國外機電一體化電機發展動向
- 近二十年來,科學技術突飛猛進。隨著電力電子技術、計算機技術和控制理論發展,電機調速技術得到迅速發展,使得電機的應用不再局限于工業應用而且在商業及家用設備等各個領域獲得更加廣泛的應用;而隨著新材料如稀土永磁材料Nd-Fe-B、磁性復合材料的出現,更給電機設計插上翅膀,各種新型、高效、特種電機層出不窮。這些都極大地豐富了電機理論,拓寬了電機的應用領域,同時也給電機設計和制造工藝提出更高的要求。
交流變頻調速系統及變頻電機
二十年來,電力電子技術發生了革命性的進展。功率元件從70年代的晶閘管(SCR),發展到80年代的雙極型晶體管(BJT,也稱作GTR),到90年代則主要是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。日本的三菱電機公司已推出2000V/1200A的IGBT,歐洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件,而1200V/600A的IGBT模塊則已大量生產供應;IR以及Fairchild等著名半導體公司生產的IPM模塊更為交流調速技術的白色家電(指冰箱、洗衣機和空調器等)以及汽車等領域的應用提供了可能。控制方面也從模擬控制發展到數字控制,從單片機發展到數字信號處理器(DSP)和高級專用集成電路,控制部件功能日益完善,而所需的控制器件和控制器體積日益減小,控制器可靠性日益提高而成本日益降低。例如0.75kW通用變頻器的過去的10年間,體積減小到原來的1/10,成本下降了大約40~50%,中小型電機變頻調速系統已經發展成熟。據美國《控制工程》報道在1996~2000年間美國用于工廠自動化方面的電動機和傳動裝置的總費用約45億美元,其中采用變頻器控制三相異步電動機的約占52.8%,且呈逐年上升趨勢。
對變頻電機的研究,過去主要集中在以下幾個方面:一是由于變頻器的供電,電機諧波分量增加,溫升提高,因此應根據負載的情況,如何匹配電機的功率;而是對于調速范圍較寬的應用,要考慮低速時風扇轉速降低造成的電機自身散熱能力的下降,因此應在結構上外置一獨立的風扇,使其在低速時保持足夠的散熱風量,另外對于諧波引起的電機噪聲的增加也進行了不少的研究。
但是隨著變頻器應用的日益增多和研究的日益深入,出現了其他更為突出的問題,如電機的絕緣、軸承電流、性能測試等問題,直接影響著電機的設計、制造、使用和性能。
·電機絕緣問題為解決變頻器供電的電機的絕緣問題,可采用濾波器技術或采用加強絕緣,但是前者要增加較多的費用,而后者則電機的體積增加較多。目前,美國的Phelps Dodge公司等線纜廠已經研制出耐高脈沖電壓的電磁線,這種電磁線采用了新的漆層配方,在漆膜厚度不變的情況下,大大增加了耐壓強度。美國GE公司和Reliance公司等均宣布已生產采用新的電磁線的電機,可適用于IGBT供電的場合。