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文檔簡介

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上現(xiàn)代電氣傳動及控制技術(shù)的發(fā)展1 電氣傳動技術(shù)概述電氣傳動技術(shù),是指用電動機把電能轉(zhuǎn)換成機械能,去帶動各種類型的生產(chǎn)機械、交通車輛以及生活中需要運動的物品的技術(shù)。是通過合理使用電動機實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械設(shè)備電氣化及其自動控制的電氣設(shè)備及系統(tǒng)的技術(shù)總稱。一個完整的電氣傳動系統(tǒng)包括三部分:控制部分、功率部分、電動機。2 電氣傳動優(yōu)點(1) 電機的效率高,運轉(zhuǎn)比較經(jīng)濟;(2) 電能的傳輸和分配比較方便;(3) 電能容易控制,因此現(xiàn)在電氣傳動已經(jīng)成為絕大部分機械的傳動方式,成為工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。傳動方式的一種,有機械式如搖臂之類,有壓力如液壓傳動,而通過控制電機來傳動的方式就是電氣

2、傳動。3 電氣傳動技術(shù)的發(fā)展史電氣傳動技術(shù)誕生于20世紀初的第二次工業(yè)革命時期,電氣傳動技術(shù)大大推動了人類社會的現(xiàn)代化進步。它是研究如何通過電動機控制物體和生產(chǎn)機械按要求運動的學(xué)科。隨著傳感器技術(shù)和自動控制理論的發(fā)展,由簡單的繼電、接觸、開環(huán)控制,發(fā)展為較復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)。自從人類發(fā)明并掌握各種機械幫助自己勞動以來,就需要有推動機械的原動力,除人力本身外,最初使用的是畜力、水力和風力,后來又發(fā)明了蒸汽機、柴油機、汽油機,19世紀才發(fā)明電動機。20世紀60年代,特別是80年代以來,隨著電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,逐步形成了集多種高新技術(shù)于一身的全新學(xué)科技術(shù)一現(xiàn)代電

3、氣傳動技術(shù)。4 電氣傳動的主體電動機電動機分為交流電動機和直流電動機。二者的結(jié)構(gòu)、工作原理不同,所需的電氣傳動裝置也不同。電氣傳動可分為兩類:直流電氣傳動和交流電氣傳動。由于歷史上最早出現(xiàn)的是以蓄電池形式供電的直流電動機,所以直流傳動也是唯一的電氣傳動方式。直到1885年意大利都靈大學(xué)發(fā)明了感應(yīng)電動機,而后出現(xiàn)了交流電,解決了三相制交流電的輸變問題交流電氣傳動才出現(xiàn)。20世紀80年代之前,直流電氣傳動在高性能的電氣傳動領(lǐng)域占絕對統(tǒng)治地位。此后,隨著電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的發(fā)展,以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用,交流電氣傳動得到了快速發(fā)展,靜動態(tài)性能可以與直流電氣傳動相媲美。因此交流電氣傳動在高性能

4、的電氣傳動領(lǐng)域所占比例逐年上升,目前已處于主導(dǎo)地位。 4.1 直流電動機傳動直流電動機的轉(zhuǎn)速n的表達式為: 式中: Ua 電動機電樞兩端的電壓;Ia 電動機電樞回路電流; R 電動機回路電阻; Ke 電動機電勢常數(shù); 電動機勵磁磁通。直流電氣傳動控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下演變過程:開環(huán)控制單閉環(huán)控制多閉環(huán)控制;分立元件電路控制小規(guī)模集成電路控制大規(guī)模集成電路控制; 模擬電路控制數(shù)模電路混合控制數(shù)字電路控制;硬件控制軟件控制。 4.2 交流電動機傳動 交流電動機分異步電動機和同步電動機兩大類。按照異步電動機的基本原理,從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm可分為兩部分:一部分是拖動負載的有效功率P1=(1-

5、s) Pm,另一部分是轉(zhuǎn)差功率Ps=sPm。轉(zhuǎn)差功率是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的一種標志,因此交流異步電動機調(diào)速方式分三類: 一是轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速, 即把全部轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉。該調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單,但效率低,而且轉(zhuǎn)速越低,效率越低;二是轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速,即轉(zhuǎn)差功率的一部分轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉,大部分則通過變流裝置回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化為機械能予以利用。該調(diào)速方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但效率比第一類高;三是轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速,即無論轉(zhuǎn)速高低,消耗的轉(zhuǎn)差功率基本不變。該調(diào)速方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但效率最高。在異步電動機的各種調(diào)速方式中,效率最高、性能最好、應(yīng)用最廣泛的是變壓變頻調(diào)速方式。它是一種轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速,可以實現(xiàn)

6、大范圍平滑調(diào)速。同步電動機沒有轉(zhuǎn)差,當然也沒有轉(zhuǎn)差功率,所以同步電動機調(diào)速只能是轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速。而同步電動機轉(zhuǎn)子極對數(shù)固定,因此只能采用變壓變頻調(diào)速方式。交流電氣傳動控制模式的發(fā)展經(jīng)歷了以下演變過程:轉(zhuǎn)速開環(huán)的恒壓頻比控制轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制矢量控制解耦控制模糊控制;分立元件電路控制小規(guī)模集成電路控制大規(guī)模集成電路控制;模擬電路控制數(shù)字電路控制;硬件控制軟件控制。5 現(xiàn)代電氣傳動的物質(zhì)基礎(chǔ)電子電力器件 1957年世界上第一只晶閘管(SCR)的問世標志著電力電子學(xué)的誕生,從此,電力電子器件的發(fā)展日新月異。從20世紀60年代第一代半控型電力電子器件一晶閘管(SCR)發(fā)明至今,已經(jīng)歷了第二代有自

7、關(guān)斷能力的全控型電力電子器件 CTR,GTO,MOSFET,第三代復(fù)合場控制器件一IGBT,SIT,MCT等和正蓬勃發(fā)展的第四代模塊化功率器件一功率集成電路(PIC),如智能化模塊IPM和專用功率器件模塊ASPM等。6 智能化傳動系統(tǒng)電氣傳動正面臨著一場革命,是說它正在向智能化邁進。上百年來研究電動機只是實現(xiàn)了自動化,現(xiàn)在再進入到一個智能化,也就是一個系統(tǒng)優(yōu)化的問題。優(yōu)化的焦點是把微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)融人到電氣傳動的領(lǐng)域,這三者構(gòu)成“大電子體系”,只有這樣的大電子體系,才能帶動、改造傳動產(chǎn)業(yè)升級換代。這樣的融入能把物料流、能源流、信息流三者匯流在一起,形成當代的智能化傳動系統(tǒng)。7

8、 人工智能在電氣傳動領(lǐng)域的發(fā)展概況人工智能控制技術(shù)一直沒能取代古典控制方法。但隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,控制器設(shè)計的常規(guī)技術(shù)正逐漸被廣泛使用的人工智能軟件技術(shù)(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等)所替代。這些方法的共同特點是:都需要不同數(shù)量和類型的必須的描述系統(tǒng)和特性的“a priori”知識。由于這些方法具有很多優(yōu)勢,因此工業(yè)界強烈希望開發(fā)、生產(chǎn)使用這些方法的系統(tǒng),但又希望該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、性能優(yōu)異。由于控制簡單,直流傳動在過去得到了廣泛的使用。但由于它們眾所周知的限制以及DSP技術(shù)的進步,直流傳動正逐漸被高性能的交流傳動所取代。但最近,許多廠商也推出了一些改進的直流驅(qū)動產(chǎn)品,但都

9、沒有使用人工智能技術(shù)。確信,一旦使用人工智能后,直流傳動技術(shù)的性能得到進一步的提高。在將來,智能技術(shù)在電氣傳動技術(shù)中占相當重要的地位,特別是自適應(yīng)模糊神經(jīng)元控制器在性能傳動產(chǎn)品中將得到廣泛應(yīng)用。但是,還有很多研究工作要做,現(xiàn)在還只有少數(shù)實際應(yīng)用的例子(學(xué)術(shù)研究組實現(xiàn)少,工業(yè)運用的就更少了),大多數(shù)研究只給出了理論或仿真結(jié)果,因此,常規(guī)控制器在將來仍要使用相當長一段時間。 8 電氣傳動自動化技術(shù)發(fā)展總趨勢及主要的發(fā)展方向電氣傳動自動化技術(shù)發(fā)展總趨勢是:交流變頻調(diào)速逐步取代直流調(diào)速、無觸點控制取代有接點邏輯控制、全數(shù)字控制與數(shù)模復(fù)合控制并存。電氣自動化技術(shù)的發(fā)展是由用戶的需求和相關(guān)學(xué)科的技術(shù)發(fā)展所推動的,他直接涉及改善電氣傳動的性能、價格、尺寸、能源消耗與節(jié)約設(shè)計,調(diào)試等方面。其主要發(fā)展方向有:(1) 實現(xiàn)高水平控制;(2)開發(fā)清潔電能的變流器;(3)系統(tǒng)化;(4)CAD技術(shù);(5)縮小裝置尺寸。9 總結(jié) 雖然使用人工智能技術(shù)的實際產(chǎn)品和應(yīng)用還不多,但不久的將來,人工智能技術(shù)在電氣傳動領(lǐng)域?qū)〉弥匾牡匚?,特別是自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器將在高性能驅(qū)動產(chǎn)品中得到廣泛使用。 在電氣傳動技術(shù)的發(fā)展過程中,雖然各個學(xué)科所起的作用不同,但它們相互促進、交叉融合?,F(xiàn)代電氣

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