電氣傳動

電氣傳動（又稱電力拖動）是指以電動機為原動機拖動生產機械運動的一種拖動方式，它可以實現電能與機械能之間的轉換，並按照生產工藝要求方便地控制電動機輸出軸的轉矩、角加速度、轉速、角位移以及被拖動機械或機械組合的多種多樣的起動、運行、變速、制動等。 ^[1] 

在工業、農業、交通運輸等部門中，廣泛地使用着各種各樣的生產機械，這些生產機械大多數採用電動機作為動力源。為了滿足不同生產機械的工藝要求，作為動力源的電動機要能夠實現起動、停止、正反轉、調速及制動等功能，由此構成了電氣傳動系統，其由三個基本部分組成，如圖《電氣傳動系統》所示。

電動機是用以實現電能與機械能相互轉換的機械。通常是把電能轉換成機械能，這時電動機工作在電動狀態；但有時電反過來把機械能轉換成電能或熱能，這時電動機工作在制動狀態。

傳動機構的主要作用是傳遞動力，井能實現速度和運動方式的變換。

控制設備是“限制”變換供給電動機電能的形式與時間，使其適應生產機械需要的“設”施。控制設備是由各種控制電器按照一定線路組成的。

可分為直流傳動與交流傳動。除特殊情況外，交流傳動均採用50Hz交流電源，直流傳動則要直流電源。交流-直流的變流裝置中，雖然還留有以前的汞弧整流器、電動發電機組和硒整流器等，但新安裝的卻幾乎都採用由電力電子器件組成的高效靜止變流裝置。

交流傳動不僅利用電能方便，而電動機價格低廉、牢固，電容易維護，但在控制性能上則不如直流傳動。不過20世紀70年代以來，新器件的出現，大規模集成電路和計算機控制技術的發展以及現代控制理論的應用，為交流電氣傳動系統的發展創造了有利條件，帶有靜止逆變器的各種類型的變調速系統，如串級調速系統、變頻調速系統、無換向器電動機調速系統及矢量控制調速系統等得到飛速發展。目前，交流電氣傳動系統已具備了較寬的調速範鬧、較高的穩速精度、較快的動態響應、較高的工作效率，可以四象限運行，其靜、動特性均可以與直流電動機傳動系統媲美，並出現了逐步取代直流電氣傳動系統的勢頭。 ^[1] 

電動機把動力傳遞到生產機械的方式，稱為傳動方式。它大體上可分為成組傳動、單電動機傳動、多電動機傳動等了種方式。

（一）成組傳動

這是通過皮帶輪和皮帶等，由一台或幾台電動機使一個工廠中的多台機械分別進行成組的傳動的方法。這種方法生產率低、勞動條件差，一旦電動機發生故障，將造成成組的生產機械停車。目前這種傳動方法正在逐步被淘汰。

（二）單電動機傳動

由一台電動機傳動一台機械的方法稱為單電動機傳動。它與成組傳動相比，有較多優點，如動力傳遞裝置損耗小，機械可以任意安裝，所以便於生產設備的佈局等。

（三）多電動機傳動

若一台機械有多根轉軸，當希望獲得任意的轉速關係時，只需把這些軸分開，各一配以相應的電動機。這種方法稱為多電動機傳動。它不僅大大簡化了生產機械的傳動機鈎，而且控制靈活，為生產機械的自動化提供了有利的條件，所以現代電氣傳動基本均採用這種傳動方法。 ^[1] 

電氣傳動自動控制方式可分為斷續控制和連續控制兩大類。斷續控制是有級控制，連續控制是無級控制

（一）斷續控制

它藉助於簡單的接觸器與繼電器等控制電器，實現對控制對象的起動、停車以及有級凋速等控制，它的控制速度慢，控制精度差。隨着可編程序控制器的出現，一些複雜的控制已可由可編程序控制器來完成，它具有快速、靈活、適應範麗寬等特點。

（二）連續控制

連續控制系統能經常不斷地檢查控制對象的工作狀態，當輸出量與給定量發生偏差時，自動進行調整。連續控制的快速性及控制精度都遠遠超過了最初的斷續控制，並簡化了控制系統·減少了電路巾的接點，提高了可靠性，使生產率人大提高。

（三）採樣控制

由於數控技術的發展，特別是電子計算機的應用，又使控制系統發展到一個新階段——採樣控制。它也是一種斷續控制，但是和最初的斷續控制不同，它的控制間隔（採樣週期）比控制對象的變化週期短得多，因此在客觀上完全等效於連續控制。 ^[1] 

電氣傳動控制系統通常由電動機、電力變換裝置和控制裝置三部分組成。電氣傳動分成恆速和調速兩大類，調速又分交流調速和直流調速兩種方式。目前調速系統中最活躍、發展最快的就是交流變頻調速技術。直流傳動系統由直流電機和晶閘管整流器兩部分組成，晶閘管整流器是實現直流電機調速的關鍵。

直流傳動裝置從控制原理結構上，可分為開環系統、轉速負反饋閉環系統，以及轉速、電流雙閉環直流調速系統。從裝置結構上，可分為不可逆直流調速系統、自然環流可逆直流調速系統、邏輯無環流可逆直流調速系統等。

由交流異步電機或同步電機與變頻器組成交流變頻傳動系統，交流變頻調速又分為交直交變頻器和交交變頻器兩種。

異步電機變頻調速系統對電動機的控制方式，從不同角度有不同分類方法。從系統控制對象參數來看，大體可分為U/f恆定控制、矢量控制、直接轉矩控制等三種主要控制方式。

交直交變頻器由整流器和逆變器兩部分組成。交交變頻技術在鋼鐵行業中大量使用。交交變頻具有如下特點：

（1）交交變頻原理基於可逆整流，工作可靠。

（2）流過電動機的電流近似於三相正弦，附加損耗小，脈衝轉矩小，電動機屬普通交流電動機類，價格較便宜。

（3）電網側功率因數較低，使用時通常需額外加裝無功補償裝置。

（4）當電源為50Hz時，最大輸出頻率不能超過20Hz，所以相對於4極電動機，最高轉速必須限制在600r/min以內。

（5）主迴路較複雜，器件多（橋式線路至少需36個晶閘管），小容量時不合算。 ^[2] 

電氣傳動的優點是能量傳遞方便（導線柔軟、連接方便）、信號傳遞迅速、標準化程度高、易於實現自動化等。缺點是運動平穩性差，易受外界負載的影響；慣性大、換向慢，電氣設備和元件要耗用大量的有色金屬，成本高；受温度、濕度、振動、腐蝕等環境影響較大。

由於電動機具有性能優良、高效可靠、控制方便等優點，因此現代化生產中，大多數機械設備都採用電氣傳動。例如，在工農業生產和交通運輸中，機牀、軋鋼機、起重機、捲揚機、鼓風機、抽水機、紡織機、印染機、印刷機、電動工具和電動車輛等都採用電氣傳動；在人們的日常生活中，許多家用電器使用微特電動機作為傳動裝置；在自動控制系統、計算機系統和機器人等高新技術中，大量使用控制電動機作為檢測、放大和執行元件。

因此，可以説電氣傳動系統已廣泛應用到現代社會生產和生活的方方面面。目前，電氣傳動的現狀可以概括為兩點：

（1）電氣傳動已成為機械設備的主要傳動形式。這是因為電動機與其他原動機相比有許多優點，例如，電能的獲得和轉換比較經濟，傳輸和分配比較便利，操作和控制容易，特別是易於實現自動與遠程控制。

（2）當代科學和技術的新成果廣泛應用於電氣傳動系統中，例如，電力電子學的發展，使半導體變流裝置廣泛地用作電氣傳動的電源；微電子學的發展，使電子控制器件和微處理器成為電氣傳動的主要控制手段；自動控制理論廣泛應用於電氣傳動自動控制系統中，大大提高了系統的性能。

隨着現代電力電子技術、自動化技術和計算機技術的發展，電氣傳動的發展趨勢為：

（1）採用新技術不斷提高電氣傳動系統的性能和完善系統的功能。

（2）用交流電氣傳動取代直流電氣傳動。

（3）從節能的角度改造電氣傳動系統，例如，用變頻調速裝置驅動水泵可以節能。

（4）通過系統集成和技術融合，組成綜合自動化系統，以進一步提高生產效率。 ^[3]