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高空機械電機控制和電源變換技術發展

2018-02-27 13:39:16 admin

自從1831年法拉第發現電磁感應現象以來、電機就與人類文明的進步緊密結合在一起.這里的“電機”不僅是通常所指的電動機和發電機,還包括能改變電能電壓的變壓器及改變電能頻率、電流、相位的變換器等裝黃,也就是現在稱為“電源變換”的設備。一項技術在不同的時代有著不同的內涵。19世紀中葉先后誕生的直流電機和交流電機.最初只是為人們提供種穩定的動力,而調速及力矩的控制則用皮帶輪和齒輪來完成,所以那時的電機控制只是解決它的起動與停止,大部分的控制用簡單的觸點開關電器即能解決。隨著世界工業革命的進程.大工業生產的生產方式、產量和質量都發生了根本性的變化,小作坊式的生產形式已不能滿足實際需要.因此對電機的控制提出了新的要求.例如,煉鋼廠的反轉軋機,電動機在工作中不但要求快速地起動和制動.而且要求能頻繁地改變運行方向,這時電機運行中的起動轉矩和制動轉矩以及動態響應成為控制的主要焦點.又例如,載人電梯.為了人的舒適性,它的起動加速和停止減速應遵循一定的運行規律.所以拖動電機的運行過程中必須按照某種曲線迅速調整速度.這時.如果簡單地控制電機的起動與停止,則是無法滿足要求的.再臂如,在造紙、印染、塑料、冶金等行業常用卷繞設備的電氣傳動,一般都采用張力控制技術來實現生產工藝中的平衡卷繞.


  為了保證加工質量,必須維持材料在傳送中有一定的均衡張力;但工藝過程中.放料滾筒的外徑不斷縮小,而收料卷筒的外徑卻在不斷增大,因此分別帶動放料滾筒和收料卷筒的2個電動機必須按一定的規律調節速度,1個需要隨料筒直徑的減小適時地加快,另1個需要隨料筒直徑的增大適時地減慢.否則難以保證材料在傳送過程中的均衡張力.影響產品加工質量.甚至出現材料斷裂。由此可見,生產實踐中對電機控制的要求有時非常復雜。


  正是由于工業生產的不斷進步和發展,電機控制從最初簡單的起動控制發展到現在包括功率電子器件、模擬與數字電子技術、高頻電源變換技術、微型計算機、自動控制理論、現代調速等多門學科的電力電子技術與運動控制學科的綜合控制,在自動生產線、網絡制造、信息產業、運輸、包裝、儲存、銷售、測試、航空、航天、國防等領域發揮著重要的作用。

  20世紀70年代以前,直流電機因具有優越的調速性能,而在需要調速傳動的場合都被采用;但傳統直流電機采用電刷機械方法換向,存在機械摩擦,需要經常維護,并且運行中產生火花、噪聲和無線電干擾.使它的應用受到極大的限制,因此,當時的電氣傳動中,大部分采用的是交流感應電動機.雖然那時交流調速也有多種方案,但面于當時的技術水平,始終無法達到直流調速的性能。到了20世紀70年代初,席卷全球的石油危機迫使人們不得不投人大量人力和物力,對在電氣傳動中占主導地位的交流電機傳動系統進行高效節能的變頻調速研究。經過多年努力,終于使交流調速系統的性能可以達到與直流調速系統相媲美的程度。由于交流變頻調速用于風機、水泵的傳動能收到節電20%的效果.而風機、水泵的裝機容量兒乎占工業電氣傳動總容量的一半.因此從20世紀80年代起,交流變頻調速在世界范圍內得到迅速的推廣和應用。與此同時.在電力電子技術和計算機技術發展的推動下.傳統的有刷直流電機也在技術上有了大的突破.以功率電子開關器件實現換向的無刷直流電機獲得成功.并在儀器儀表、醫療器械、家用電器和信息產品中得到推廣應用.


  電機控制從最初簡單的電力拖動,發展到后來能夠調速的電氣傳動,又從后來的電氣傳動發展到現在的運動控制,控制對象不但包括傳統的直流電機、交流感應電機和交流同步電機.還包括直線電機、步進電機、開關磁阻電機、雙凸極電機、超聲電機和其他的新型電機;控制內容不但包括常規的起動、調速,還包括電磁轉矩、位置控制及動態響應性能等。運動控制將電網、整流器、逆變器、電動機、生產機械和控制系統作為1個整體綜合考慮.與以前那種電源是電源,變頻器是變頻器,電機是電機,每1項都作為1個獨立的裝置來考慮相比,這樣更能發揮整體優勢,獲得最佳的控制效果.要在系統控制中實現這種整體優勢,沒有計算機技術的介人顯然是難以實現的.正是由于以微處理器為核心的全數字控制技術的不斷發展。尤其是DSP嵌人式片上系統SOC的出現.使得系統實時性地完成電機控制和電源變換中的運算速度越來越快,處理各種復雜運算不再困難,系統的整體控制性能越來越好,為進一步提高電機控制和電源變換技術的性能指標提供了一個堅實的技術平臺.


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  最早的不停電電源(UPS),完全用機械方法實現,利用慣性飛輪存儲的動能帶動發電機,為負載提供電網中斷時的供電.設備笨重,噪聲大,效率低.切換時間長.隨著電力電子技術的發展,辭止變流器逐漸取代了那種笨重的機械式的電源變換裝置。靜止變流器從開始的晶閘管(SCI。和模擬電路控制,到后來的晶體管(GTR)和數字電路控制,一直發展到現在的場控功率開關(1GI3T)和以嵌人式微處理器為核心的全數字化控制,所經歷的發展歷程與電機控制幾乎同步.這類的電源變換裝置.


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