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近(jin)二十年來，科學技術突飛猛進。隨著電(dian)力(li)電(dian)子技術、計算機(ji)(ji)(ji)技術和控制(zhi)理論發(fa)展，電(dian)機(ji)(ji)(ji)調(diao)速技術得到迅速發(fa)展，使得電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)應用(yong)不再(zai)局限于工業應用(yong)而(er)且(qie)在商業及(ji)家用(yong)設備等各個(ge)領域獲得更(geng)(geng)加廣泛(fan)的(de)應用(yong)；而(er)隨著新材料(liao)如稀土永(yong)磁材料(liao)Nd-Fe-B、磁性復合材料(liao)的(de)出現，更(geng)(geng)給電(dian)機(ji)(ji)(ji)設計插上翅膀，各種新型(xing)、高(gao)效(xiao)、特種電(dian)機(ji)(ji)(ji)層(ceng)出不窮。這些(xie)都極大地豐富了電(dian)機(ji)(ji)(ji)理論，拓寬(kuan)了電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)應用(yong)領域，同時(shi)也(ye)給電(dian)機(ji)(ji)(ji)設計和制(zhi)造工藝提出更(geng)(geng)高(gao)的(de)要求。
交流變頻調速系統及變頻電機
二十年來，電(dian)(dian)力電(dian)(dian)子技(ji)(ji)術(shu)發生(sheng)了革命性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)進展。功(gong)率元件(jian)從70年代(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶閘管（SCR），發展到(dao)(dao)80年代(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙極(ji)(ji)型晶體(ti)管（BJT，也(ye)(ye)稱作GTR），到(dao)(dao)90年代(dai)則主(zhu)要是絕緣柵(zha)雙極(ji)(ji)晶體(ti)管（IGBT）。日(ri)(ri)本的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)三菱(ling)電(dian)(dian)機(ji)公(gong)司已推出(chu)2000V/1200A的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)IGBT，歐洲(zhou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)eupec公(gong)司也(ye)(ye)推出(chu)了3300V/1200A的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元件(jian)，而1200V/600A的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)IGBT模(mo)塊則已大(da)量生(sheng)產供應(ying)(ying)；IR以(yi)及Fairchild等(deng)著名半(ban)導體(ti)公(gong)司生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)IPM模(mo)塊更為交流調(diao)速技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)白色家(jia)電(dian)(dian)（指冰箱(xiang)、洗衣機(ji)和(he)空調(diao)器(qi)等(deng)）以(yi)及汽車等(deng)領(ling)域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)提供了可(ke)能。控(kong)制(zhi)方(fang)面也(ye)(ye)從模(mo)擬控(kong)制(zhi)發展到(dao)(dao)數字控(kong)制(zhi)，從單片機(ji)發展到(dao)(dao)數字信號處理(li)器(qi)（DSP）和(he)高(gao)級專用(yong)集成電(dian)(dian)路，控(kong)制(zhi)部件(jian)功(gong)能日(ri)(ri)益(yi)完善(shan)，而所(suo)需的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)器(qi)件(jian)和(he)控(kong)制(zhi)器(qi)體(ti)積(ji)日(ri)(ri)益(yi)減(jian)小(xiao)，控(kong)制(zhi)器(qi)可(ke)靠性(xing)日(ri)(ri)益(yi)提高(gao)而成本日(ri)(ri)益(yi)降(jiang)低。例如0.75kW通用(yong)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過去(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)10年間，體(ti)積(ji)減(jian)小(xiao)到(dao)(dao)原來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/10，成本下降(jiang)了大(da)約(yue)40~50%，中小(xiao)型電(dian)(dian)機(ji)變(bian)頻(pin)(pin)調(diao)速系統已經發展成熟(shu)。據美國《控(kong)制(zhi)工程》報道在1996~2000年間美國用(yong)于工廠(chang)自(zi)動化(hua)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)動機(ji)和(he)傳動裝置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)總費用(yong)約(yue)45億美元，其中采用(yong)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)控(kong)制(zhi)三相異步(bu)電(dian)(dian)動機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)約(yue)占(zhan)52.8%，且呈(cheng)逐年上(shang)升趨勢。
對變頻(pin)電(dian)機(ji)的(de)(de)研(yan)究(jiu)，過去主要集(ji)中(zhong)在以下幾個(ge)方(fang)面：一是由于變頻(pin)器的(de)(de)供電(dian)，電(dian)機(ji)諧(xie)波(bo)(bo)分量(liang)增加，溫升提(ti)高，因此應根據負載的(de)(de)情況(kuang)，如何匹(pi)配電(dian)機(ji)的(de)(de)功率；而是對于調速范圍較寬(kuan)的(de)(de)應用，要考慮低速時風(feng)扇轉速降低造成(cheng)的(de)(de)電(dian)機(ji)自身散熱能力的(de)(de)下降，因此應在結構上外(wai)置一獨立的(de)(de)風(feng)扇，使其在低速時保持足夠的(de)(de)散熱風(feng)量(liang)，另外(wai)對于諧(xie)波(bo)(bo)引起(qi)的(de)(de)電(dian)機(ji)噪聲的(de)(de)增加也進(jin)行了不少的(de)(de)研(yan)究(jiu)。
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(dian)(dian)機(ji)絕(jue)(jue)緣(yuan)問題(ti)為解(jie)決(jue)變(bian)(bian)頻器(qi)供(gong)(gong)電(dian)(dian)的(de)電(dian)(dian)機(ji)的(de)絕(jue)(jue)緣(yuan)問題(ti)，可采(cai)用(yong)濾波(bo)器(qi)技(ji)術(shu)或采(cai)用(yong)加強(qiang)絕(jue)(jue)緣(yuan)，但是前(qian)者要增(zeng)(zeng)加較多(duo)的(de)費用(yong)，而后者則電(dian)(dian)機(ji)的(de)體(ti)積增(zeng)(zeng)加較多(duo)。目(mu)前(qian)，美國的(de)Phelps Dodge公司等(deng)線纜廠已(yi)經(jing)研制(zhi)出耐高(gao)脈沖電(dian)(dian)壓的(de)電(dian)(dian)磁(ci)線，這種(zhong)電(dian)(dian)磁(ci)線采(cai)用(yong)了新的(de)漆層配方，在漆膜(mo)厚(hou)度不(bu)變(bian)(bian)的(de)情況下，大大增(zeng)(zeng)加了耐壓強(qiang)度。美國GE公司和Reliance公司等(deng)均宣布已(yi)生產采(cai)用(yong)新的(de)電(dian)(dian)磁(ci)線的(de)電(dian)(dian)機(ji)，可適用(yong)于IGBT供(gong)(gong)電(dian)(dian)的(de)場合(he)。
·軸(zhou)承(cheng)(cheng)電流問(wen)題對(dui)于(yu)較大功率(lv)的(de)IGBT變(bian)頻器供電的(de)電機（如100kW以上(shang)(shang)）會發(fa)現(xian)運(yun)行(xing)一段時(shi)間后，有些電機軸(zhou)承(cheng)(cheng)磨損嚴重，先是產生不正常噪聲，后至燒毀。經(jing)研究發(fa)現(xian)，當此(ci)高頻分量較大時(shi)，軸(zhou)電流密度可(ke)達數十安培/mm2，軸(zhou)承(cheng)(cheng)電流嚴重。由于(yu)軸(zhou)承(cheng)(cheng)的(de)滾(gun)道上(shang)(shang)有可(ke)能存在凸出點(dian)，旋轉(zhuan)時(shi)通過該處的(de)軸(zhou)承(cheng)(cheng)電流斷開，從(cong)而引起電弧，灼傷金屬表面，大量積累從(cong)而引起軸(zhou)承(cheng)(cheng)的(de)損壞。因此(ci)對(dui)于(yu)200馬力以上(shang)(shang)的(de)電機應采用(yong)了軸(zhou)承(cheng)(cheng)絕緣(yuan)技術等措施以保證電機的(de)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)。
·性能測(ce)(ce)試問(wen)題(ti)(ti)由于(yu)電壓波形中存在(zai)著大量(liang)的高次諧波，因此(ci)測(ce)(ce)量(liang)儀器(qi)的選擇和(he)精度問(wen)題(ti)(ti)較為突出。1998年美(mei)國(guo)Florida大學對交流(liu)調速系(xi)統(tong)的研究表(biao)明，聲稱(cheng)精度0.1~0.25的數字測(ce)(ce)量(liang)儀表(biao)，有時測(ce)(ce)量(liang)誤差會高達5~6%，這主要(yao)是由于(yu)測(ce)(ce)試儀器(qi)采用(yong)頻(pin)(pin)率(lv)不(bu)夠高造成(cheng)的。目前，IEC的相(xiang)關的實驗標準(zhun)中已經明確(que)規定了(le)10倍采樣頻(pin)(pin)率(lv)的要(yao)求。例如，對于(yu)IGBT變頻(pin)(pin)裝置(zhi)，若采用(yong)20kHz的載(zai)波頻(pin)(pin)率(lv)，則測(ce)(ce)試儀器(qi)的采樣頻(pin)(pin)率(lv)至少(shao)要(yao)達到(dao)200kHz，方能保證(zheng)一定的測(ce)(ce)量(liang)精度。變頻(pin)(pin)器(qi)供電專用(yong)電機測(ce)(ce)試裝置(zhi)的研究正在(zai)展(zhan)開。
無刷電機
近年來，轉子采用永磁結構、主電路采用功率器件的無刷直流電機得到了很大的發展，其功率覆蓋等級較大。小功率無刷直流電機主要應用于工廠自動化和辦公自動化方面，如計算機外設復印機和家用電器中，它正在迅速取代傳統的直流電機和異步電機；90年代以來，在高精度的數控設備中相當多的采用了永磁同步無刷電機（交流伺服電機）以取代寬調速的直流伺服電機，特別是在機器人和機械手的驅動中，無刷直流電機的應用相當多。目前全世界機器人的擁有量已經超過100萬臺，且每年以大于20%的速度增長，這已經成為無刷直流電機的主要應用領域。近年來，采用交流無刷電機代替異步電機作為機床的主軸直接驅動也已成為新的研究和應用熱點。大功率無刷直流電機（一般采用晶閘管作為功率器件，習慣上稱為無換向器電機）在低速、環境惡劣和有一定調速性能要求的場合有著廣泛的應用前景，如鋼廠的軋機、水泥窯傳動抽水蓄能等。
目前國外交流伺(si)服(fu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)已(yi)經部分形(xing)成(cheng)系列，如德國Lens公(gong)司，而寶鋼(gang)引進的軋機(ji)流水線電(dian)(dian)(dian)氣傳動(dong)基本采用(yong)了無換(huan)向(xiang)器電(dian)(dian)(dian)機(ji)實現(xian)；日本在電(dian)(dian)(dian)動(dong)車的應用(yong)中也主(zhu)要采用(yong)了無刷直流電(dian)(dian)(dian)機(ji)作為(wei)驅動(dong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)，并(bing)取(qu)得(de)了較好的應用(yong)效果。