电气传动技术在各个领域的应用

电气传动技术在各个领域的应用~

电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品。
自从人类发明并掌握各种机械帮助自己劳动以来，就需要有推动机械的原动力.
除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和风力，后来又发明了蒸汽机、柴油机、汽油机，19世纪才发明电动机。

一、电工新技术和电机、电器的发展
20世纪下半叶电工新技术主要向着新原理、新理论、新材料、新技术方向发展。例如，如果常温超导材料研发成功的话，这将使超导电机绕组的电阻损耗降为零，既解决了电枢绕组发热、温升问题，又使电机效率大为提高。更重要的是超导线的临界磁场强度和临界电流密度都很高，使超导电机的气隙磁通密度和绕组的电流密度可比传统常规电机提高数倍乃至数十倍。这就大大提高电机的功率密度，降低电机的重量、体积和材料消耗。
21世纪人类期望进入一个持续发展的新时期，电工技术在20世纪发展的基础上，将会进一步快速发展。除了对传统电力、电机电器、电气控制领域发展起深刻的变化外，还将对能源、交通、和其他工业发展起着重要推动作用。比如在能源、电力方面，我们可以核能发电、磁流体发电、风能发电等等;在交通运输方面，磁浮列车、电动车正在普及，磁流体推进船也正在研究当中。
更重要的是，电机的重要性在机器生产和发电中更加突出。而电机也从从前的单一电机变为了功能各异的专业性电机。在发电领域，如核能发电机，磁流体发电机，风能发电机，太阳能发电机，潮汐能发电机。而在电动机领域，如高性能永磁电机，交流异步电动机，单相异步电动机，罩极式电动机，磁滞同步电动机等。
电机的发展不仅极大的提高了人类的生产力，同时也极大的丰富了人类的生活。在我们的日常生活中，电机无处不在，我们的空调，我们的电冰箱，我们的微波炉，我们的电脑，或多或少都有电机的存在。可见电机在我们生活中的重要性
二、电力系统
电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。
建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展规划的重要组成部分。
电力系统的出现使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。
三、高电压与绝缘技术
以试验研究为基础的应用技术。主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电压试验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。高电压技术对电力工业、电工制造业以及近代物理的发展(如X射线装置、粒子加速器、大功率脉冲发生器等)都有重大影响。高电压与绝缘技术的特点是实验性强，理论性强，交叉性强。
60年代后期以来，高电压技术在电工以外的领域得到广泛应用;同时，也不断采用新技术以发展自身。前者主要指高电压技术在粒子加速器、大功率脉冲发生器、受控热核反应研究、航空与航天领域的雷电和静电控制与防护、磁流体发电、激光技术、等离子体切割、电水锤进行海底探油、冲击加工成型、人体内结石的破碎，以及静电除尘、静电喷涂、静电复印等方面的应用。高电压领域中采用的新技术则包括利用电子计算机计算电力系统的暂态过程和变电所的波过程;采用激光技术进行高电压下大电流的测量;采用光纤技术进行高电压的传递和测量;采用信息技术进行数据处理等。这一切构成了高电压技术近年来发展的一个重要方面。
高压输电不仅能输电，而且还具有明显的经济性。就地发电要比运输发电更加节约资源，这也就造就了我国现在的高压运输的电力策略。
四、电力电子与电气传动
电力电子。电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，已成为现代电气 工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养专业人才中占有重要地位。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体的说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子是研究弱电的学科，其与自动化有着紧密的联系，但其又经常与强电打交道，因此被称为是连接弱电与强电的桥梁。
电力电子技术在电机控制，电流控制，整流，自动化和仿真方面有着重要的应用。因此，电力电子以成为信息产业和传统产业之间的重要接口。电力电子技术的应用已深入到工业生产社会活动的各个方面。
电气传动。电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品。自从人类发明并掌握各种机械帮助自己劳动以来，就需要有推动机械的原动力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和风力，后来又发明了蒸汽机、柴油机、汽油机，19世纪才发明电动机。
电机的效率高，运转比较经济，电能的传输和分配比较方便，电能容易控制，因此现在电气传动已经成为绝大部分机械的传动方式，成为工业化的重要基础。传动方式的一种，有机械式如摇臂之类，有压力如液压传动，而通过控制电机来传动的方式就是电气传动。大至一个国家，小至一个工厂，它所具有的电气传动自动化技术水平直接反应出了其现代化水平。

家电中的空调，冰箱，洗衣机等，摩托车，汽车，都有电的。日常的照明。现代的社会，我们是离不开电气传动的。。

在智能变电站电力通信传动领域
则是利用传动验证系统软件通过“子站仿真”或“通信报文监听”两种方式获取远动通信原始报文，采取基于“程序匹配和通信报文比对”的比对原则，检查电力自动化系统新、老主站的参数配置定义是否完全一致，即遥控点信息及其参数、数据库、遥控操作画面的定义是否一致，避免新主站投运后因遥控点有不一致导致遥控误操作及遥控拒动等问题。
而这方面的内容在珠海一通电力科技有限公司已经有完善的技术。

电气传动技术的特点及展望

1 引言
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[1]。一个完整的电气传动系统包括三部分：控制部分、功率部分、电动机。
电气传动技术是电力电子与电机及其控制相结合的产物，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。对于位置控制(伺服)系统，也称为运动控制。
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。2 电气传动的主体电动机
电动机分为交流电动机和直流电动机。二者的结构、工作原理不同，所需的电气传动装置也不同。电气传动可分为两类：直流电气传动和交流电气传动。由于历史上最早出现的是以蓄电池形式供电的直流电动机，所以直流传动也是唯一的电气传动方式。直到1885年意大利都灵大学发明了感应电动机，而后出现了交流电，解决了三相制交流电的输变问题交流电气传动才出现。20世纪80年代之前,直流电气传动在高性能的电气传动领域占绝对统治地位。此后,随着电力电子技术和计算机控制技术的发展,以及现代控制理论的应用,交流电气传动得到了快速发展,静动态性能可以与直流电气传动相媲美。因此交流电气传动在高性能的电气传动领域所占比例逐年上升,目前已处于主导地位。
2.1 直流电动机传动
直流电动机的转速n的表达式为 式中:Ua 电动机电枢两端的电压；Ia 电动机电枢回路电流；R 电动机回路电阻；Ke 电动机电势常数；φ 电动机励磁磁通。
直流电动机的调速方式有三种：一是调压调速，即保持R和φ不变，通过调节Ua来调节n，是一种大范围无级调速方式；二是弱磁升速，即保持R和Ua不变，通过减少φ来升高n，是一种小范围无级调速方式；三是变电阻调速，即保持Ua和φ不变，通过调节R来调节n，是一种大范围有级调速方式。对于要求大范围平滑调速的直流电气传动系统来说,调压调速方式最好。而且现代工业企业的低压供电系统多数采用交流供电，通过可控变流装置即可提供可调的直流电压信号，所以直流调压调速方式应用最广泛。在电力电子变换器中，用于控制直流电机的主要是由全控器件组成的斩波器或PWM变换器，以及晶闸管相控整流器。
直流电气传动控制技术的发展经历了以下演变过程：开环控制→单闭环控制→多闭环控制；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； 模拟电路控制→数模电路混合控制→数字电路控制；硬件控制→软件控制。
2.2 交流电动机传动
交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。按照异步电动机的基本原理，从定子传入转子的电磁功率Pm可分为两部分：一部分是拖动负载的有效功率P1=(1-s) Pm，另一部分是转差功率Ps=sPm。转差功率是评价调速系统效率高低的一种标志，因此交流异步电动机调速方式分三类：一是转差功率消耗型调速, 即把全部转差功率转化成热能消耗掉。该调速方式结构简单，但效率低，而且转速越低，效率越低；二是转差功率回馈型调速，即转差功率的一部分转化成热能消耗掉，大部分则通过变流装置回馈电网或转化为机械能予以利用。该调速方式结构复杂，但效率比第一类高；三是转差功率不变型调速，即无论转速高低，消耗的转差功率基本不变。该调速方式结构复杂，但效率最高。在异步电动机的各种调速方式中，效率最高、性能最好、应用最广泛的是变压变频调速方式。它是一种转差功率不变型调速，可以实现大范围平滑调速。
同步电动机没有转差，当然也没有转差功率，所以同步电动机调速只能是转差功率不变型调速。而同步电动机转子极对数固定，因此只能采用变压变频调速方式。
交流电气传动控制模式的发展经历了以下演变过程: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；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；模拟电路控制→数字电路控制；硬件控制→软件控制。3 现代电气传动的物质基础一电力电子器件
电力电子技术是现代电气传动的基石，其直接决定和影响着现代电气传动的发展。如果把计算机比作现代生产设备的大脑，电力电子器件及功率变换装置则可视为支配手足(电机)的肌肉和神经，因此，电力电子变换器是信息流与物质／能量流之间的重要纽带[2][3]。
1957年世界上第一只晶闸管(SCR)的问世标志着电力电子学的诞生，从此，电力电子器件的发展日新月异。从20世纪60年代第一代半控型电力电子器件一晶闸管(SCR)发明至今，已经历了第二代有自关断能力的全控型电力电子器件 CTR，GTO，MOSFET，第三代复合场控制器件一IGBT，SIT，MCT等和正蓬勃发展的第四代模块化功率器件一功率集成电路(PIC)，如智能化模块IPM和专用功率器件模块ASPM等。这为交流传动实现高性能控制提供了必需的变频装置。电力电子器件的每一次更新换代，都会引起功率变换装置和交流传动性能的迅速提高，它们相互竞争、相互促进，向高电压、大电流、高频化、集成化、模块化、智能化方向发展，并逐步在性能和价格上可以与直流传动相媲美，而且在某些方面实现了直流传动所不能达到的高性能。
交流传动在实现节能和获得高性能的同时，也带来了诸如电网功率因数降低、谐波和电磁干扰等“污染”。另外，随着容量的增加，功率变换器的体积增大。为了解决这些弊端，1964年，A．Schonug率先将通信系统的脉宽调制(PWM)技术应用于交流电气传动，使变频器由传统的相控电流型逆变器、电压型逆变器发展到脉宽调制(PWM)型逆变器，大大缓解了对环境的“污染”，减小了变频器的体积，简化了变换装置的控制，为近代交流传动开辟了新的发展领域。目前，常用的交流PWM控制技术有：以输出电压接近正弦波为其控制目标的基于正弦波对三角波脉宽调制的SPWM控制和基于消除指定次数谐波的HEPWM控制；以输出正弦波电流为其控制目标的基于电流滞环跟踪的CHPWM控制；以及以被控电机的旋转磁场接近圆形为其控制目标的电压空间矢量控制(SVPWM控制)。电力电子器件及其功率变换装置在交流传动的发展中起着非常关键的作用，可以说没有电力电子技术的发展，就没有今天高性能的电气传动技术。4 电气传动自动化技术发展总趋势及主要的发展方向
电气传动自动化技术发展总趋势是：交流变频调速逐步取代直流调速、无触点控制取代有接点逻辑控制、全数字控制与数模复合控制并存。电气自动化技术的发展是由用户的需求和相关学科的技术发展所推动的，他直接涉及改善电气传动的性能、价格、尺寸、能源消耗与节约设计，调试等方面。其主要发展方向有：
4.1 实现高水平控制
电气传动自动化技术基于电动机和机械模型的控制策略，有矢量控制、磁场控制、直接转矩控、现代理论的控制策略，有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解鲁棒观测器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种各样的优化自诊断技术等。以高速微处理器RISC( Reduced Instruction Set Computer )及高速DSP(DigitalSignal Processor)为基础的数字控制模板处理速度大大提高，有足够的能力实现各种控制算法，Windows操作系统的引人可自由设计，图形编程的控制技术也有很大的发展。
4.2 开发清洁电能的变流器
所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数接近1，网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量，以减少对电网的公害和电动机的转矩脉动。对中小容量变流器，提高开关频率的PWM控制是有效的；对大容量交流器，在常规的开关频率下，可改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的变换。
4.3 系统化
电气传动自动化的发展与其相关技术的发展是分不开的。电气传动自动化技术的发展是将电网、整流器、逆变器、电动机、生产机械和控制系统为一个整体。从系统上进行考虑。例如要求和上位控制的可编程控制器通过串行通信连接，一般都带有串行通讯标准功能（RS-232、RS-485），此外还通过专用的开放总线方式运行。
4.4 CAD技术
模拟与计算机辅助设计技术(CAD)、电动机模拟器、负载模拟器以及各种CAD软件引人对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。
4.5 缩小装置尺寸
紧凑型变流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模块、紧凑型的光耦合器、高频率的开关电源，以及采用新型电工材料制造的小体积变压器、电抗器和电容器。功率器件冷却方式的改变(如水冷、蒸发冷却和热管)对缩小装置的尺寸也很有效。现在主回路中占发热量50%-70%的IGBT的损耗已大幅度减少，集电极一发射极的饱和电压(Vcesat)大为降低，现已开发出了第4代IGBT:目前，国外已研制成功高密度Building Block(系统集成)。

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堂古贝力： 电气传动技术的特点及展望 1 引言 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[1].电气传动技术在各个领域的应用

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灯塔市18578828823： 电力电子技术和电力传动技术都应用在什么地方?有什么区别?？
堂古贝力： 这个真是太多了,你应该学过电气工程概论这本书,里面介绍的很详细.像电动机控制,工业控制新能源发电,电力汽车、船舶,电力系统控制....可以这么说,凡是用到电的地方,他都有应用.

灯塔市18578828823： 电力电子技术在工业及民用中的应用有哪些?具体点!？
堂古贝力：随着电力电子器件的发展,电力电子技术在电机传动领域得到了广泛应用.现代电力传动是电力电子与电机及其控制相结合的产物,其内容涉及电机、电力电子技术、控制理论、现代检测技术等学科,是一项综合性、交叉性学科研究领域.现代电力传动已有30多年的历史,随着新的电力电子器件不断涌现,电力电子装置的形式不断更新,用于电能变换的电力电子装置容量也在不断增大.现在的电力电子和电力传动已用于各个领域,小到一般的家用电器,大到上千千瓦(甚至上万千瓦)的电动机传动或电能变换.凡是电能的产生、输送、变换与控制以及新能源的应用等,都与电力电子和电力传动密切相关,它已成为国民经济发展的重要组成部分.

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