探讨电动机及其控制技术的应用与展望

徐波

摘 要：随着节能与环保逐渐受到重视，令电动机及其控制技术显著发展，这一发展为各个行业带来了较大的变化。

关键词：电动机；控制技术；应用

TM359.3

引 言

由于制造技术不断提高，令传统系统愈发无法符合当前高速、精良的机械加工标准，由于电动机技术具有高速、高精密的特征，在机械加工设备中大获好评。

1电动机及其控制技术的应用情况

电力拖动具备控制简易、便捷、经济、有效、调节性能优异、较易完成远距离控制与自动化控制的特点，因此被大量应用于机械、石油以及冶金等行业中。

我国电动机类别较多，大小差异较大，用途较广，当前约具有上百个系列、上千个品种。高压电动机大多用在石油、冶金、化工、矿山、抽水蓄能电站等相关行业的大型机械设施当中。70%高压电动机拖动的负载为泵类、风机以及压缩机等，而大多数处在轻载状态，十分耗费能源。

中小型电动机数量较多，覆盖面较大。我国已经变成全球中小型电动机生产及运用量最大的国家。可是我国当前使用的电动机在能效标准方面大部分还处于低效率的IE1，而高效率的IE2以及超高效率的IE3电动机正在被大量普及当中，电动机的更新换代为我国经济的发展以及节能降耗推波助澜。

因为交流变频控制系统在价格方面较为昂贵，并且具有历史沿袭的因素，使得我国尚有较多的直流调速系统正在应用之中。

科技不断发展，现代控制技术不断进步，我国特种微型电动机以及电动机私服系统逐步被发展起来，已经变成独立的分支。尤其是一些航空航天部门，通过微型控制电动机，早已不再受国外技术的束缚。比如自行研发成功的登月使用的微型控制电动机等。

国外当前有80%的电动机是专用电动机，在性能、适应性以及效率方面显著提升，通用型电机仅占20%。而我国恰好相反，通用性电动机有80%，因此发展专用电动机对我国而言十分关键。

我国在电气自动化的各类控制形式上采用并存的方式。对于机床方面的工业设施而言，大量使用电磁式或电子式继电器、接触器对系统进行控制。近些年来，接触器以及电子式继电器在体积方面更为缩小，但在使用时间方面却得以延长，有些还朝着多功能方向发展。可由于其通过机械触电式硬链接，通过界限逻辑完成控制能力，具有易出现电火花的现象，使用时间较短，转变电路控制功能需要拆线再次进行连接，所以也存在较多不足[1]。

PLC控制系统是将计算机与继电器接触器控制系统的优势相融合的系统，存在体积小、控制灵活、较易编程、较易转变电路逻辑功能、存在数据处理、数字核算、通讯联网的功效。PLC无故障运转时间可在10万小时以上，具有较高的可靠性，已经变成工业自动化控制系统内应用最为宽泛的核心控制体系。我国大多通过进口方式引进PLC控制装置，有些为合资工厂组装而成，重要技术还需要国外给予支持。PLC控制系统的应用，主要在中大型企业当中，具有普及率过低的现象，发达国家已经采用工业现场总线以及数据联网通讯进行自动化控制。

交流变频调速控制技术是通过电力电子技术、计算机技术、微电子技术、现代自动控制理论有效发展的成果。它的诞生转变了高性能调速系统从直流电动机霸主天下的局势，令交流调速系统渐渐在调速系统中愈发受到重视，这也与电力电子器件的迅速发展密不可分。

我国在高速铁路技术方面已经达到世界先进水准。这也获益于被称之为铁路机车“机芯之核”的IGBT被成功问世。在我国首条IGBT产品的封装线产生之后，有效完成了IGBT模块的国产化。

在上世纪末期，我国一些火力发电厂已经开始对高压变频器进行进口，并以节能为目的对风机、压缩机、水泵进行改造，获得满意的成果。由于国产电力电子器件的成功出现，国产高压变频器的发展较快，而大多数用在火力发电厂进行调节节能改造。可是，大容量高压变频器技术尚与发达国家具有一定距离。中小型电动机通用变频器与专用变频器大多被国外所掌控，例如我国使用量较高的西门子MM4系列通用变频器[2]。

2电动机及其控制技术的展望

2.1电气技术和电力电子理论与现代控制理论的结合更为密切

只将电机理论以及电力电子理论与现代控制理论通过逐渐积累的方式所进行的研究的方法以及生产的行为将会无法顺应系统高性能的标准。电机驱动系统将不同学科的理论与技术良好结合，以此引发深远的影响，并给予有力的支持。

2.2控制系统趋向智能化

对于非线性智能控制技术而言，将各自或融合运用在电动车电机控制系统。这些技能有些不需要系统精准建模，有些擅长节约非线性问题。它们的运用会令系统结构更为简约，反应快速，抗干扰较强，会令参数变动产生鲁棒性，较大提升总体系统的综合性能。这些智能化技术当前也用在电动车控制中，可是只用在改良系统的局部性能当中，也就是可以在局部完成智能化，并且，彻底实现智能化也将成为必然，所以需要投入更多的努力。

2.3电机控制数字化

随着计算机技术以及微电子学的迅猛发展，众多微机专属控制芯片以及DSP等逐步运用于电机控制系统当中，当前通过软件控制系统而逐步代替硬件系统变成了发展趋势。电机控制系统面对数字化环境，完成了自我故障监控、自我保护及自我分析的能力，全数字化正成为目前电动汽车电机控制以及交流传动系统的主要发展方向。

2.4电动机呈现多样化趋势

对于电机系统而言，其综合指标均相差无几，各有优势。所有系统在当前的驱动中均得到了良好的运用。大多为异步电机和永磁无刷直流电机，并且也运用永磁同步电机与开关磁阻电机。永磁无刷直流电机中，结合了微电子技术、自控技术、电力电子技术、数字技术以及材料科学等不同学科，展现出多学科相融合的运用，未来形势十分美好。所有电机想要在未来市场中站稳脚跟，不但要对电机的结构进行提升，还要勇于尝试由反传统的理念对电机本身包含绕组进行改变，令其更加适用[3]。

2.5专用电动机取缔普通电动机

由于电动机类别较多，性能各有不同，所拖动的负载也相差较大。假如均通过通用电动机进行，不论在技术方面还是经济方面均不够合理。专用电动机则依照负载的不同进行单独设定，技术性能方面更加适合对应的设施所需，节能效果更加突出。例如在油田当中使用的抽油机专用稀土永磁电机，则能够节省下20%的用电率。

2.6综合优势

总体电机驱动系统会趋于小型化，简便、成本较低、拥有高容量、高节能效果，反应速度较快，调速性能较好，运转稳定，不用维护，对环境不会产生较大的影响。并且，大功率半导体元器件正在向集成化、智能化方向前进，智能功率模块作为过渡产品，其成为了微电子技术与电力电子技术的融合产物，不仅给予了相应的功率输出能力，还兼具控制、保护、监测、诊断等能力。其包含了保护电路、驱动电路，能够完成短路、过流、过压、欠压等保护，还可以完成电动机的二次制动。外界仅需为智能功率模块提供PWM信号，则能够展现繁琐的主电路与外围电路的功能。因为通过隔离技术，使得散热更加均匀，体积更加紧凑。所以当前电动机控制系统的研发人员均应当给予考虑，以便提升系统的稳定性，以此减少研发的时间及费用。

3结语

综上所述，步入21世纪以来，性能更加良好的电力电子器件会不断涌现。电动机及其控制技术对所有自动化技术而言属于基本环节，其发展与电力电子技术、微电子技术乃至自控技术紧密相连。在科技不断壮大中，电动机及其控制技术会由于电子技术的发展而展现出十分美好的前景。

参考文献

[1]陈伟华，黄坚.我国中小型电动机行业现状与展望[J].认证技术.2010.（05）：33-34.

[2]马逢伯，赵万龙，徐齐.电动机的运行维护方法探讨[J].炼油与化工.2015.（04）：54-56.

[3]寇宝泉，张鲁，李立毅，张赫.平面电动机技术发展综述[J].电工文摘.2011.（02）：6-12.