運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座

1、運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 重點(diǎn)介紹運(yùn)動控制系統(tǒng)的組成及發(fā)展歷重點(diǎn)介紹運(yùn)動控制系統(tǒng)的組成及發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢概況史及發(fā)展趨勢概況，包括，包括5節(jié)內(nèi)容。節(jié)內(nèi)容。 1.1 運(yùn)動控制系統(tǒng)及其組成運(yùn)動控制系統(tǒng)及其組成 1.2 運(yùn)動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展運(yùn)動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展 1.3 運(yùn)動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律運(yùn)動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 1.4 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 1.5 同步電動機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)同步電動機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 電力拖動實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械能之間的能量變換，而電力拖動實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械能之間的能量變換，而電力拖動電力拖動自動

2、控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過控制電動機(jī)電運(yùn)動控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過控制電動機(jī)電壓、電流、頻率等輸入量，來改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、速度、壓、電流、頻率等輸入量，來改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機(jī)械量，使各種機(jī)械按人們期望的要求運(yùn)行，以滿足位移等機(jī)械量，使各種機(jī)械按人們期望的要求運(yùn)行，以滿足生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。 現(xiàn)代運(yùn)動控制技術(shù)以各類電動機(jī)為控制對象，以計(jì)算機(jī)和其現(xiàn)代運(yùn)動控制技術(shù)以各類電動機(jī)為控制對象，以計(jì)算機(jī)和其他電子裝置為控制手段，以電力電子裝置為弱電控制強(qiáng)電的他電子裝置為控制手段，以電力電子裝置為弱電控制強(qiáng)電的紐帶，以自動控制理論和信息處理理論為理

3、論基礎(chǔ)，以計(jì)算紐帶，以自動控制理論和信息處理理論為理論基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（機(jī)數(shù)字仿真和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）為研究和開發(fā)的工具。）為研究和開發(fā)的工具。 由此可見，由此可見，現(xiàn)代運(yùn)動控制技術(shù)已成為電機(jī)學(xué)、電力電子學(xué)、現(xiàn)代運(yùn)動控制技術(shù)已成為電機(jī)學(xué)、電力電子學(xué)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論、信號檢測與處理微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論、信號檢測與處理技術(shù)等技術(shù)等多門學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科。多門學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座圖圖1-1 運(yùn)動控制及其相關(guān)學(xué)科運(yùn)動控制及其相關(guān)學(xué)科運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.1 運(yùn)動

4、控制系統(tǒng)及其組成運(yùn)動控制系統(tǒng)及其組成 運(yùn)動控制系統(tǒng)由電動機(jī)、功率放大與變換裝置、控制器及相運(yùn)動控制系統(tǒng)由電動機(jī)、功率放大與變換裝置、控制器及相應(yīng)的傳感器等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖應(yīng)的傳感器等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。所示。圖圖1-2 運(yùn)動控制系統(tǒng)及其組成運(yùn)動控制系統(tǒng)及其組成運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.1.1 電動機(jī)電動機(jī) 運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制對象為電動機(jī)，電動機(jī)根據(jù)工作原理可分運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制對象為電動機(jī)，電動機(jī)根據(jù)工作原理可分為直流電動機(jī)、交流感應(yīng)電動機(jī)（交流異步電動機(jī)）和交流同為直流電動機(jī)、交流感應(yīng)電動機(jī)（交流異步電動機(jī)）和交流同步電動機(jī)等，根據(jù)用途可分為用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動電動

5、機(jī)和用步電動機(jī)等，根據(jù)用途可分為用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動電動機(jī)和用于伺服系統(tǒng)的伺服電動機(jī)。于伺服系統(tǒng)的伺服電動機(jī)。 直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，電刷和換向器限制了它的直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，電刷和換向器限制了它的轉(zhuǎn)速與容量轉(zhuǎn)速與容量。極限容量和速度之積約為。極限容量和速度之積約為 ， 交流電動機(jī)（尤其是籠型感應(yīng)電動機(jī)）結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，交流電動機(jī)（尤其是籠型感應(yīng)電動機(jī)）結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，無須機(jī)械換向器，因此其允許轉(zhuǎn)速與容量均大于直流電動機(jī)無須機(jī)械換向器，因此其允許轉(zhuǎn)速與容量均大于直流電動機(jī)。 同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，機(jī)械特性硬，功率因數(shù)可調(diào)同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，機(jī)械特性

6、硬，功率因數(shù)可調(diào)。但在恒頻電源供電時(shí)調(diào)速較為困難，變頻器的誕生不僅解決了但在恒頻電源供電時(shí)調(diào)速較為困難，變頻器的誕生不僅解決了同步電動機(jī)的調(diào)速，還解決了其起動和失步問題，有效地促進(jìn)同步電動機(jī)的調(diào)速，還解決了其起動和失步問題，有效地促進(jìn)了同步電動機(jī)在運(yùn)動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。了同步電動機(jī)在運(yùn)動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。6max100 . 3nPN運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.1.2 功率放大與變換裝置功率放大與變換裝置 功率放大與變換裝置有電機(jī)型、電磁型、電力電子型等，現(xiàn)功率放大與變換裝置有電機(jī)型、電磁型、電力電子型等，現(xiàn)在多用電力電子型的。在多用電力電子型的。電力電子器件經(jīng)歷了由半控型向全

7、控電力電子器件經(jīng)歷了由半控型向全控型、由低頻開關(guān)向高頻開關(guān)、由分立的器件向具有復(fù)合功能型、由低頻開關(guān)向高頻開關(guān)、由分立的器件向具有復(fù)合功能的功率模塊發(fā)展的過程。的功率模塊發(fā)展的過程。電力電子技術(shù)的發(fā)展，使功率放大電力電子技術(shù)的發(fā)展，使功率放大與變換裝置的結(jié)構(gòu)趨于簡單、性能趨于完善。與變換裝置的結(jié)構(gòu)趨于簡單、性能趨于完善。 晶閘管（晶閘管（SCR）是第一代電力電子器件的典型代表，屬于半）是第一代電力電子器件的典型代表，屬于半控型器件，通過門極只能使晶閘管開通，而無法使它關(guān)斷控型器件，通過門極只能使晶閘管開通，而無法使它關(guān)斷。該類器件可方便地應(yīng)用于相控整流器（該類器件可方便地應(yīng)用于相控整流器（AC

8、DC）和有源逆變）和有源逆變器（器（DCAC），但用于無源逆變（），但用于無源逆變（DCAC）或直流）或直流PWM（脈寬調(diào)制）方式調(diào)壓（脈寬調(diào)制）方式調(diào)壓（DCDC）時(shí)，必須增加強(qiáng)迫換流回）時(shí)，必須增加強(qiáng)迫換流回路，使電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。路，使電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 第二代電力電子器件是全控型器件，通過門極既可以使器件第二代電力電子器件是全控型器件，通過門極既可以使器件開通，也可以使它關(guān)斷開通，也可以使它關(guān)斷，例如，例如MOSFET、IGBT、GTO等。等。此類器件用于無源逆變（此類器件用于無源逆變（DCAC）和直流調(diào)壓（）和直流調(diào)壓（DCDC）時(shí)，時(shí)，無須強(qiáng)迫換流回

9、路，主電路結(jié)構(gòu)簡單無須強(qiáng)迫換流回路，主電路結(jié)構(gòu)簡單。第二代電力電子。第二代電力電子器件的另一個(gè)特點(diǎn)是器件的另一個(gè)特點(diǎn)是可以大大提高開關(guān)頻率，用可以大大提高開關(guān)頻率，用PWM技術(shù)技術(shù)控制功率器件的開通與關(guān)斷，可大大提高可控電源的質(zhì)量?？刂乒β势骷拈_通與關(guān)斷，可大大提高可控電源的質(zhì)量。 第三代電力電子器件的特點(diǎn)是由單一的器件發(fā)展為具有驅(qū)動、第三代電力電子器件的特點(diǎn)是由單一的器件發(fā)展為具有驅(qū)動、保護(hù)等功能的復(fù)合功率模塊保護(hù)等功能的復(fù)合功率模塊，提高了使用的安全性和可靠性。，提高了使用的安全性和可靠性。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.1.3 控制器控制器 控制器分模擬控制器和數(shù)字控制器

10、兩類，也有模數(shù)混合的控控制器分模擬控制器和數(shù)字控制器兩類，也有模數(shù)混合的控制器，現(xiàn)在已越來越多地采用數(shù)字控制器。制器，現(xiàn)在已越來越多地采用數(shù)字控制器。 模擬控制器常用運(yùn)算放大器及相應(yīng)的電氣元件實(shí)現(xiàn)，具有物模擬控制器常用運(yùn)算放大器及相應(yīng)的電氣元件實(shí)現(xiàn)，具有物理概念清晰、控制信號流向直觀等優(yōu)點(diǎn)理概念清晰、控制信號流向直觀等優(yōu)點(diǎn)，其控制規(guī)律體現(xiàn)在，其控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路和所用的器件上，因而線路復(fù)雜、通用性差、控制硬件電路和所用的器件上，因而線路復(fù)雜、通用性差、控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響。效果受到器件性能、溫度等因素的影響。 以微處理器為核心的數(shù)字控制器的硬件電路標(biāo)準(zhǔn)程度高、制以微處理器

11、為核心的數(shù)字控制器的硬件電路標(biāo)準(zhǔn)程度高、制作成本低，而且沒有器件的溫度漂移的問題?？刂埔?guī)律體現(xiàn)作成本低，而且沒有器件的溫度漂移的問題?？刂埔?guī)律體現(xiàn)在軟件上，修改起來靈活方便在軟件上，修改起來靈活方便。此外，還擁有信息儲存、數(shù)。此外，還擁有信息儲存、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等模擬控制器難以實(shí)現(xiàn)的功能。據(jù)通信和故障診斷等模擬控制器難以實(shí)現(xiàn)的功能。 然而，模擬控制器的所有運(yùn)算能在同一時(shí)刻并行運(yùn)行，控制然而，模擬控制器的所有運(yùn)算能在同一時(shí)刻并行運(yùn)行，控制器的滯后時(shí)間很小，可以忽略不計(jì)；而一般的微處理器在任器的滯后時(shí)間很小，可以忽略不計(jì)；而一般的微處理器在任運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 何時(shí)刻只能

12、執(zhí)行一條指令，屬于串行運(yùn)行方式，其滯后時(shí)間何時(shí)刻只能執(zhí)行一條指令，屬于串行運(yùn)行方式，其滯后時(shí)間比模擬控制器大得多，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)予以考慮。比模擬控制器大得多，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)予以考慮。 1.1.4 信號檢測與處理信號檢測與處理 運(yùn)動控制系統(tǒng)中常需要電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置的反饋信號，運(yùn)動控制系統(tǒng)中常需要電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置的反饋信號，為了真實(shí)可靠地得到這些信號，并實(shí)現(xiàn)功率電路（強(qiáng)電）和為了真實(shí)可靠地得到這些信號，并實(shí)現(xiàn)功率電路（強(qiáng)電）和控制器（弱電）之間的電氣隔離，需要相應(yīng)的傳感器。電壓、控制器（弱電）之間的電氣隔離，需要相應(yīng)的傳感器。電壓、電流傳感器的輸出信號多為連續(xù)的模擬量，而轉(zhuǎn)速和位置傳電

13、流傳感器的輸出信號多為連續(xù)的模擬量，而轉(zhuǎn)速和位置傳感器的輸出信號因傳感器的類型而異，可以是連續(xù)的模擬量，感器的輸出信號因傳感器的類型而異，可以是連續(xù)的模擬量，也可以是離散的數(shù)字量。也可以是離散的數(shù)字量。由于控制系統(tǒng)對反饋通道上的擾動由于控制系統(tǒng)對反饋通道上的擾動無抑制能力，所以，信號傳感器必須有足夠高的精度，才能無抑制能力，所以，信號傳感器必須有足夠高的精度，才能保證控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性保證控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 信號轉(zhuǎn)換和處理包括電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等，對信號轉(zhuǎn)換和處理包括電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等，對于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)而言，必須將傳感器輸出的模

14、擬或數(shù)于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)而言，必須將傳感器輸出的模擬或數(shù)字信號變換為可用于計(jì)算機(jī)運(yùn)算的數(shù)字量字信號變換為可用于計(jì)算機(jī)運(yùn)算的數(shù)字量。數(shù)據(jù)處理的另一。數(shù)據(jù)處理的另一個(gè)重要作用是去偽存真，即從帶有隨機(jī)擾動的信號中篩選出個(gè)重要作用是去偽存真，即從帶有隨機(jī)擾動的信號中篩選出反映被測量的真實(shí)信號，去掉隨機(jī)的擾動信號，以滿足控制反映被測量的真實(shí)信號，去掉隨機(jī)的擾動信號，以滿足控制系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)的需要。 常用的數(shù)據(jù)處理方法是信號濾波常用的數(shù)據(jù)處理方法是信號濾波，模擬控制系統(tǒng)常采用模擬，模擬控制系統(tǒng)常采用模擬器件構(gòu)成的濾波電路，而計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)往往采用模擬器件構(gòu)成的濾波電路，而計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)往往采用

15、模擬濾波電路和計(jì)算機(jī)軟件數(shù)字濾波相結(jié)合的方法。濾波電路和計(jì)算機(jī)軟件數(shù)字濾波相結(jié)合的方法。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.2 運(yùn)動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展運(yùn)動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展 直流電動機(jī)電力拖動與交流電動機(jī)電力拖動在直流電動機(jī)電力拖動與交流電動機(jī)電力拖動在19世紀(jì)中葉先后誕世紀(jì)中葉先后誕生（生（1866年德國人西門子制成了自激式的直流發(fā)電機(jī)；年德國人西門子制成了自激式的直流發(fā)電機(jī)；1890年年美國西屋電氣公司利用尼古拉美國西屋電氣公司利用尼古拉特斯拉的專利研制出第一臺交流特斯拉的專利研制出第一臺交流同步電機(jī)；同步電機(jī)；1898年第一臺異步電動機(jī)誕生年第一臺異步電動機(jī)誕生），在），在

16、20世紀(jì)前半葉，世紀(jì)前半葉，約占整個(gè)電力拖動容量約占整個(gè)電力拖動容量80%的不可調(diào)速拖動系統(tǒng)采用交流電動機(jī)，的不可調(diào)速拖動系統(tǒng)采用交流電動機(jī)，只有只有20%的高性能可調(diào)速拖動系統(tǒng)采用直流電動機(jī)。的高性能可調(diào)速拖動系統(tǒng)采用直流電動機(jī)。20世紀(jì)后半世紀(jì)后半葉，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)帶動了帶動了新一代的交流調(diào)速葉，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)帶動了帶動了新一代的交流調(diào)速系統(tǒng)的興起與發(fā)展，逐步打破了直流調(diào)速系統(tǒng)一統(tǒng)高性能拖動天系統(tǒng)的興起與發(fā)展，逐步打破了直流調(diào)速系統(tǒng)一統(tǒng)高性能拖動天下的格局。下的格局。進(jìn)入進(jìn)入21世紀(jì)后，用交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)已世紀(jì)后，用交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)已成為不爭的事

17、實(shí)成為不爭的事實(shí)。 直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制。其換向器與電刷。其換向器與電刷運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 的位置保證了電樞電流與勵磁電流的解耦。的位置保證了電樞電流與勵磁電流的解耦。1960年以來，晶年以來，晶閘管整流器的應(yīng)用，使得直流拖動控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)閘管整流器的應(yīng)用，使得直流拖動控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，對直流拖動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)也有了一套實(shí)用的工展，對直流拖動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)也有了一套實(shí)用的工程設(shè)計(jì)方法。程設(shè)計(jì)方法。 交流電動機(jī)（尤其是籠型異步電動機(jī)）具有結(jié)構(gòu)簡單等諸多交流電動機(jī)（尤其是籠型異步電動機(jī)）具有結(jié)

18、構(gòu)簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其動態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線性多變量強(qiáng)耦合的性質(zhì)，優(yōu)點(diǎn)，但其動態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線性多變量強(qiáng)耦合的性質(zhì)，比直流電動機(jī)復(fù)雜得多比直流電動機(jī)復(fù)雜得多。早期交流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法是基。早期交流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法是基于交流電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的，其動態(tài)性能無法與直流調(diào)速于交流電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的，其動態(tài)性能無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相比。系統(tǒng)相比。 20世紀(jì)世紀(jì)70年代德國工程師年代德國工程師FBlaschke和和WFlter等人提出等人提出“感應(yīng)電機(jī)磁場定向控制原理感應(yīng)電機(jī)磁場定向控制原理”，P.C.Custman和和A.A.Clark提出提出“定子電壓坐標(biāo)變換控制定子電壓坐標(biāo)變換控制”，這都是，

19、這都是矢量控制矢量控制的基本設(shè)的基本設(shè)想。想。1980年日本難波江章教授等人提出轉(zhuǎn)差型矢量控制，進(jìn)年日本難波江章教授等人提出轉(zhuǎn)差型矢量控制，進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一步簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1980年，德國年，德國W.Leonhard教授等用微教授等用微機(jī)機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 實(shí)現(xiàn)矢量控制系統(tǒng)的數(shù)字化，大大簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)矢量控制系統(tǒng)的數(shù)字化，大大簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，經(jīng)過不斷的改進(jìn)和完善，形成現(xiàn)在通用的高性能矢量控制系經(jīng)過不斷的改進(jìn)和完善，形成現(xiàn)在通用的高性能矢量控制系統(tǒng)。統(tǒng)。1985年，德國魯爾大學(xué)年，德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授提出教授提出直接轉(zhuǎn)矩控直接轉(zhuǎn)

20、矩控制制，1987年把它推廣到弱磁調(diào)速范圍，其控制結(jié)構(gòu)簡單，是年把它推廣到弱磁調(diào)速范圍，其控制結(jié)構(gòu)簡單，是一種高動態(tài)響應(yīng)的交流迢速系統(tǒng)。一種高動態(tài)響應(yīng)的交流迢速系統(tǒng)。 同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴(yán)格保持同步，機(jī)械特性硬。同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴(yán)格保持同步，機(jī)械特性硬。電勵磁同步電動機(jī)還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，就是可以控制勵磁電勵磁同步電動機(jī)還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，就是可以控制勵磁來調(diào)節(jié)它的功率因數(shù)，使功率因數(shù)達(dá)到來調(diào)節(jié)它的功率因數(shù)，使功率因數(shù)達(dá)到1.0，甚至產(chǎn)生超前的，甚至產(chǎn)生超前的功率因數(shù)角。功率因數(shù)角。但同步電動機(jī)由電網(wǎng)直接供電時(shí)，存在起動困但同步電動機(jī)由電網(wǎng)直接供電時(shí)，存在起動困難與失步問題。

21、電力電子變頻技術(shù)的發(fā)展，成功地解決了阻難與失步問題。電力電子變頻技術(shù)的發(fā)展，成功地解決了阻礙同步電動機(jī)調(diào)速發(fā)展的這兩大問題，而永磁同步電動機(jī)和礙同步電動機(jī)調(diào)速發(fā)展的這兩大問題，而永磁同步電動機(jī)和直流無刷電動機(jī)等新型同步電動機(jī)的問世，猶如猛虎添翼，直流無刷電動機(jī)等新型同步電動機(jī)的問世，猶如猛虎添翼，使同步電動機(jī)調(diào)速得到飛速的發(fā)展。使同步電動機(jī)調(diào)速得到飛速的發(fā)展。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 高性能的運(yùn)動控制系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，但速度傳感器的高性能的運(yùn)動控制系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，但速度傳感器的機(jī)械安裝要求高，調(diào)試工作量大，有時(shí)由于場地及空間的限機(jī)械安裝要求高，調(diào)試工作量大，有時(shí)由于場

22、地及空間的限制，根本不允許安裝速度傳感器，制，根本不允許安裝速度傳感器，無速度傳感器控制的調(diào)速無速度傳感器控制的調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)正好能彌補(bǔ)這些不足。無速度傳感器控制的基本方法是正好能彌補(bǔ)這些不足。無速度傳感器控制的基本方法是實(shí)時(shí)檢測定子電壓和電流，再依據(jù)電動機(jī)模型或合適的算法實(shí)時(shí)檢測定子電壓和電流，再依據(jù)電動機(jī)模型或合適的算法對轉(zhuǎn)速進(jìn)行估算，用估算的值進(jìn)行反饋控制。但這種方法受對轉(zhuǎn)速進(jìn)行估算，用估算的值進(jìn)行反饋控制。但這種方法受電機(jī)參數(shù)影響大，對測量噪聲敏感。如何提高轉(zhuǎn)速估算精度，電機(jī)參數(shù)影響大，對測量噪聲敏感。如何提高轉(zhuǎn)速估算精度，是進(jìn)一步發(fā)展無速度傳感器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。是進(jìn)一步發(fā)展無速度傳感器

23、控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。 近年來，模糊控制、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，使運(yùn)動控近年來，模糊控制、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，使運(yùn)動控制系統(tǒng)向智能化的方向發(fā)展。在現(xiàn)代運(yùn)動控制系統(tǒng)中，常使制系統(tǒng)向智能化的方向發(fā)展。在現(xiàn)代運(yùn)動控制系統(tǒng)中，常使智能控制與傳統(tǒng)智能控制與傳統(tǒng)PI控制互相結(jié)合，取長補(bǔ)短，既保證了系統(tǒng)控制互相結(jié)合，取長補(bǔ)短，既保證了系統(tǒng)的控制精度，又增加了系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)、自調(diào)整及決策能力，的控制精度，又增加了系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)、自調(diào)整及決策能力，提高了系統(tǒng)的魯棒性。提高了系統(tǒng)的魯棒性。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.3 運(yùn)動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律運(yùn)動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動方

24、程式為：運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動方程式為：式中式中 J機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量 ； m 轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度（轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度（rad/s)； m 轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)角（rad）；）； Te 電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（Nm）；）； TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm）；）； D阻轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)；阻轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)； K扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)。扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 1)-(1 mmmmLemdtdKDTTdtdJ)(2mkg 運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 若忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，則運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本運(yùn)若忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，則運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動方程式可簡化為：動方程式可簡

25、化為：2)-(1 mmLemdtdTTdtdJ若采用工程單位制，則式（若采用工程單位制，則式（1-2）的第）的第1行應(yīng)改寫為：行應(yīng)改寫為：3)-(1 3752LeTTdtdnGD式中式中 轉(zhuǎn)動慣量，習(xí)慣稱飛輪力矩轉(zhuǎn)動慣量，習(xí)慣稱飛輪力矩 n轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速（r/min），），2GD; 4 , )(22gJGDmN. 260mn 運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 運(yùn)動控制系統(tǒng)的任務(wù)就是控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，對于直運(yùn)動控制系統(tǒng)的任務(wù)就是控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，對于直線電動機(jī)來說就是控制速度和位移線電動機(jī)來說就是控制速度和位移。由式（。由式（1-1）和式（）和式（1-2）可知

26、，要控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，唯一的途徑就是控制電動機(jī)的電可知，要控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，唯一的途徑就是控制電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩Te，使轉(zhuǎn)速變化率按人們期望的規(guī)律變化。因此，使轉(zhuǎn)速變化率按人們期望的規(guī)律變化。因此，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩控制是運(yùn)動控制的根本問題控制是運(yùn)動控制的根本問題。 為了有效地控制電磁轉(zhuǎn)矩，充分利用電機(jī)鐵心，在一定的電為了有效地控制電磁轉(zhuǎn)矩，充分利用電機(jī)鐵心，在一定的電流作用下進(jìn)可能產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，以加快系統(tǒng)的過渡過流作用下進(jìn)可能產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，以加快系統(tǒng)的過渡過程，必須在控制轉(zhuǎn)矩的同時(shí)也控制磁通（或磁鏈）程，必須在控制轉(zhuǎn)矩的同時(shí)也控制磁通（或磁鏈）。因?yàn)楫?dāng)。因?yàn)楫?dāng)磁通（或磁鏈）很小時(shí)，即使電樞

27、電流（或交流電機(jī)定子電磁通（或磁鏈）很小時(shí)，即使電樞電流（或交流電機(jī)定子電流的轉(zhuǎn)矩分量）很大，實(shí)際轉(zhuǎn)矩仍然很小。何況由于物理?xiàng)l流的轉(zhuǎn)矩分量）很大，實(shí)際轉(zhuǎn)矩仍然很小。何況由于物理?xiàng)l件限制，電樞電流（或定子電流）總是有限的。因此，件限制，電樞電流（或定子電流）總是有限的。因此，磁鏈磁鏈控制與轉(zhuǎn)矩控制同樣重要控制與轉(zhuǎn)矩控制同樣重要，不可偏廢。通常在基速（額定轉(zhuǎn)，不可偏廢。通常在基速（額定轉(zhuǎn)速）以下采用恒磁通（或磁鏈）控制，而在基速以上采用弱速）以下采用恒磁通（或磁鏈）控制，而在基速以上采用弱磁控制。磁控制。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.4 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

28、 對運(yùn)動控制系統(tǒng)而言，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)必然存在對運(yùn)動控制系統(tǒng)而言，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)必然存在的不可控?cái)_動輸入，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性直接影響運(yùn)動的不可控?cái)_動輸入，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性直接影響運(yùn)動控制系統(tǒng)控制方案的選擇和系統(tǒng)的動態(tài)性能。為了對運(yùn)動控控制系統(tǒng)控制方案的選擇和系統(tǒng)的動態(tài)性能。為了對運(yùn)動控制系統(tǒng)作全面的了解，便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試，常歸納出幾種制系統(tǒng)作全面的了解，便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試，常歸納出幾種典型的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。典型的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。 1.4.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小恒定，與的大小恒定，與m或或n無關(guān)，稱做恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，無關(guān)

29、，稱做恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載， TL = 常數(shù)常數(shù) （1-4） 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載有位能性和反抗性兩種。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載由重恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載有位能性和反抗性兩種。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載由重力產(chǎn)生，具有固定的大小和方向，如圖力產(chǎn)生，具有固定的大小和方向，如圖1-3a所示。反抗性恒所示。反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的大小不變，方向則始終與轉(zhuǎn)速反向，如圖轉(zhuǎn)矩負(fù)載的大小不變，方向則始終與轉(zhuǎn)速反向，如圖1-3b。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座圖圖1-3 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性a) 位能性恒轉(zhuǎn)矩位能性恒轉(zhuǎn)矩 b）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.4.2 恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載的特

30、征是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)恒功率負(fù)載的特征是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，而功率為常數(shù)，即速成反比，而功率為常數(shù)，即5)-(1 mmLLPT常數(shù)或或nnPTLL常數(shù)260式中式中 PL機(jī)械功率。機(jī)械功率。橫功率負(fù)載的特性如圖橫功率負(fù)載的特性如圖1-4所示。所示。圖圖1-4 恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.4.3 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即平方成正比，即6)-(1 22nTmL風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性如圖風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性如圖1-5所示所示以上所述的各類負(fù)載是從各種實(shí)以上所述的各類負(fù)載是從各種實(shí)際負(fù)

31、載中概括出來的典型負(fù)載形際負(fù)載中概括出來的典型負(fù)載形式，實(shí)際負(fù)載可能是多個(gè)典型負(fù)式，實(shí)際負(fù)載可能是多個(gè)典型負(fù)載的組合，應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載的具載的組合，應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載的具體情況加以分析。體情況加以分析。圖圖1-5 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.5 同步電動機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)同步電動機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng) 1890年美國西屋電氣公司利用尼古拉年美國西屋電氣公司利用尼古拉特斯特斯拉的專利研制出第一臺同步電機(jī)，此后的拉的專利研制出第一臺同步電機(jī)，此后的100多年，交流同步電機(jī)以其效率高、功率因數(shù)高多年，交流同步電機(jī)以其效率高、功率因數(shù)高且可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)機(jī)

32、械傳動，特且可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械傳動，特別是大功率傳動中廣泛應(yīng)用。別是大功率傳動中廣泛應(yīng)用。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由定子電流頻率和電機(jī)極對數(shù)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由定子電流頻率和電機(jī)極對數(shù)決定的，同步電動機(jī)在電網(wǎng)固定頻率供電條件下做恒決定的，同步電動機(jī)在電網(wǎng)固定頻率供電條件下做恒速運(yùn)行，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子將以定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速同速運(yùn)行，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子將以定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速同步旋轉(zhuǎn)，故稱為同步電機(jī)步旋轉(zhuǎn)，故稱為同步電機(jī)。傳統(tǒng)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。傳統(tǒng)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組采用直流激磁，在同步電機(jī)恒速運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子激采用直流激磁，在同步電機(jī)恒速運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子激磁電

33、流即可調(diào)節(jié)同步電機(jī)的功率因數(shù)，功率因數(shù)可超磁電流即可調(diào)節(jié)同步電機(jī)的功率因數(shù)，功率因數(shù)可超前或滯后，也可以等于前或滯后，也可以等于1。傳統(tǒng)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定傳統(tǒng)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定不可調(diào)的不可調(diào)的，只用于拖動恒速負(fù)載及改善功率因數(shù)的場，只用于拖動恒速負(fù)載及改善功率因數(shù)的場合。在恒定頻率下運(yùn)行的大型同步電機(jī)存在著起動困合。在恒定頻率下運(yùn)行的大型同步電機(jī)存在著起動困難、運(yùn)行過程易發(fā)生失步和振蕩的問題，很難想象對難、運(yùn)行過程易發(fā)生失步和振蕩的問題，很難想象對同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 交流傳動分為同步電機(jī)傳動和異步電機(jī)傳動交流傳動分為同步

34、電機(jī)傳動和異步電機(jī)傳動。交流電機(jī)的轉(zhuǎn)。交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制大多是通過變化頻率來實(shí)現(xiàn)的。速控制大多是通過變化頻率來實(shí)現(xiàn)的。同步電機(jī)比異步電機(jī)同步電機(jī)比異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)高、變頻器容量小、電機(jī)效率高且變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)高、變頻器容量小、電機(jī)效率高且轉(zhuǎn)動慣量小，在大功率傳動中同步電動機(jī)調(diào)速優(yōu)勢明顯轉(zhuǎn)動慣量小，在大功率傳動中同步電動機(jī)調(diào)速優(yōu)勢明顯。 從從20世紀(jì)世紀(jì)30年代的后期，人們就開始研究同步電機(jī)的調(diào)速問年代的后期，人們就開始研究同步電機(jī)的調(diào)速問題。通過檢測同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的位置，以適當(dāng)?shù)捻樞蚺c題。通過檢測同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的位置，以適當(dāng)?shù)捻樞蚺c電機(jī)繞組相連的閘流管導(dǎo)通，代替直流電機(jī)

35、的換向器和電刷電機(jī)繞組相連的閘流管導(dǎo)通，代替直流電機(jī)的換向器和電刷的功能，形成由變流器供電的自控式同步電機(jī)，也稱為無換的功能，形成由變流器供電的自控式同步電機(jī)，也稱為無換向器電機(jī)。向器電機(jī)。自從晶閘管等電力電子器件發(fā)明后，同步電機(jī)變自從晶閘管等電力電子器件發(fā)明后，同步電機(jī)變頻調(diào)速控制才有了長足的進(jìn)步頻調(diào)速控制才有了長足的進(jìn)步。 1969年年BBC公司研制成功世界上第一臺公司研制成功世界上第一臺6400kW交交變頻同交交變頻同步電機(jī)傳動裝置，用于法國倫伯爾基水泥廠水泥球磨機(jī)無級步電機(jī)傳動裝置，用于法國倫伯爾基水泥廠水泥球磨機(jī)無級調(diào)速傳動。調(diào)速傳動。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 20世

36、紀(jì)世紀(jì)70年代，隨著交流電機(jī)磁場定向控制理論的產(chǎn)生及其年代，隨著交流電機(jī)磁場定向控制理論的產(chǎn)生及其技術(shù)的推廣應(yīng)用，世界各大電氣公司都投入大量人力、物力技術(shù)的推廣應(yīng)用，世界各大電氣公司都投入大量人力、物力對交流同步電機(jī)變頻調(diào)速傳動進(jìn)行研究，期望這一技術(shù)應(yīng)用對交流同步電機(jī)變頻調(diào)速傳動進(jìn)行研究，期望這一技術(shù)應(yīng)用于高性能要求的軋機(jī)主傳動及礦井提升機(jī)傳動。于高性能要求的軋機(jī)主傳動及礦井提升機(jī)傳動。1981年西門年西門子公司研制成功世界上第一臺子公司研制成功世界上第一臺4220kW交交變頻同步電機(jī)調(diào)速交交變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，用于礦井提升機(jī)傳動，同年該公司又研制成功第一臺系統(tǒng)，用于礦井提升機(jī)傳動，同年該公

37、司又研制成功第一臺4000kW軋機(jī)傳動交交變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使大容量交流軋機(jī)傳動交交變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使大容量交流同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)登上了高性能調(diào)速的舞臺，標(biāo)志著這一技同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)登上了高性能調(diào)速的舞臺，標(biāo)志著這一技術(shù)的成熟。術(shù)的成熟。 迄今為止，世界上已有上千套軋機(jī)及礦井提升機(jī)傳動采用了迄今為止，世界上已有上千套軋機(jī)及礦井提升機(jī)傳動采用了交流變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。交流變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。 此外，負(fù)載換流交直交變頻器廣泛用于高爐鼓風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)此外，負(fù)載換流交直交變頻器廣泛用于高爐鼓風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)以及抽水蓄能電站的大型同步電機(jī)變頻起動，并應(yīng)用于長距以及抽水蓄能電站的大型同步電機(jī)變頻起動

38、，并應(yīng)用于長距離油氣輸送大功率高速壓縮機(jī)的驅(qū)動。離油氣輸送大功率高速壓縮機(jī)的驅(qū)動。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 隨著永磁同步電機(jī)、直線同步電機(jī)等新型電機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)隨著永磁同步電機(jī)、直線同步電機(jī)等新型電機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，大功率永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速已成功應(yīng)用于大型艦船電展，大功率永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速已成功應(yīng)用于大型艦船電力推進(jìn)，力推進(jìn)，永磁同步電機(jī)的功率已超過永磁同步電機(jī)的功率已超過10MW；高速磁懸浮列車；高速磁懸浮列車已進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段，由大功率交直交變頻器供電的同步電已進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段，由大功率交直交變頻器供電的同步電機(jī)牽引著的磁懸浮列車達(dá)到機(jī)牽引著的磁懸浮列車達(dá)到500km/

39、h的速度。交流同步電機(jī)調(diào)的速度。交流同步電機(jī)調(diào)速正在發(fā)揮越來越重要的作用。速正在發(fā)揮越來越重要的作用。 1.5.1 交流同步電機(jī)的類型交流同步電機(jī)的類型 交流同步電機(jī)真有以下幾種類型：交流同步電機(jī)真有以下幾種類型： （1）轉(zhuǎn)子直流激磁同步電機(jī)）轉(zhuǎn)子直流激磁同步電機(jī) 轉(zhuǎn)子直流激磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)同步電機(jī)相同，是交流同步電轉(zhuǎn)子直流激磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)同步電機(jī)相同，是交流同步電機(jī)最常見的類型。機(jī)最常見的類型。 轉(zhuǎn)子直流激磁電流可由電力電子激磁裝置通過集電環(huán)和電刷轉(zhuǎn)子直流激磁電流可由電力電子激磁裝置通過集電環(huán)和電刷送到繞組中，也可以采用無刷激磁的方式，即在同步電機(jī)軸送到繞組中，也可以采用無刷激磁的方式，即

40、在同步電機(jī)軸上安上安運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 裝一臺交流發(fā)電機(jī)作為激磁電源，感應(yīng)的交流電經(jīng)過固定在裝一臺交流發(fā)電機(jī)作為激磁電源，感應(yīng)的交流電經(jīng)過固定在軸上的整流器變換成直流電供給同步電機(jī)的激磁繞組。激磁軸上的整流器變換成直流電供給同步電機(jī)的激磁繞組。激磁電流的調(diào)節(jié)可以通過控制交流激磁發(fā)電機(jī)的定子磁場來實(shí)現(xiàn)。電流的調(diào)節(jié)可以通過控制交流激磁發(fā)電機(jī)的定子磁場來實(shí)現(xiàn)。 （2）永磁同步電機(jī)）永磁同步電機(jī) 永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做成激磁磁極，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做成激磁磁極，如釤鈷合金、釹鐵硼合金等，永久磁鐵激磁使電機(jī)的體積和如釤鈷合金、釹鐵硼合金等，永久

41、磁鐵激磁使電機(jī)的體積和重量大為減小，而且永磁同步電機(jī)效率高、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)重量大為減小，而且永磁同步電機(jī)效率高、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠。方便、運(yùn)行可靠。 （3）磁阻同步電機(jī)）磁阻同步電機(jī) 磁阻同步電機(jī)是由反應(yīng)式同步電機(jī)發(fā)展而來的磁阻同步電機(jī)是由反應(yīng)式同步電機(jī)發(fā)展而來的,它突破了傳統(tǒng)它突破了傳統(tǒng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模式電機(jī)的結(jié)構(gòu)模式,定轉(zhuǎn)子采用雙凸結(jié)構(gòu)定轉(zhuǎn)子采用雙凸結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子上沒有繞組轉(zhuǎn)子上沒有繞組,定子為定子為集中繞組集中繞組,比異步電機(jī)更簡單、堅(jiān)固。目前已有開關(guān)磁組電機(jī)比異步電機(jī)更簡單、堅(jiān)固。目前已有開關(guān)磁組電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 調(diào)速系統(tǒng)的產(chǎn)品，但單機(jī)容量還不夠大。調(diào)速系

42、統(tǒng)的產(chǎn)品，但單機(jī)容量還不夠大。 （4）直線同步電機(jī)）直線同步電機(jī) 直線同步電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能、不直線同步電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能、不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝置。它是需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝置。它是20世紀(jì)下半葉電工世紀(jì)下半葉電工領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)。直線同步電機(jī)具有高速、大推力領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)。直線同步電機(jī)具有高速、大推力的特點(diǎn)，適合在軍事、交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)輸送線等領(lǐng)域做的特點(diǎn)，適合在軍事、交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)輸送線等領(lǐng)域做各種橫向或垂直運(yùn)動的電氣傳動。各種橫向或垂直運(yùn)動的電氣傳動。 1.5.2 交流同步電機(jī)與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的比較交流同步

43、電機(jī)與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的比較 交流電機(jī)與直流電機(jī)相比具有以下特點(diǎn)：交流電機(jī)與直流電機(jī)相比具有以下特點(diǎn)： （1）單機(jī)容量不受限制）單機(jī)容量不受限制 眾所周知眾所周知,直流電機(jī)由于換向器的換向能力限制了電機(jī)的容量直流電機(jī)由于換向器的換向能力限制了電機(jī)的容量 和速度和速度,直流電機(jī)的極限容量和速度之積約為直流電機(jī)的極限容量和速度之積約為6max100 . 3nPN運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 例如例如,熱連軋機(jī)主傳動直流電機(jī)功率熱連軋機(jī)主傳動直流電機(jī)功率25MW（250/590（ r/min）已達(dá)到極限值。而交流電機(jī)單機(jī)容量可以突破）已達(dá)到極限值。而交流電機(jī)單機(jī)容量可以突破這一限制，例如

44、，容量和速度之積達(dá)到這一限制，例如，容量和速度之積達(dá)到10MW（150/450（ r/min），）， ， 為設(shè)備提供更大的動力。為設(shè)備提供更大的動力。實(shí)際上交流電機(jī)可以充分利用電力電子器件的能力來提高供實(shí)際上交流電機(jī)可以充分利用電力電子器件的能力來提高供電電壓，采用先進(jìn)的電機(jī)冷卻方式，變頻調(diào)速同步電機(jī)的單電電壓，采用先進(jìn)的電機(jī)冷卻方式，變頻調(diào)速同步電機(jī)的單機(jī)容量已可以達(dá)到機(jī)容量已可以達(dá)到56MW。 （2）體積小、重量輕、占地面積?。w積小、重量輕、占地面積小 由于交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，占地面積比直流由于交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，占地面積比直流電機(jī)大大減少。而支流電機(jī)不僅單機(jī)

45、體積大，而且為了減少電機(jī)大大減少。而支流電機(jī)不僅單機(jī)體積大，而且為了減少轉(zhuǎn)動慣量，常常采用雙電樞或三電樞串聯(lián)方式，占地面積很轉(zhuǎn)動慣量，常常采用雙電樞或三電樞串聯(lián)方式，占地面積很大。日本某鋼廠采用交交變頻同步電機(jī)替代了原三電樞直流大。日本某鋼廠采用交交變頻同步電機(jī)替代了原三電樞直流電機(jī)，電機(jī)功率同為電機(jī)，電機(jī)功率同為11250kW，但交流電機(jī)僅用了原直流電，但交流電機(jī)僅用了原直流電 6max105 . 4nPN運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 機(jī)機(jī)1/3的占地面積。的占地面積。 交流電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，因此有可能與機(jī)械合為一體，交流電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，因此有可能與機(jī)械合為一體，形

46、成機(jī)電一體化產(chǎn)品，大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少體積和重量，形成機(jī)電一體化產(chǎn)品，大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少體積和重量，提高可靠性。例如，傳統(tǒng)的水泥球磨機(jī)采用齒輪傳動，采用提高可靠性。例如，傳統(tǒng)的水泥球磨機(jī)采用齒輪傳動，采用交交變頻同步電機(jī)可以取消齒輪直接傳動，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子交交變頻同步電機(jī)可以取消齒輪直接傳動，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與球磨機(jī)滾筒連為一體，實(shí)現(xiàn)高效率的無齒輪水泥球磨機(jī)傳與球磨機(jī)滾筒連為一體，實(shí)現(xiàn)高效率的無齒輪水泥球磨機(jī)傳動。動。 礦井提升機(jī)采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)外轉(zhuǎn)子直接繞鋼絲繩，使礦井提升機(jī)采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)外轉(zhuǎn)子直接繞鋼絲繩，使電機(jī)與卷筒合為一體。電機(jī)與卷筒合為一體。 軋鋼地下卷取機(jī)傳動交流同步

47、電機(jī)，將軋鋼地下卷取芯棒作軋鋼地下卷取機(jī)傳動交流同步電機(jī)，將軋鋼地下卷取芯棒作為同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子，減少了電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量、體積和重量，為同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子，減少了電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量、體積和重量，提高了可靠性。提高了可靠性。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 （3）轉(zhuǎn)動慣量?。┺D(zhuǎn)動慣量小 以某鋼廠以某鋼廠2050m熱連軋機(jī)為例，直流主傳動電機(jī)熱連軋機(jī)為例，直流主傳動電機(jī)24500kW （250/578（r/min）雙電樞傳動，轉(zhuǎn)動慣量為）雙電樞傳動，轉(zhuǎn)動慣量為76.8tm2 而主傳動交流同步電機(jī)而主傳動交流同步電機(jī)9000kW（250/578（r/min）單電樞）單電樞傳動，其轉(zhuǎn)動慣量為傳動，其轉(zhuǎn)動慣

48、量為17.2tm2，減少為直流電機(jī)的，減少為直流電機(jī)的1/4.5 使使整個(gè)傳動系統(tǒng)的速度響應(yīng)時(shí)間由整個(gè)傳動系統(tǒng)的速度響應(yīng)時(shí)間由120ms縮短到縮短到70ms，提高了，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。 （4）動態(tài)響應(yīng)好）動態(tài)響應(yīng)好 由于交流電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量大大減少，并且交流變頻同步電機(jī)沒由于交流電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量大大減少，并且交流變頻同步電機(jī)沒有換向火花對過載能力的限制，電機(jī)可以具有更大的動態(tài)加有換向火花對過載能力的限制，電機(jī)可以具有更大的動態(tài)加速電流。因此，交流電機(jī)較直流電機(jī)有更好的動態(tài)響應(yīng)特性。速電流。因此，交流電機(jī)較直流電機(jī)有更好的動態(tài)響應(yīng)特性。現(xiàn)代熱軋和冷軋機(jī)都采用了軋板精度和板形自動控制，

49、現(xiàn)代熱軋和冷軋機(jī)都采用了軋板精度和板形自動控制，運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 要求軋機(jī)傳動的速度控制系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到要求軋機(jī)傳動的速度控制系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到60rad/s，而直流電機(jī)，而直流電機(jī)由于換向火花限制了電機(jī)電流變化率由于換向火花限制了電機(jī)電流變化率di/dt，使速度響應(yīng)僅能，使速度響應(yīng)僅能達(dá)到達(dá)到15rad/s。表。表1列出了當(dāng)前交流調(diào)速與直流調(diào)速的技術(shù)性列出了當(dāng)前交流調(diào)速與直流調(diào)速的技術(shù)性能比較。能比較。表表 1 交流調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)性能比較交流調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)性能比較 直流調(diào)速直流調(diào)速 交流調(diào)速交流調(diào)速電機(jī)電壓電機(jī)電壓 1200V 15006000V功率

50、因數(shù)功率因數(shù) 0.7 0.61.0變換器效率變換器效率 0.98 0.960.97調(diào)速范圍調(diào)速范圍 0.1%100% 0100%調(diào)速精度調(diào)速精度 0.01% 0.01%速度響應(yīng)速度響應(yīng) 1530 rad/s 40100 rad/s運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 （5）維護(hù)簡單化）維護(hù)簡單化 由于交流電機(jī)無須換向器，所以維護(hù)量大大減少。某厚板軋由于交流電機(jī)無須換向器，所以維護(hù)量大大減少。某厚板軋機(jī)直流主傳動年維修工作量機(jī)直流主傳動年維修工作量145h，而采用交流傳動后只需，而采用交流傳動后只需36h，僅為直流傳動的僅為直流傳動的1/4。 （6）節(jié)約能源）節(jié)約能源 交流同步電機(jī)的效率比直

51、流電機(jī)提高交流同步電機(jī)的效率比直流電機(jī)提高2%3%。以某鋼廠。以某鋼廠1150初軋機(jī)改造為例，原直流傳動初軋機(jī)改造為例，原直流傳動24500kW，功率消耗，功率消耗2343 kW，消耗冷卻水，消耗冷卻水2110m3/h；而采用交流傳動后，電機(jī)容；而采用交流傳動后，電機(jī)容量增大到量增大到25000kW，功率消耗僅為，功率消耗僅為2186.7kW，減少功率，減少功率損耗損耗46%，冷卻水消耗為，冷卻水消耗為259m3/h，僅為原直流電機(jī)的，僅為原直流電機(jī)的54%。采用交流傳動后，每噸鋼電耗節(jié)約。采用交流傳動后，每噸鋼電耗節(jié)約15%以上，而產(chǎn)量以上，而產(chǎn)量則提高則提高30%以上。以上。運(yùn)動控制系統(tǒng)專

52、題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.5.3 同步電機(jī)和異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的比較同步電機(jī)和異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的比較 交流調(diào)速可以采用同步電機(jī)也可以采用異步電機(jī)。交流調(diào)速可以采用同步電機(jī)也可以采用異步電機(jī)。同步電機(jī)與異步電機(jī)各有其特點(diǎn)，近同步電機(jī)與異步電機(jī)各有其特點(diǎn)，近20年來，世年來，世界各國電氣公司和學(xué)術(shù)界對此爭論不休，但進(jìn)入界各國電氣公司和學(xué)術(shù)界對此爭論不休，但進(jìn)入20世紀(jì)世紀(jì)90年代后，對于大容量交流電機(jī)調(diào)速，世年代后，對于大容量交流電機(jī)調(diào)速，世界各國已基本趨于同步電機(jī)。表界各國已基本趨于同步電機(jī)。表2列出了同步電機(jī)列出了同步電機(jī)與異步電機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)的比較。與異步電機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)的比較。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題

53、講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 表表2 同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)與異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的比較同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)與異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的比較 異步電機(jī)異步電機(jī)IM 同步電機(jī)同步電機(jī)SM額定功率額定功率PN/ kW 6000 6000轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n / ( r/ min ) 60/120 60/120電機(jī)功率因數(shù)電機(jī)功率因數(shù) cos 0.89 1.0效率效率 0.939 0.955相對轉(zhuǎn)動慣量相對轉(zhuǎn)動慣量 134% 100%相對定子重量相對定子重量 116% 100%相對轉(zhuǎn)子重量相對轉(zhuǎn)子重量 109% 100%磁通變化時(shí)間常數(shù)磁通變化時(shí)間常數(shù)/ ms 3.05 0.355相對變頻器容量相對變頻器容量 354% 258%相對激

54、磁功率相對激磁功率 0 10%電網(wǎng)輸入功率因數(shù)電網(wǎng)輸入功率因數(shù) 0.67 0.85運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 （1）可靠性與維護(hù)量）可靠性與維護(hù)量 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常簡單，它沒有滑環(huán)和激磁繞組，因異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常簡單，它沒有滑環(huán)和激磁繞組，因此，對于籠形異步電機(jī)的維護(hù)只限于軸承。而同步電機(jī)則在此，對于籠形異步電機(jī)的維護(hù)只限于軸承。而同步電機(jī)則在其滑環(huán)上有少量的維護(hù)量，但與直流電機(jī)換向器相比，它的其滑環(huán)上有少量的維護(hù)量，但與直流電機(jī)換向器相比，它的維護(hù)量要少得多。維護(hù)量要少得多。 現(xiàn)代同步電機(jī)電刷的壽命在現(xiàn)代同步電機(jī)電刷的壽命在1.5 萬小時(shí)左右萬小時(shí)左右。尤其是近年來軋

55、。尤其是近年來軋機(jī)主傳動普遍采用隱極式同步電機(jī)，其轉(zhuǎn)子堅(jiān)固性與籠形異機(jī)主傳動普遍采用隱極式同步電機(jī)，其轉(zhuǎn)子堅(jiān)固性與籠形異步電機(jī)相近。因此，同步電機(jī)的維護(hù)量與異步電機(jī)基本相同。步電機(jī)相近。因此，同步電機(jī)的維護(hù)量與異步電機(jī)基本相同。 （2）功率因數(shù)）功率因數(shù) 同步電機(jī)由于獨(dú)立的轉(zhuǎn)子激磁調(diào)節(jié)控制，可使其定子功率因同步電機(jī)由于獨(dú)立的轉(zhuǎn)子激磁調(diào)節(jié)控制，可使其定子功率因數(shù)保持為數(shù)保持為1，即，即cos=1。而異步電機(jī)則完全不同，電機(jī)的激。而異步電機(jī)則完全不同，電機(jī)的激磁功率必須通過定子側(cè)獲得，因此，定子電流始終是滯后的磁功率必須通過定子側(cè)獲得，因此，定子電流始終是滯后的運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題

56、講座 其功率因數(shù)一般在其功率因數(shù)一般在0.8左右左右。為了改善電機(jī)的功率因數(shù)，可以。為了改善電機(jī)的功率因數(shù)，可以降低電機(jī)的磁通密度，但受到了電機(jī)的材料設(shè)計(jì)限制；另一降低電機(jī)的磁通密度，但受到了電機(jī)的材料設(shè)計(jì)限制；另一種提高功率因數(shù)的方法是降低漏抗，但這樣又增加了電流的種提高功率因數(shù)的方法是降低漏抗，但這樣又增加了電流的諧波，因而又會進(jìn)一步惡化功率因數(shù)。顯然，異步電機(jī)功率諧波，因而又會進(jìn)一步惡化功率因數(shù)。顯然，異步電機(jī)功率因數(shù)低是一個(gè)很難克服的缺陷。因數(shù)低是一個(gè)很難克服的缺陷。 （3）變頻器容量）變頻器容量 由于異步電機(jī)的激磁能量是從定子側(cè)供給的，同時(shí)異步電機(jī)由于異步電機(jī)的激磁能量是從定子側(cè)供給

57、的，同時(shí)異步電機(jī)功率因數(shù)低于同步電機(jī)，視在功率高于同步電機(jī)，故異步電功率因數(shù)低于同步電機(jī)，視在功率高于同步電機(jī)，故異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的變換器容量比同步電機(jī)的大機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的變換器容量比同步電機(jī)的大30%左右。左右。 （4）電機(jī)尺寸和轉(zhuǎn)動慣量）電機(jī)尺寸和轉(zhuǎn)動慣量 由于異步電機(jī)的定子電流由磁化電流和有功電流兩部分組成，由于異步電機(jī)的定子電流由磁化電流和有功電流兩部分組成，因此，異步電機(jī)的定子必須具有較大的視在功率。因此，異步電機(jī)的定子必須具有較大的視在功率。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 為了提高其功率因數(shù)，異步電機(jī)盡可能將電機(jī)氣隙減少，但為了提高其功率因數(shù)，異步電機(jī)盡可能將電機(jī)氣隙減少，但

58、減少氣隙要求電機(jī)制造工藝具有更高的加工精度，而細(xì)長結(jié)減少氣隙要求電機(jī)制造工藝具有更高的加工精度，而細(xì)長結(jié)構(gòu)的撓度也限制了氣隙的減少，使大功率變頻調(diào)速異步電機(jī)構(gòu)的撓度也限制了氣隙的減少，使大功率變頻調(diào)速異步電機(jī)的設(shè)計(jì)和制作更加困難。所以，的設(shè)計(jì)和制作更加困難。所以，異步電機(jī)常常設(shè)計(jì)成較大的異步電機(jī)常常設(shè)計(jì)成較大的定子和轉(zhuǎn)子鐵心直徑，電機(jī)結(jié)構(gòu)短粗定子和轉(zhuǎn)子鐵心直徑，電機(jī)結(jié)構(gòu)短粗。由于同步電機(jī)激磁從。由于同步電機(jī)激磁從轉(zhuǎn)子提供，其氣隙可以較大，制造相對容易，同步電機(jī)可以轉(zhuǎn)子提供，其氣隙可以較大，制造相對容易，同步電機(jī)可以設(shè)計(jì)成細(xì)長結(jié)構(gòu)，且長度和直徑之比可以優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)成細(xì)長結(jié)構(gòu)，且長度和直徑之比可

59、以優(yōu)化設(shè)計(jì)。 （5）控制精度）控制精度 在異步電機(jī)的磁場定向控制系統(tǒng)中，磁通控制取決于轉(zhuǎn)子電在異步電機(jī)的磁場定向控制系統(tǒng)中，磁通控制取決于轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，而該電阻隨溫度變化阻參數(shù)，而該電阻隨溫度變化。為了消除這一影響，必須進(jìn)。為了消除這一影響，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)子參數(shù)辨識控制，該課題一直是國內(nèi)外學(xué)者科研攻關(guān)的行轉(zhuǎn)子參數(shù)辨識控制，該課題一直是國內(nèi)外學(xué)者科研攻關(guān)的難題。而難題。而同步電機(jī)激磁電流是單獨(dú)控制的，電機(jī)磁通不隨溫同步電機(jī)激磁電流是單獨(dú)控制的，電機(jī)磁通不隨溫度變化，故轉(zhuǎn)矩控制精度高度變化，故轉(zhuǎn)矩控制精度高。運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座運(yùn)動控制系統(tǒng)專題講座 1.5.4 大功率電力電子變換器大功率電力電子變換器

60、 現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速技術(shù)的基礎(chǔ)是電力電子技術(shù)。電力電子元器件現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速技術(shù)的基礎(chǔ)是電力電子技術(shù)。電力電子元器件正向著大功率、高電壓、集成化、智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的正向著大功率、高電壓、集成化、智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的晶閘管元件正逐步讓位于新型可關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件；近幾晶閘管元件正逐步讓位于新型可關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件；近幾年出現(xiàn)的年出現(xiàn)的集成門極換向晶閘管（集成門極換向晶閘管（IGCT）達(dá)到）達(dá)到6kA/6kV，已取，已取代了門極可關(guān)斷晶閘管（代了門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）成為大功率高壓變頻器的主）成為大功率高壓變頻器的主流器件；場控器件絕緣柵雙極晶體管（流器件；場控器件絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在中