電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

燕寶紅 李勃良

【摘??要】我國(guó)工業(yè)建設(shè)最近幾年隨著我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展而發(fā)展迅速，現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。特別是在交通運(yùn)輸以及高端運(yùn)載裝備等領(lǐng)域的作用更為顯著。然而，電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的調(diào)速方式及傳動(dòng)技術(shù)的不足造成系統(tǒng)能耗增加。

【關(guān)鍵詞】電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng);節(jié)能技術(shù)

引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)自改革開(kāi)放發(fā)展至今已經(jīng)取得了非常不錯(cuò)的成就，其成果已經(jīng)遙遙領(lǐng)先其它發(fā)展中國(guó)家。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，其中電氣傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣泛，并且逐漸成為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的主要方向。

1電氣傳動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成

電氣傳動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成，主要分4大模塊，一是電源;二是控制設(shè)備;三是電動(dòng)機(jī);四是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在運(yùn)行過(guò)程中，電源驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)利用機(jī)械能進(jìn)行各種有效的控制功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作的機(jī)械化。隨著電磁感應(yīng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，多功能的傳感器元件在電氣傳動(dòng)設(shè)備中發(fā)揮了積極的技術(shù)作用，使機(jī)電設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)控制的自動(dòng)化水平不斷提高。

2電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的能量損耗

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化需求不斷加大，電氣傳動(dòng)技術(shù)及控制系統(tǒng)不僅滿足調(diào)速的要求，關(guān)鍵在于通過(guò)傳動(dòng)來(lái)精確控制實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)軌跡，這就為電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。然而，在電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)發(fā)展的同時(shí)還存在系統(tǒng)能量損耗的問(wèn)題，導(dǎo)致電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中利用率較低。那么如何提高能量利用率成為電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，供給電氣傳動(dòng)的電能消耗與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及調(diào)速系統(tǒng)有關(guān)，合理選用變頻調(diào)速系統(tǒng)則會(huì)有效降低能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能耗。此外，針對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)而言，還需要有針對(duì)性的改進(jìn)和優(yōu)化相關(guān)的模塊和裝置來(lái)控制電能的消耗，以實(shí)現(xiàn)電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。

3電氣傳動(dòng)系統(tǒng)控制的特點(diǎn)

所謂的控制就是機(jī)械控制中具有人工智能的應(yīng)用技術(shù)，與機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制有著顯著的區(qū)別，自動(dòng)化控制有固定的數(shù)學(xué)模型的限制，按照一定的設(shè)計(jì)操作程序執(zhí)行運(yùn)行控制步驟，控制模型對(duì)于機(jī)電一體化的生產(chǎn)自動(dòng)化有積極的影響，減少了人員的操作負(fù)擔(dān)，規(guī)避了電源切換過(guò)程中可能發(fā)生的一切風(fēng)險(xiǎn)，但是，達(dá)不到人工智能的“智慧”標(biāo)準(zhǔn)，有時(shí)還造成自動(dòng)化生產(chǎn)的困難，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)定具體的目標(biāo)，數(shù)學(xué)模型會(huì)使設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)很多問(wèn)題，靠設(shè)備自身根本無(wú)法完善和調(diào)整，智能化控制技術(shù)的顯著特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的人工智能，具有人腦的運(yùn)行運(yùn)作機(jī)制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了數(shù)學(xué)模型的功能和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)對(duì)控制行為、技術(shù)和措施進(jìn)行隨機(jī)的優(yōu)化和調(diào)整，能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行具體的分析，與時(shí)俱進(jìn)，有很好的自我修復(fù)和完善功能;另外，智能化技術(shù)還能夠通過(guò)提升系統(tǒng)設(shè)備的規(guī)范性與合理性不斷適應(yīng)工況的隨機(jī)轉(zhuǎn)變，從而不斷提升工作效率。智能控制技術(shù)雖然處于起始探索階段，但是普及應(yīng)用非常廣泛，在生產(chǎn)中的貢獻(xiàn)和積極作用也相當(dāng)明顯，積極地開(kāi)展對(duì)智能控制技術(shù)的研究，對(duì)機(jī)電一體化生產(chǎn)的技術(shù)革新具有促進(jìn)作用。

4系統(tǒng)頭文件

就現(xiàn)階段的發(fā)展來(lái)看，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)的使用率已經(jīng)相當(dāng)高了，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)化，這主要是因?yàn)槠涫且环N中央處理的網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)，結(jié)合了檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化控制，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，工作人員不必再像從前一樣用手操作，工作環(huán)境較從前要安全許多，工作效率也得到了顯著提高。在單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，運(yùn)用系統(tǒng)頭文件能夠在很大程度上提高電氣設(shè)備的性能，系統(tǒng)頭文件幾乎貫穿于每個(gè)系統(tǒng)端口與功能寄存器的物理地址中，為了將單片機(jī)的作用發(fā)揮到最大，工作人員會(huì)精準(zhǔn)設(shè)置單片機(jī)。通常情況下，96系列的單片機(jī)有很多型號(hào)，每種型號(hào)的功能和芯片皆有不同。另外，單片機(jī)的型號(hào)也各有不同，各種型號(hào)的功能也不一樣，需要根據(jù)具體的需求，來(lái)確定所涵蓋的型號(hào)頭文件，因此，在需要轉(zhuǎn)移程序時(shí)，只需變換頭文件，減少了工作量，提高工作效率。

5低能耗、高性能電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

1.具有模塊化特點(diǎn)的自適應(yīng)無(wú)源軟開(kāi)關(guān)逆變裝置，該裝置主要考慮電力轉(zhuǎn)換過(guò)程引起的開(kāi)關(guān)損耗而進(jìn)行的發(fā)明與創(chuàng)新，該裝置主要包含高頻三相無(wú)源軟開(kāi)關(guān)逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及軟開(kāi)關(guān)工作模式，而且極諧振結(jié)構(gòu)無(wú)源軟開(kāi)關(guān)逆變裝置的工作原理是經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)諧振網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)流量流動(dòng)進(jìn)行控制，使得開(kāi)關(guān)達(dá)到零電流接通與斷開(kāi)的效果，從而降低了能量流動(dòng)過(guò)程中的開(kāi)關(guān)能耗。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)解決了軟開(kāi)關(guān)應(yīng)用于大功率三相逆變器的難題。2.電能傳輸過(guò)程的損耗是電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)中較為嚴(yán)重的能耗問(wèn)題，針對(duì)此問(wèn)題，基于零序環(huán)流抑制的正負(fù)序電流及電壓功率整體化控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該項(xiàng)技術(shù)配備并聯(lián)PWM整理裝置，降低了在不平衡供電網(wǎng)絡(luò)情況下無(wú)功優(yōu)化和諧波補(bǔ)償產(chǎn)生的損耗，將電能傳輸中的損耗降為最低。3.電機(jī)運(yùn)行過(guò)程的能量損耗問(wèn)題也不容忽視，目前常選用傳動(dòng)系統(tǒng)能量調(diào)節(jié)方法，采納具有負(fù)載適應(yīng)能力的電機(jī)能量?jī)?yōu)化控制技術(shù)，該技術(shù)可以有效防止電機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)能量無(wú)效損耗問(wèn)題，保證電機(jī)的高效可靠運(yùn)行。4.基于以上三個(gè)過(guò)程中的能耗控制技術(shù)及裝備，考慮電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)整體能量流動(dòng)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)能量全局相似動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)不僅可以滿足系統(tǒng)能量流動(dòng)的安全可靠管理，而且可以有效降低每個(gè)流量傳輸環(huán)節(jié)的能耗。以上研究裝置及各部分模塊分別具有單獨(dú)的故能和通用接口，因此該技術(shù)的應(yīng)用靈活性較強(qiáng)，可依據(jù)不同的實(shí)際要求構(gòu)建合適的控制系統(tǒng)。同時(shí)該項(xiàng)新技術(shù)可以與傳統(tǒng)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行良好配合連接，當(dāng)采用該技術(shù)中的模塊與裝置時(shí)，那么就實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的改良和革新。例如在衛(wèi)星燃?xì)廨啓C(jī)電變換及電梯電氣傳動(dòng)等控制系統(tǒng)中，該項(xiàng)節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成功降低了整體系統(tǒng)能耗，為電機(jī)運(yùn)行的節(jié)能和能源系統(tǒng)的優(yōu)化提供了指導(dǎo)和參考，也為電能和機(jī)械能提供了較為高效的轉(zhuǎn)換平臺(tái)。該研究技術(shù)所構(gòu)建的電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)適合應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（尤其是大型及高耗能的產(chǎn)業(yè)）的升級(jí)，有助于推動(dòng)電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的科技提升，對(duì)提高東北老工業(yè)基地裝備制造水平、加強(qiáng)高能耗行業(yè)的能源節(jié)約和能耗降低具有重要的意義。

6低噪聲布線技術(shù)的發(fā)展

由于時(shí)代在進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)在發(fā)展，傳統(tǒng)的單片機(jī)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需求。但是先進(jìn)單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用中，電源噪聲仍然會(huì)通過(guò)技術(shù)芯片干擾內(nèi)部電路的正常運(yùn)行，基于此，想要改變此種現(xiàn)象，需要根據(jù)具體情況對(duì)低噪聲布線技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如，將電源的放置在相鄰的引腳上，以此來(lái)降低技術(shù)芯片的電流量，從而降低整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的噪音。

結(jié)語(yǔ)

電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)是目前國(guó)家能源戰(zhàn)略發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，為了降低高耗能產(chǎn)業(yè)中的能源消耗，眾多高校及企業(yè)從調(diào)速方式、傳動(dòng)技術(shù)及新裝置的開(kāi)發(fā)等方面進(jìn)行開(kāi)展研究，不同的調(diào)速系統(tǒng)及傳動(dòng)技術(shù)的能耗率存在差異性，因此應(yīng)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行匹配調(diào)速系統(tǒng)。低能耗、高性能電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)為電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展起到良好的促進(jìn)作用，應(yīng)該對(duì)該技術(shù)加大推廣力度。

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（作者單位：1、寶雞市水利工程建設(shè)與管理處;2、寶雞市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院）