电气传动技术的发展现状及展望

访中国电力电子学科带头人,在人类所利用的能源当中，电能是最清洁最方便的；电气传动无疑有着很大的意义。本刊记者李海军就电气传动的有关问题对中国电力电于学科带头人王正元教授进行了专访。
李海军：随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正面临着一场历史革命。请介绍当前电气传动技术的发展状况。

王正元：现在我们说电气传动正面临着一场革命，是说它正在向智能化迈进，作为我们搞自动化的同志来讲，上百年来研究电动机只是实现了自动化，现在再进人到一个智能化，也就是一个系统优化的问题。优化的焦点是把微电子技术、电力电子技术、传感技术融人到电气传动的领域，这三者构成“大电子体系”，只有这样的大电子体系，才能带动、改造传动产业升级换代。这样的融人把物料流、能源流、信息流三者汇流在一起，形成当代的智能化传动系统。

过去讲调速，搞电机的人总是希望从电机内部结构性能的改进来实现，结果是不理想的。有了变频调速以后，这方面有了很大改进。

所以我们已经不能单纯从电动机的内部来解决传动的问题，我个人以为要把电机、调速装置和用电器看成是一个整体，不是单纯追求单机的高效，现在进人智能化时代，我们要追求把单机额定工况点的高效提高到系统的高效。我们希望在很大的一个工作面上，通过调速都能达到电机和系统的高效，这是我们现代电气传动的又一个特点。

国民经济要实现可持续发展，就必须节能，电机用在风机、泵、压缩机等通用机械里，采用了变频调速，可以达到一个相当可观的节能效果，但实际上在电气传动中，用于风机、泵、压缩机的电动机大约只占到40％，这一部分的节能重要性不必再去怀疑。

要理解电气传动的全部，还应该包括工艺调速、牵引调速和精密调速。这些调速应用的目的主要是提高产品的工艺水平、产品质量、生产产量和效率，达到产品制造工艺要求，比如轧钢、印刷等都是围绕怎么样提高精度，达到工艺要求。这一部分也会有节能效果，但它不是主要的目的。以轧钢为例，采用交流传动替代直流传动，虽然节能绝对量也不小，但是跟轧钢产量的提高带来的总效益来比，节能经济效益大约占到7％一8％。交流传动的优点是转动惯量小，动作时间就缩短，在轧钢的时候，提高了工作效率，一小时产量大约可以提高20％，这对钢厂来说就很了不得了，这个经济效益要比起节能来说大了许多。

在通用机械的领域里面，我们大家习惯强调的是变频调速技术节能优势，我首先肯定这是对的，但是在很多国民经济的领域中，它更多的应用不完全是为了节能，而是为了满足工艺上的要求以及生产技术改造上的要求。通用机械的节能调速对变频装置的调速精度、调速范围等性能的要求不高，倒是希望开发高可靠的经济型调速装置。正是工艺调速（如轧钢）、牵引调速（如电气火车和电动汽车厂）、精密调速（如机器人、柔性加工）才促使采用调速的电气传动系统不断改

进，成为电气传动技术不断发展的基本推动力。

李海军：近年来，交流调速在国内外发展十分迅速。请介绍交流调速技术的发展现状以及存在的问题。

王正元：作为交流传动来讲，一般是交一直一交变频，先把50Hi的交流电源变成直流电，直流再逆变成不同频率的交流电，这是变频调速的基础，它的优点大家总结了10多条，我们在此就不谈了。但是它的缺点我们也不能遮掩，一般说来，交流变频调速存在三个方面的问题，谐波问题首当其冲，它污染电网、损害电机，这个损害首先表现为电机绝缘的疲劳性以及烧蚀轴承；其次是存在着这样

那样的可靠性问题；第三是价格偏高，特别是对通用机械的节能调速而言。我们现在搞交流变频调速，开始是“交一直一交”，这三个问题，特别是前两个问题是在一定程度上采用“交一直一交”互相联系的。这就是变频调速这么好的技术推广却非常缓慢的一个主要原因。

我们不能够把它存在的问题藏起来或者遮掩掉，而应该去发动大家讨论，应该介绍解决这些问题的一些经验和教训，给国内的用户和国内的制造商介绍从电机到变频器的保护措施。一方面是把谐波解决掉，一方面是把电机在采用变频调速后出现的问题解决掉。其中采用“交一交矩阵式”变频技术是将会逐步成熟起来的新调速方案。

采用变频调速以后，还带来一些设计观念上的变化，我们过去长期以来设计制造电动机的时候主要考虑起动转矩，把起动转矩大当作一个基本出发点。鉴于增加启动电阻就增大了启动转矩，异步电动机定子常采用双笼或深槽结构。在启动的时候，磁场对转子强切割，产生的集肤效应，把转子电流排到外绕组中，外绕组电阻就很大，这样启动电阻就大，以保证足够的启动转矩。这么一来，转子尺寸加大了，不光是转子加大，定子也会加大，等于是材料要多了，重量增加了。

有了变频调速后，随频率从低到高的变化，电机的启动转矩自然会变得比较大。这样一来，在电机设计制造思想上，可以摆脱启动转矩