电机驱动技术的发展现状与前景展望

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

课程学术报告

课程名称：电机与电器学科最新发展动态

设计题目：电机驱动技术的发展现状及前

景展望

姓名：王胤燊

学号： 11S006014 指导教师：梁维燕院士邹继斌教授

贵杰教授翟国富教授

时间： 2012.7.10

工业大学

电机驱动技术的发展现状及前景展望

王胤燊

（工业大学电气工程系， 150001）

摘要：一个多世纪以前电动机的发明使其成为工业革命以后的主要驱动力之一。它在各种机械运动中的广泛应用使生活变得简单并最终推动了人类的进步。逆变器的出现推动了交流电机速度和转矩控制的发展，这使得电机在仅仅30年就应用到了不可思议的领域。功率半导体元件和数字控制技术的进步使得电机驱动具有了鲁棒性并且能够实现高精度的位置和速度控制。交流驱动技术的应用也带来了能源节约和系统效率的提高。这篇文章回顾了交流电机逆变技术的发展和应用中所起的作用，并介绍了电机驱动技术的发展前景。未来更有效更强劲的电机驱动技术的发展对于实现不污染电网系统和提高生产力这样的节能环保型驱动很重要。

PRESENT STATE AND A FUTURISTIC VISION OF MOTOR

DRIVE TECHNOLOGY

WANG Yinshen,

(Dept of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001,

China)

Abstract： One of the main driving force behind the industrial revolution was the invention of the electric motor more than a century ago. Its widespread use for all kinds of mechanical motion has made life simple and has ultimately aided the advancement of human kind. The advent of the inverter that facilitated speed and torque control of AC motors has propelled the use of electric motor to new realms that was inconceivable just a mere 30years ago. Advances in power semiconductors along with digital controls have enabled realization of motor drives that are robust and can control position and speed to a high degree of precision. Use of AC motor drives has also resulted in energy savings and improved system efficiency. This paper introduces some futuristic vision for the motor drive technology. The development of more efficient, more powerful electric motor drives to power the demands of the future is important for achieving energy savings, environmentally harmonious drives that do not pollute the electrical power system, and improving productivity.

1引言

电机本体及其控制技术在近几年取得相当大的进步。这要归功于半导体技术的空前发展带来的电力电子学领域的显著进步。电机驱动产业发展的利处已经触及各种各样的设备，从大型工业设备像钢铁制造厂、造纸厂的轧钢机等，到机床和半导体制造机

中使用的机电一体化设备。交流电机控制器包括异步电机控制器和永磁电机控制器，这两者在电机驱动业的全过程中起着关键性作用。图1所示为电流逆变器（异步电机控制器）和交流伺服驱动器（永磁交流电机及其控制器）。图1所示的控制器使用了此行业技术所能提供的最新的功率半导体器件并采用了矢量控制方法中最先进的电机驱动控制算法。目前这样的控制器在各工业商业场合中无所不在。由于交流驱动技术的应用变得更广泛，就很难忽略一个事实：被机电系统能量转换设备消耗的电能中电机消耗大部分，超过整个行业电能产出的70% .

在现定的这种情况下，未来的家用电器设备将很快采用电机驱动技术，像洗衣机以及一些高压交流电设备中。

图1电流逆变器

因此把研发重点集中在更高效率、更小尺寸、使用更少原材料、对环境更无害、平均无故障时间间隔长、易回收的产品上是很重要的。安川公司想成为这一领域的一份子。

在电机驱动行业中应用的理念、想法和设备很适用于从代用能源如太阳能和风能中获取能量。因此，电力电子学在这些设备中起着重要作用并不惊奇。电机驱动行业在解决未来的能源危机中将成为主力军，同时也将对环境保护贡献卓著。

2交流电机驱动

现在的工业中把交流电机驱动分为明显不同的两类：异步电机驱动和永磁交流电机驱动。两者基本区别在于性能和成本上。异步电机仍然是现在工业的主要设备。采用异步电机的一般不需要十分精确地位置和速度控制。这样的设备众所周知的代表性应用为“通用交流电机”。然而，生产半导体器件的产业和其他较复杂的产业需要较高的精度和受控动作。永磁电机成为满足上述条件的首选，由于它们尺寸更小，效率更高，惯性更低，并因此具有更好的可控性。这样的电机被归类为伺服电机并且被永磁交流电机驱动器控制，一般要比与其配对的异步电机要贵。

2.1通用交流电机驱动器—V/f 控

制

通用交流电机驱动器的电源柜与永磁交流电机驱动器很相似。这两种驱动器都被称为电压源型逆变器，一个即将明确的术语。由于电拓扑包含一个大直流总线电容作为滤波器，并且由于它的电压被调制成各种幅值各种频率的电压之后输送给交流电机，这样的逆变拓扑结构被称为电压源型逆变器并称为现在交流电机驱动器不可分割的一部分。图2所示为一目前交流电机驱动器的典型原理图。