新聞動態 國外機電(dian)(dian)一體化電(dian)(dian)機發展動向(xiang)

    近二十年來，科(ke)學技(ji)(ji)術突(tu)飛(fei)猛(meng)進。隨著電力電子技(ji)(ji)術、計算機(ji)技(ji)(ji)術和控(kong)制(zhi)理論發(fa)展，電機(ji)調速(su)技(ji)(ji)術得(de)到迅速(su)發(fa)展，使得(de)電機(ji)的應(ying)(ying)用(yong)不(bu)再局限于工業應(ying)(ying)用(yong)而(er)(er)且在商業及家用(yong)設備等各(ge)個領域獲得(de)更(geng)加廣泛的應(ying)(ying)用(yong)；而(er)(er)隨著新材(cai)(cai)料如稀土(tu)永磁(ci)材(cai)(cai)料Nd-Fe-B、磁(ci)性復合材(cai)(cai)料的出現，更(geng)給電機(ji)設計插上翅膀，各(ge)種新型、高效、特種電機(ji)層(ceng)出不(bu)窮。這(zhe)些都極大地豐富了電機(ji)理論，拓寬了電機(ji)的應(ying)(ying)用(yong)領域，同時也給電機(ji)設計和制(zhi)造(zao)工藝提出更(geng)高的要求。

交流變頻調速系統及變頻電機
    二十年(nian)(nian)來，電(dian)(dian)力電(dian)(dian)子技術發生了革命性(xing)的(de)進展(zhan)(zhan)(zhan)。功率元(yuan)件(jian)(jian)(jian)從70年(nian)(nian)代(dai)的(de)晶閘管（SCR），發展(zhan)(zhan)(zhan)到80年(nian)(nian)代(dai)的(de)雙極(ji)型晶體(ti)管（BJT，也稱作GTR），到90年(nian)(nian)代(dai)則主要是(shi)絕緣柵雙極(ji)晶體(ti)管（IGBT）。日本的(de)三(san)菱(ling)電(dian)(dian)機(ji)(ji)公司已推出(chu)2000V/1200A的(de)IGBT，歐洲的(de)eupec公司也推出(chu)了3300V/1200A的(de)元(yuan)件(jian)(jian)(jian)，而(er)1200V/600A的(de)IGBT模(mo)塊(kuai)則已大(da)量生產供(gong)應；IR以(yi)及Fairchild等著名(ming)半導體(ti)公司生產的(de)IPM模(mo)塊(kuai)更為交流調(diao)速(su)技術的(de)白色家電(dian)(dian)（指冰(bing)箱、洗衣機(ji)(ji)和空調(diao)器(qi)等）以(yi)及汽車等領(ling)域的(de)應用(yong)提供(gong)了可(ke)能。控(kong)(kong)(kong)制(zhi)方(fang)面也從模(mo)擬控(kong)(kong)(kong)制(zhi)發展(zhan)(zhan)(zhan)到數字控(kong)(kong)(kong)制(zhi)，從單片機(ji)(ji)發展(zhan)(zhan)(zhan)到數字信號處理(li)器(qi)（DSP）和高(gao)級專(zhuan)用(yong)集成電(dian)(dian)路(lu)，控(kong)(kong)(kong)制(zhi)部(bu)件(jian)(jian)(jian)功能日益(yi)完善，而(er)所需的(de)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)器(qi)件(jian)(jian)(jian)和控(kong)(kong)(kong)制(zhi)器(qi)體(ti)積日益(yi)減小，控(kong)(kong)(kong)制(zhi)器(qi)可(ke)靠性(xing)日益(yi)提高(gao)而(er)成本日益(yi)降低(di)。例如0.75kW通(tong)用(yong)變頻器(qi)的(de)過去的(de)10年(nian)(nian)間，體(ti)積減小到原來的(de)1/10，成本下降了大(da)約40~50%，中小型電(dian)(dian)機(ji)(ji)變頻調(diao)速(su)系統(tong)已經發展(zhan)(zhan)(zhan)成熟。據(ju)美(mei)國(guo)《控(kong)(kong)(kong)制(zhi)工(gong)程》報道在1996~2000年(nian)(nian)間美(mei)國(guo)用(yong)于(yu)工(gong)廠自動化方(fang)面的(de)電(dian)(dian)動機(ji)(ji)和傳(chuan)動裝置的(de)總(zong)費用(yong)約45億(yi)美(mei)元(yuan)，其中采用(yong)變頻器(qi)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)三(san)相異(yi)步電(dian)(dian)動機(ji)(ji)的(de)約占(zhan)52.8%，且呈(cheng)逐年(nian)(nian)上升趨(qu)勢。

    對變頻(pin)電機(ji)的(de)研究，過去主要集(ji)中在以下(xia)幾個方面：一(yi)是(shi)(shi)由于變頻(pin)器的(de)供電，電機(ji)諧(xie)波分(fen)量增(zeng)加，溫升(sheng)提(ti)高(gao)，因此應(ying)根據負(fu)載的(de)情(qing)況，如(ru)何匹配電機(ji)的(de)功(gong)率；而是(shi)(shi)對于調速(su)(su)范圍較寬(kuan)的(de)應(ying)用，要考慮(lv)低速(su)(su)時風(feng)扇轉速(su)(su)降(jiang)低造(zao)成的(de)電機(ji)自身散(san)熱能力(li)的(de)下(xia)降(jiang)，因此應(ying)在結構上(shang)外(wai)置一(yi)獨立(li)的(de)風(feng)扇，使其在低速(su)(su)時保持足(zu)夠的(de)散(san)熱風(feng)量，另(ling)外(wai)對于諧(xie)波引起(qi)的(de)電機(ji)噪聲的(de)增(zeng)加也進行了不少的(de)研究。

    但是隨著變頻器應用的日益增多和研究的日益深入，出現了其他更為突出的問題，如電機的絕緣、軸承電流、性能測試等問題，直接影響著電機的設計、制造、使用和性能。
·電(dian)(dian)(dian)機(ji)絕(jue)緣(yuan)(yuan)問題為解決變頻器供(gong)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)絕(jue)緣(yuan)(yuan)問題，可采(cai)用濾波器技術或采(cai)用加強絕(jue)緣(yuan)(yuan)，但是前者(zhe)要增(zeng)(zeng)加較多的(de)(de)(de)(de)費用，而后(hou)者(zhe)則電(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)體積(ji)增(zeng)(zeng)加較多。目(mu)前，美(mei)國的(de)(de)(de)(de)Phelps Dodge公(gong)司(si)(si)等線纜廠已經研制出耐高脈沖電(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)磁線，這種電(dian)(dian)(dian)磁線采(cai)用了新的(de)(de)(de)(de)漆(qi)層配方，在漆(qi)膜厚度不變的(de)(de)(de)(de)情況下，大大增(zeng)(zeng)加了耐壓強度。美(mei)國GE公(gong)司(si)(si)和(he)Reliance公(gong)司(si)(si)等均宣布(bu)已生產采(cai)用新的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)磁線的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)機(ji)，可適用于IGBT供(gong)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)場合。

·軸承(cheng)(cheng)電(dian)流問(wen)題對(dui)于(yu)較大功率的(de)(de)IGBT變頻器供電(dian)的(de)(de)電(dian)機（如100kW以(yi)上）會發現(xian)運行一段(duan)時間后，有(you)些電(dian)機軸承(cheng)(cheng)磨損(sun)嚴(yan)重(zhong)，先(xian)是產生不正常噪聲，后至燒(shao)毀。經研究(jiu)發現(xian)，當此高頻分量較大時，軸電(dian)流密度可達數十安培/mm2，軸承(cheng)(cheng)電(dian)流嚴(yan)重(zhong)。由于(yu)軸承(cheng)(cheng)的(de)(de)滾道上有(you)可能(neng)存在凸出點，旋轉時通過該處的(de)(de)軸承(cheng)(cheng)電(dian)流斷開(kai)，從(cong)而引起(qi)電(dian)弧，灼傷(shang)金(jin)屬表面，大量積(ji)累從(cong)而引起(qi)軸承(cheng)(cheng)的(de)(de)損(sun)壞。因此對(dui)于(yu)200馬力以(yi)上的(de)(de)電(dian)機應采用(yong)了軸承(cheng)(cheng)絕緣技術等措施(shi)以(yi)保(bao)證電(dian)機的(de)(de)可靠運行。

·性能測(ce)(ce)試(shi)問題(ti)由于電(dian)壓波形中存在著大量(liang)的(de)(de)(de)高次諧波，因此測(ce)(ce)量(liang)儀器的(de)(de)(de)選擇(ze)和精(jing)度問題(ti)較為(wei)突出。1998年美國Florida大學對交流調速系統的(de)(de)(de)研究(jiu)表(biao)明(ming)，聲稱精(jing)度0.1~0.25的(de)(de)(de)數字測(ce)(ce)量(liang)儀表(biao)，有時測(ce)(ce)量(liang)誤差會(hui)高達(da)(da)5~6%，這主要是由于測(ce)(ce)試(shi)儀器采(cai)用(yong)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)不夠(gou)高造成(cheng)的(de)(de)(de)。目(mu)前，IEC的(de)(de)(de)相關的(de)(de)(de)實驗(yan)標準中已經明(ming)確規定(ding)了10倍(bei)采(cai)樣頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)要求(qiu)。例如(ru)，對于IGBT變頻(pin)(pin)裝置(zhi)，若采(cai)用(yong)20kHz的(de)(de)(de)載波頻(pin)(pin)率(lv)(lv)，則測(ce)(ce)試(shi)儀器的(de)(de)(de)采(cai)樣頻(pin)(pin)率(lv)(lv)至少(shao)要達(da)(da)到(dao)200kHz，方能保證一定(ding)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)精(jing)度。變頻(pin)(pin)器供電(dian)專用(yong)電(dian)機(ji)測(ce)(ce)試(shi)裝置(zhi)的(de)(de)(de)研究(jiu)正在展開。

無刷電機
    近年來，轉子采用永磁結構、主電路采用功率器件的無刷直流電機得到了很大的發展，其功率覆蓋等級較大。小功率無刷直流電機主要應用于工廠自動化和辦公自動化方面，如計算機外設復印機和家用電器中，它正在迅速取代傳統的直流電機和異步電機；90年代以來，在高精度的數控設備中相當多的采用了永磁同步無刷電機（交流伺服電機）以取代寬調速的直流伺服電機，特別是在機器人和機械手的驅動中，無刷直流電機的應用相當多。目前全世界機器人的擁有量已經超過100萬臺，且每年以大于20%的速度增長，這已經成為無刷直流電機的主要應用領域。近年來，采用交流無刷電機代替異步電機作為機床的主軸直接驅動也已成為新的研究和應用熱點。大功率無刷直流電機（一般采用晶閘管作為功率器件，習慣上稱為無換向器電機）在低速、環境惡劣和有一定調速性能要求的場合有著廣泛的應用前景，如鋼廠的軋機、水泥窯傳動抽水蓄能等。
   
    目前國(guo)外交流伺(si)服電(dian)(dian)(dian)機已(yi)經(jing)部分形成系列，如德國(guo)Lens公司，而(er)寶(bao)鋼(gang)引進的(de)(de)軋(ya)機流水(shui)線(xian)電(dian)(dian)(dian)氣(qi)傳動基本采用(yong)(yong)了無(wu)換向器電(dian)(dian)(dian)機實現(xian)；日本在(zai)電(dian)(dian)(dian)動車的(de)(de)應用(yong)(yong)中也主要(yao)采用(yong)(yong)了無(wu)刷直流電(dian)(dian)(dian)機作為驅動電(dian)(dian)(dian)機，并(bing)取得了較(jiao)好的(de)(de)應用(yong)(yong)效果。