控制；硬件控制→软件控制；模拟电路控制→数字电路控制；转速开环的恒压频比控制→转速闭环转差频率控制→矢量控制→解耦控制→模糊控制。

2 电气传动控制的主要措施

机械控制是最早的自动控制措施，后来逐渐被电子控制和电气控制所取代。二十世纪七十年代以后，成本低、体积小、能耗低、速度快和可靠性高的大规模集成电路微处理器逐渐商品化，这极大地促进了电子控制的发展，目前电气传动系统控制器的主要方式已经是以微处理器为核心的数字控制方式。作为最为常用的电子控制方式，数字控制和模拟控制具有不同的适用范围和优点，但毋庸置疑地，数字控制正在不断取代模拟控制：数字控制系统能够进行故障的自我诊断，从而提高诊断结果的可靠性和诊断过程的智能化；数字控制器能够实现模拟控制所无法实现的多种复杂控制策略。

3 交流变频调速的发展

随着小功率晶体管和普通晶闸管的实用化，交流变频调速以其优异的制动性能、高功率因素和低能耗逐渐成为了交流调速的主流。作为既有弱电存在又有强电存在的综合调速技术，交流变频调速要同时处理信息的可靠传输和电能向机械能的转换，因此它的共性技术包括控制和功率两个部分，其核心是解决智能功率模块和新型嵌入式控制器件的应用技术问题，以及硬件和软件开发的相关技术问题。近年来随着微电子技术和电力电子技术的发展，交流变频调速正在向着如下方向不断演变：

（1）向着大容量和特大容量等级的方向不断发展。交流变频调速系统已由中小容量发展到大容量和特大容量等级，其性能指标问题也得到了解决，从而弥补了直流调速系统在特大容量调速时的空白。

（2）向着长期连续运行和高可靠性的方向不断发展。交流变频调速的可靠性不断提高，同时可以长期连续运行，从而满足某些场合不停机检修的要求或是对可靠性的特殊要求。

（3）向着高精度转速控制的方向不断发展。相较于直流调速，交流变频调速除了控制部分具有同样良好的性能，其异步电动机本身固有的优点极大地提高了整个系统的控制性能。此外，使用数字锁相控制的异步电动机变频调速系统，其调速精度可达到0.002%，这是直流调速所无法实现的。

4 系统化、绿色化和集成化的发展

电气传动技术日后的发展必然是将逆变器、电网、整流器、控制系统和生产机械作为一个整体，从系统上进行整体考虑，例如要求和上位控制的可编程控制器通过串行通信连接，一般具有串行通讯标准功能（RS-485、RS-232），此外还通过专用的开放总线方式来运行。

近年来越来越多的学者和厂家将研究重点放在了清洁电能变流器的开发上，致力于使变流器的功率因素接近于1，通过减少负载侧和网侧的谐波分量来降低对电网的危害和电动机的转矩脉动。目前已经投入使用的清洁电能变流器有：多单元串联的中压变换器、双PWM交-直-交变换器、多电平中压变换器等。从这个意义上而言，电气传动技术日益向着绿色化的方向不断发展。

紧凑型变流器要求控制元件和功率具有较高的集成度，其中包括紧凑型的光耦合器、智能化的功率模块、使用新型电工材料的小体积变压器和电容器、高频率的开关电源等。这就意味着，电气传动技术向着集成化的方向不断发展，相关装置的尺寸不断缩小。

5 电力电子变换器是物质能量流和信息流间必需的接口

作为物质能量流和信息流间必需的接口，电力电子变换器经历了如下发展历程：晶闸管→GTR和GTO→IGBT，其中IGBT目前的电流和电压容量还比较有限，一般只适用于小中容量的低压电气传动使用，而GTO适合于大容量的低压电气传动，但是GTO的可靠性还有待提高。日后电力电子变换器的发展方向是集成化、模块化、改善封装、高频化和使用新型材料等，它可以为电气传动的智能化和信息化提供强有力的保障。在电力电子变换器中，主要由全控器件组成的斩波器/PWM变换器、晶闸管相控整流器来控制直流电机，由变压变频器来控制交流电机。

综上所述，电气传动技术在我国经济和社会的发展中发挥着举足轻重的作用，随着现代科学技术的不断发展，越来越多的先进技术（如微电子技术和传感技术等）融入到电气传动技术的研究中，这促使电气传动技术不断向着实用化、智能化、信息化、交流化、数字化、集成化和绿色化的发展方向。

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