探討電動機及其控制技術的應用與展望

徐波

摘 要：隨著節能與環保逐漸受到重視，令電動機及其控制技術顯著發展，這一發展為各個行業帶來了較大的變化。

關鍵詞：電動機；控制技術；應用

TM359.3

引 言

由于制造技術不斷提高，令傳統系統愈發無法符合當前高速、精良的機械加工標準，由于電動機技術具有高速、高精密的特征，在機械加工設備中大獲好評。

1電動機及其控制技術的應用情況

電力拖動具備控制簡易、便捷、經濟、有效、調節性能優異、較易完成遠距離控制與自動化控制的特點，因此被大量應用于機械、石油以及冶金等行業中。

我國電動機類別較多，大小差異較大，用途較廣，當前約具有上百個系列、上千個品種。高壓電動機大多用在石油、冶金、化工、礦山、抽水蓄能電站等相關行業的大型機械設施當中。70%高壓電動機拖動的負載為泵類、風機以及壓縮機等，而大多數處在輕載狀態，十分耗費能源。

中小型電動機數量較多，覆蓋面較大。我國已經變成全球中小型電動機生產及運用量最大的國家。可是我國當前使用的電動機在能效標準方面大部分還處于低效率的IE1，而高效率的IE2以及超高效率的IE3電動機正在被大量普及當中，電動機的更新換代為我國經濟的發展以及節能降耗推波助瀾。

因為交流變頻控制系統在價格方面較為昂貴，并且具有歷史沿襲的因素，使得我國尚有較多的直流調速系統正在應用之中。

科技不斷發展，現代控制技術不斷進步，我國特種微型電動機以及電動機私服系統逐步被發展起來，已經變成獨立的分支。尤其是一些航空航天部門，通過微型控制電動機，早已不再受國外技術的束縛。比如自行研發成功的登月使用的微型控制電動機等。

國外當前有80%的電動機是專用電動機，在性能、適應性以及效率方面顯著提升，通用型電機僅占20%。而我國恰好相反，通用性電動機有80%，因此發展專用電動機對我國而言十分關鍵。

我國在電氣自動化的各類控制形式上采用并存的方式。對于機床方面的工業設施而言，大量使用電磁式或電子式繼電器、接觸器對系統進行控制。近些年來，接觸器以及電子式繼電器在體積方面更為縮小，但在使用時間方面卻得以延長，有些還朝著多功能方向發展。可由于其通過機械觸電式硬鏈接，通過界限邏輯完成控制能力，具有易出現電火花的現象，使用時間較短，轉變電路控制功能需要拆線再次進行連接，所以也存在較多不足[1]。

PLC控制系統是將計算機與繼電器接觸器控制系統的優勢相融合的系統，存在體積小、控制靈活、較易編程、較易轉變電路邏輯功能、存在數據處理、數字核算、通訊聯網的功效。PLC無故障運轉時間可在10萬小時以上，具有較高的可靠性，已經變成工業自動化控制系統內應用最為寬泛的核心控制體系。我國大多通過進口方式引進PLC控制裝置，有些為合資工廠組裝而成，重要技術還需要國外給予支持。PLC控制系統的應用，主要在中大型企業當中，具有普及率過低的現象，發達國家已經采用工業現場總線以及數據聯網通訊進行自動化控制。

交流變頻調速控制技術是通過電力電子技術、計算機技術、微電子技術、現代自動控制理論有效發展的成果。它的誕生轉變了高性能調速系統從直流電動機霸主天下的局勢，令交流調速系統漸漸在調速系統中愈發受到重視，這也與電力電子器件的迅速發展密不可分。

我國在高速鐵路技術方面已經達到世界先進水準。這也獲益于被稱之為鐵路機車“機芯之核”的IGBT被成功問世。在我國首條IGBT產品的封裝線產生之后，有效完成了IGBT模塊的國產化。

在上世紀末期，我國一些火力發電廠已經開始對高壓變頻器進行進口，并以節能為目的對風機、壓縮機、水泵進行改造，獲得滿意的成果。由于國產電力電子器件的成功出現，國產高壓變頻器的發展較快，而大多數用在火力發電廠進行調節節能改造。可是，大容量高壓變頻器技術尚與發達國家具有一定距離。中小型電動機通用變頻器與專用變頻器大多被國外所掌控，例如我國使用量較高的西門子MM4系列通用變頻器[2]。

2電動機及其控制技術的展望

2.1電氣技術和電力電子理論與現代控制理論的結合更為密切

只將電機理論以及電力電子理論與現代控制理論通過逐漸積累的方式所進行的研究的方法以及生產的行為將會無法順應系統高性能的標準。電機驅動系統將不同學科的理論與技術良好結合，以此引發深遠的影響，并給予有力的支持。

2.2控制系統趨向智能化

對于非線性智能控制技術而言，將各自或融合運用在電動車電機控制系統。這些技能有些不需要系統精準建模，有些擅長節約非線性問題。它們的運用會令系統結構更為簡約，反應快速，抗干擾較強，會令參數變動產生魯棒性，較大提升總體系統的綜合性能。這些智能化技術當前也用在電動車控制中，可是只用在改良系統的局部性能當中，也就是可以在局部完成智能化，并且，徹底實現智能化也將成為必然，所以需要投入更多的努力。

2.3電機控制數字化

隨著計算機技術以及微電子學的迅猛發展，眾多微機專屬控制芯片以及DSP等逐步運用于電機控制系統當中，當前通過軟件控制系統而逐步代替硬件系統變成了發展趨勢。電機控制系統面對數字化環境，完成了自我故障監控、自我保護及自我分析的能力，全數字化正成為目前電動汽車電機控制以及交流傳動系統的主要發展方向。

2.4電動機呈現多樣化趨勢

對于電機系統而言，其綜合指標均相差無幾，各有優勢。所有系統在當前的驅動中均得到了良好的運用。大多為異步電機和永磁無刷直流電機，并且也運用永磁同步電機與開關磁阻電機。永磁無刷直流電機中，結合了微電子技術、自控技術、電力電子技術、數字技術以及材料科學等不同學科，展現出多學科相融合的運用，未來形勢十分美好。所有電機想要在未來市場中站穩腳跟，不但要對電機的結構進行提升，還要勇于嘗試由反傳統的理念對電機本身包含繞組進行改變，令其更加適用[3]。

2.5專用電動機取締普通電動機

由于電動機類別較多，性能各有不同，所拖動的負載也相差較大。假如均通過通用電動機進行，不論在技術方面還是經濟方面均不夠合理。專用電動機則依照負載的不同進行單獨設定，技術性能方面更加適合對應的設施所需，節能效果更加突出。例如在油田當中使用的抽油機專用稀土永磁電機，則能夠節省下20%的用電率。

2.6綜合優勢

總體電機驅動系統會趨于小型化，簡便、成本較低、擁有高容量、高節能效果，反應速度較快，調速性能較好，運轉穩定，不用維護，對環境不會產生較大的影響。并且，大功率半導體元器件正在向集成化、智能化方向前進，智能功率模塊作為過渡產品，其成為了微電子技術與電力電子技術的融合產物，不僅給予了相應的功率輸出能力，還兼具控制、保護、監測、診斷等能力。其包含了保護電路、驅動電路，能夠完成短路、過流、過壓、欠壓等保護，還可以完成電動機的二次制動。外界僅需為智能功率模塊提供PWM信號，則能夠展現繁瑣的主電路與外圍電路的功能。因為通過隔離技術，使得散熱更加均勻，體積更加緊湊。所以當前電動機控制系統的研發人員均應當給予考慮，以便提升系統的穩定性，以此減少研發的時間及費用。

3結語

綜上所述，步入21世紀以來，性能更加良好的電力電子器件會不斷涌現。電動機及其控制技術對所有自動化技術而言屬于基本環節，其發展與電力電子技術、微電子技術乃至自控技術緊密相連。在科技不斷壯大中，電動機及其控制技術會由于電子技術的發展而展現出十分美好的前景。

參考文獻

[1]陳偉華，黃堅.我國中小型電動機行業現狀與展望[J].認證技術.2010.（05）：33-34.

[2]馬逢伯，趙萬龍，徐齊.電動機的運行維護方法探討[J].煉油與化工.2015.（04）：54-56.

[3]寇寶泉，張魯，李立毅，張赫.平面電動機技術發展綜述[J].電工文摘.2011.（02）：6-12.