丁文龍 畢家偉

摘要：此文簡單介紹了電機技術(shù)的主要特點，詳細(xì)分析了電機系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與電機及傳動系統(tǒng)，并研究電機傳動系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢，希望能夠給未來的相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：電機;傳動系統(tǒng)技術(shù);發(fā)展趨勢

把電機作為基礎(chǔ)的電動機械能是目前工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。近年來，雖然是在以內(nèi)燃機為常見動力裝置的交通運輸范圍，電機也逐漸被當(dāng)作牽引的常見動力運用在電動汽車與軌道車輛以及采用電力推進的船舶中。對此，此文簡單介紹了電機技術(shù)的主要特點，詳細(xì)分析了電機系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與電機及傳動系統(tǒng)，并研究電機傳動系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢，希望能夠給未來的相關(guān)研究提供參考。

一、電機技術(shù)的特點

電機與內(nèi)燃機以及汽輪機進行比較，具有如下技術(shù)優(yōu)勢：（1）電機功率領(lǐng)域較廣，能夠從毫瓦級別到百萬瓦級別。（2）電機的轉(zhuǎn)矩有著寬廣的運行范圍。（3）電機可運用在很多種的外部環(huán)境中，例如真空、水和極端環(huán)境;同時電機不具備排放問題，其振動和噪聲均較小，有著較好的環(huán)保性能。（4）電機的響應(yīng)速度可達內(nèi)燃機和汽輪機的10倍以上。（5）電機運行效率較高，空載或待機模式下消耗不多。（6）電機的旋轉(zhuǎn)方向可輕易調(diào)節(jié)。（7）電機輸出轉(zhuǎn)矩的大小可以輕易地調(diào)節(jié)，并且不受整機旋轉(zhuǎn)方向的影響。（8）電機能夠被設(shè)計成多種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，其可被安置在全部可以使用的地方。（9）電機通過電驅(qū)動，其控制系統(tǒng)能夠極易地與現(xiàn)代信息處理設(shè)備相兼容[1]。

二、電機系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展

盡管電機具備上述優(yōu)點，但電機在使用過程中的能量損耗還是十分巨大的。我國的電機多以普通效率及高效率為主，而美國等發(fā)達國家已經(jīng)推行超高效率電機。近年來為呼應(yīng)節(jié)能減排的大方向，電機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的開發(fā)日益重要。節(jié)能技術(shù)的發(fā)展不僅能節(jié)約能耗，節(jié)省成本，更能在電動汽車領(lǐng)域為提升汽車?yán)m(xù)航能力提供更多的可能性。

三、電機及傳動系統(tǒng)

一個電機驅(qū)動系統(tǒng)通常包括機械驅(qū)動系統(tǒng)、電機、功率變換器和控制系統(tǒng)等等。對于傳動系統(tǒng)的設(shè)計，除了電機本身外，還有其他幾個方面需要考慮。如同一般的工程設(shè)計，獲得同樣性能的傳動系統(tǒng)可以通過多種方式來實現(xiàn)。評價是否為最佳設(shè)計的最終標(biāo)準(zhǔn)不只是經(jīng)濟因素，如初始投資、運行成本等，還包括非經(jīng)濟原因，如環(huán)保、倫理和法規(guī)?，F(xiàn)在，考慮到工程應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任，非經(jīng)濟原因正變得十分重要。經(jīng)過100年的發(fā)展，電機的外形可謂紛繁多樣，而且可以根據(jù)電機的具體用途將其設(shè)計成合適的外形。根據(jù)轉(zhuǎn)子的運動方向可以把電機分成旋轉(zhuǎn)電機和直線電機。對于典型的旋轉(zhuǎn)電機，如果輸出功率變大，尺寸尤其是轉(zhuǎn)子半徑也會變大，因此會具有較大的離心力，由于轉(zhuǎn)子材料的屈服強度有限，高速大功率電機的制造較為困難。近期，隨著CAD技術(shù)和材料技術(shù)尤其是永磁材料的發(fā)展，高速大功率電機已開始被應(yīng)用在一些特殊領(lǐng)域，如壓縮機、飛輪儲能裝置等方面，并且永磁同步電機的輸出功率和轉(zhuǎn)速在未來會得到進一步提升[3]。

四、電機傳動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

以往，因為轉(zhuǎn)矩與速度控制的方便性，直流電機在變速驅(qū)動系統(tǒng)（ASD）中得到了廣泛應(yīng)用。然而隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，像由變壓變頻（VVVF）逆變器驅(qū)動的異步電機與同步交流電機驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)被大量運用。逆變器能取代直流電機中的換向器和電刷，而換向器和電刷由于需要定期維護一直是直流電機的一大弊端。這種從直流電機逐步向交流電機調(diào)整的趨勢將會持續(xù)下去，這不僅僅是由于前面提到的電力電子技術(shù)的發(fā)展，還由于像磁場定向控制這樣的先進交流電機控制理論的提出。最初的直流電機與交流電機都是通過單獨的勵磁繞組中得到磁通的。不同的是，直流電機與同步電機的磁通都來自勵磁繞組的電流，而異步電機的磁通通過定子電流產(chǎn)生[4]。但隨著高性能、高可靠性永磁體的應(yīng)用，即使是兆瓦級電機的磁通都來自永磁體的剩磁。用永磁體替換獨立的勵磁繞組后，電機的轉(zhuǎn)矩和能量密度都得到了提高;同時，通過消除勵磁繞組銅耗可顯著提升電機的運行效率。這種由額外的勵磁繞組提供磁通轉(zhuǎn)向由永磁體勵磁的趨勢將會繼續(xù)。因此，未來永磁交流電機的應(yīng)用會更加廣泛。隨著生產(chǎn)技術(shù)的革新，電機及其控制系統(tǒng)價格的下降，電機在機械裝置中使用率越來越高，這些機械裝置有不同的運動形式，在機械裝置每個運行點上的電機產(chǎn)生的機械功率被直接利用或轉(zhuǎn)換為需要的形式，能夠?qū)崿F(xiàn)更為復(fù)雜精密的協(xié)作運動。運動部件所需要的動作可不經(jīng)過額外的速度或轉(zhuǎn)矩調(diào)整而直接由電機提供，以此提高系統(tǒng)的總效率。此外，通過消除非線性因素的影響和能量損耗，例如扭轉(zhuǎn)振蕩和摩擦等因素，可提高運動控制系統(tǒng)的性能。將來該類趨勢將會持續(xù)下去，這種特制的電機將會運用到各個運動部件。現(xiàn)在，智能控制技術(shù)被大量運用，在無人工干預(yù)的前提下，智能控制系統(tǒng)可以控制電機在充分優(yōu)化的環(huán)境條件下運行。在最開始的時候，運用自動控制的電機驅(qū)動系統(tǒng)只存在比較便捷的監(jiān)控作用，此種控制單元把用戶設(shè)置好的操作命令傳達給電機驅(qū)動系統(tǒng)。近年來，直接數(shù)字控制、分布式智能控制技術(shù)已經(jīng)大量運用在全新的運動控制系統(tǒng)中[5]。

五、結(jié)語

作為一類在國民生產(chǎn)及國防工業(yè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用的二次動力機，針對電機開展的技術(shù)研究其重要性自然不言而喻?？紤]到相比于內(nèi)燃機及汽輪機等傳統(tǒng)熱力發(fā)動機的技術(shù)優(yōu)勢，以及人工智能、自動控制等先進技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，電機的應(yīng)用必將日益廣泛。

參考文獻：

[1]鞠錦勇，李威，范孟豹，王禹橋，楊雪鋒.永磁電機驅(qū)動的刮板輸送機主傳動系統(tǒng)機電耦合扭振動態(tài)分岔研究[J].振動與沖擊，2018，37（23）：52-60.

[2]陶小松，王鵬，陳樂.純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與性能仿真[J].山東交通學(xué)院學(xué)報，2018，26（04）：7-14.

[3]劉成強，徐海港，柴本本，陳林用.純電動汽車傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動特性分析[J].機械設(shè)計與制造，2018（12）：223-226.

[4]荀博深，耿龍偉，楊驍，趙振秀.混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J].汽車實用技術(shù)，2018（15）：9-12.

[5]韋偉.電動汽車動力傳動系統(tǒng)的研究[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018（06）：150.