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永磁傳動(dòng)技術(shù)論文范文第1篇

關(guān)鍵詞：電動(dòng)物流汽車；電機(jī)；現(xiàn)狀與趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：F253.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： With the development of China's express delivery business blowout， a rapid growth in the number of logistics vehicles. In the context of energy constraints， environmental pollution， our government put the development of electric vehicles as a logistics solution to energy and environmental problems and realize the sustainable development of one of the major initiatives， the auto production enterprises will also electric car logistics as an important strategic direction grab the commanding heights of the auto industry in the future， the key components of the motor for electric vehicle logistics is currently using more ac asynchronous motor， permanent magnet synchronous motor and switched reluctance motor， the motor has advantages and disadvantages of each. From the angle of technological development， permanent magnetic motor will be a development trend. At the same time， from the point of automotive electrical installation convenience， etc， will be electric logistics hub motor car driving mode of the ideal.

Key words： electric automobile logistics； the motor； current situation and trend

動(dòng)物流汽車是新能源汽車中發(fā)展較快的一個(gè)類型。新能源汽車用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)要滿足頻繁啟/停、加減速，爬坡或低速時(shí)能提供較大轉(zhuǎn)矩，在高速行駛時(shí)提供小轉(zhuǎn)矩高轉(zhuǎn)速，而且變速范圍要寬。由于新能源汽車車載能源為動(dòng)力電池，容量有限，為獲得最大的行駛里程，大多數(shù)車輛都采用了能量回饋技術(shù)，即在汽車制動(dòng)時(shí)，通過控制器將車輪損耗的動(dòng)能反饋到電池中，并使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)出的電輸送到電池中[1]。因此，電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)機(jī)不能單純的稱為電動(dòng)機(jī)，而應(yīng)稱為電機(jī)。

科技部要求新能源汽車技術(shù)研發(fā)將重點(diǎn)圍繞電機(jī)驅(qū)動(dòng)與電力電子、動(dòng)力電池與電池管理等6個(gè)技術(shù)方向展開。考核指標(biāo)為電機(jī)控制器峰值功率密度≥17kW/L，最高效率≥98.5%，匹配電機(jī)額定功率20kW至60kW，功能安全滿足ISO26262標(biāo)準(zhǔn)ASCIL C級(jí)的要求，設(shè)計(jì)壽命達(dá)到15年或40萬公里；裝車應(yīng)用≥10 000套[2]。

1 電動(dòng)物流汽車對(duì)電機(jī)的要求

與工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械、家用電器等的電機(jī)相比，電動(dòng)物流汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作比較特殊：

（1）電機(jī)工況復(fù)雜：電動(dòng)汽車經(jīng)常啟停、加減速、上下坡等，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和功率變化頻繁。

（2）電機(jī)在沖擊、振動(dòng)的環(huán)境下工作：電動(dòng)汽車的顛簸和振動(dòng)都會(huì)傳遞給電機(jī)，此外，電機(jī)還要承受汽車在緊急制動(dòng)、急轉(zhuǎn)彎、急加速時(shí)的慣性力。

（3）車載電源能量有限：電動(dòng)汽車的電源能源是有限的，當(dāng)能量用盡時(shí)，需要停止運(yùn)行，進(jìn)行充電或添加燃料來恢復(fù)其消耗的能量。

（4）電機(jī)本身也是負(fù)載：電機(jī)及其控制器本身的質(zhì)量也是車輛質(zhì)量的一部分。

與工業(yè)用電機(jī)相比，針對(duì)電動(dòng)物流汽車的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)所設(shè)計(jì)的電機(jī)有著特殊的性能要求：

（1）電動(dòng)物流汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)要滿足頻繁的啟停、加減速、轉(zhuǎn)矩控制的動(dòng)態(tài)性能要求較高，電機(jī)要有自動(dòng)調(diào)速功能，能減輕使用者的操作強(qiáng)度，提高駕駛的舒適性，并且控制響應(yīng)能達(dá)到與燃油車油門踏板同樣的要求。

（2）在允許范圍內(nèi)盡量采用高電壓，可減小電機(jī)和逆變器及其它裝備的尺寸。

（3）為了減少整車的重量，通常取消多級(jí)變速器，這就要求在低速或爬坡時(shí)，電機(jī)可以提供較高的轉(zhuǎn)矩，通常來說要能夠承受4～5倍的過載。

（4）調(diào)速范圍要寬，還需要在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)保持較高的運(yùn)行效率。

（5）電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)盡量設(shè)計(jì)為高額定轉(zhuǎn)速，同時(shí)盡量采用鋁合金外殼，各種控制器裝備的質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)的質(zhì)量等也要求盡可能小，有利于減少電動(dòng)汽車的重量。

（6）電動(dòng)汽車應(yīng)具有最優(yōu)化的能量利用，具有制動(dòng)能量回收功能，再生制動(dòng)回收的能量一般要達(dá)到總能量的10%～20%。

（7）電機(jī)工作環(huán)境較差，要求電機(jī)要有很好的可靠性、耐高低溫和耐潮性好、噪聲低運(yùn)行，同時(shí)還要保證電機(jī)的制造成本低。

（8）為保證安全，需要安裝高壓保護(hù)設(shè)備。

（9）結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單以便于維修，價(jià)格還要低廉。

2 電動(dòng)物流汽車常用電機(jī)類型

直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)是電動(dòng)物流汽車常用的動(dòng)電機(jī)。直流電機(jī)應(yīng)用最早，這種電機(jī)的特點(diǎn)是控制性能好、成本低，但其重量過大、效率低、電刷和滑環(huán)的存在增加維護(hù)成本，尤其是電刷的磨損會(huì)帶來安全隱患。

電動(dòng)物流汽車對(duì)車用電機(jī)的要求不斷提出新的要求，隨著電控、機(jī)械制造和材料等技術(shù)的進(jìn)步，交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)的性能將更為優(yōu)越，是目前應(yīng)用較為廣泛的電動(dòng)物流汽車用電機(jī)。電動(dòng)物流汽車常用電機(jī)的性能和優(yōu)缺點(diǎn)比較及應(yīng)用車型如表1、表2所示。

3 電動(dòng)物流汽車用電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 永磁同步電機(jī)

由于永磁同步電機(jī)效率高、轉(zhuǎn)矩密度高、高效區(qū)寬、調(diào)速范圍寬、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，電機(jī)永磁化是未來電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)之一[4]。

3.2 輪轂電機(jī)

輪轂電機(jī)技術(shù)又稱為車輪內(nèi)裝式電機(jī)技術(shù)，是一種將電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)融為一體的輪轂裝置技術(shù)。輪轂電機(jī)可采用永磁無刷、直流無刷、開關(guān)磁阻等電機(jī)類型。由于電機(jī)處于車輪輪轂內(nèi)，受體積限制，要求電機(jī)為扁形結(jié)構(gòu)，即電機(jī)短而粗。

輪轂電機(jī)具有：更方便的底盤布置，更靈活的供電系統(tǒng)，更好的汽車底盤主動(dòng)控制性能，最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)力分配等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。

由于采用了電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的形式，沒有了機(jī)械傳動(dòng)系，使車廂的空間更大，底盤布置更靈活，底盤通用性增強(qiáng)。同時(shí)，汽車的電源供電系統(tǒng)無論是采用燃料電池、超級(jí)電容或者蓄電池，或者是它們的組合，都不受限制，原來的機(jī)械硬連接動(dòng)力傳動(dòng)形式也變?yōu)殡娎|進(jìn)行供電的軟連接形式。

輪轂電機(jī)的控制響應(yīng)快、精度高，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪由各自的控制器控制，可以實(shí)現(xiàn)最理想的控制效果。輪轂電機(jī)也有比如密封和起步電流/扭矩間的平衡關(guān)系，以及轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的差速問等題，但從電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)來看，輪轂電機(jī)將是電動(dòng)物流汽車最理想的驅(qū)動(dòng)方式。

4 結(jié)束語

2015年，我國(guó)快遞業(yè)務(wù)總量達(dá)到211億件，同比增長(zhǎng)54%，相比去年提高8%。隨著整個(gè)快遞業(yè)務(wù)量的爆發(fā)，物流車輛的增長(zhǎng)數(shù)量也得到了快速增長(zhǎng)。在能源制約、環(huán)境污染等大背景下，我國(guó)政府把發(fā)展電動(dòng)物流汽車作為解決能源及環(huán)境問題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大舉措之一，各汽車生產(chǎn)企業(yè)也將電動(dòng)物流汽車作為搶占未來汽車產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的重要戰(zhàn)略方向[5]。在政府與企業(yè)的共同努力下，我國(guó)電動(dòng)物流汽車近幾年展現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭。電機(jī)作為電動(dòng)物流汽車上的關(guān)鍵零部件，其技術(shù)、產(chǎn)品品質(zhì)等還要提升，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還不完善，整個(gè)行業(yè)還處于起步階段，關(guān)鍵技術(shù)方面還落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。因此，加快新一代電機(jī)等技術(shù)研發(fā)，已成為我國(guó)“十三五”規(guī)劃的重點(diǎn)突破方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李登辰. 輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車高速齒輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 青島：青島科技大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2014.

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永磁傳動(dòng)技術(shù)論文范文第2篇

論文摘要：交流電動(dòng)機(jī)固有的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，堅(jiān)固耐用，事故率低，容易維護(hù)；但它的最大缺點(diǎn)在于調(diào)速困難，簡(jiǎn)單調(diào)速方案的性能指標(biāo)不佳，這只能夠依靠交流調(diào)速理論的突破和調(diào)速裝置的完善來解決。本文論述了交流調(diào)速傳動(dòng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

交流傳動(dòng)系統(tǒng)之所以發(fā)展得如此迅速，和一些關(guān)鍵性技術(shù)的突破性進(jìn)展有關(guān)。它們是功率半導(dǎo)體器件（包括半控型和全控型）的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力變換技術(shù)、交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)。為了進(jìn)一步提高交流傳動(dòng)系統(tǒng)的性能，國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究工作正圍繞以下幾個(gè)方面展開：

1 采用新型功率半導(dǎo)體器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件的不斷進(jìn)步，尤其是新型可關(guān)斷器件，如BJT（雙極型晶體管）、MOSFET（金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實(shí)用化，使得開關(guān)高頻化的PWM技術(shù)成為可能。目前功率半導(dǎo)體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能化方向發(fā)展。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交-直-交變頻器、電流型交-直-交變頻器和交-交變頻器三種。電流型交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作儲(chǔ)能元件，無功功率將由大電感來緩沖，它的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)時(shí)，只需改變網(wǎng)側(cè)可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側(cè)的再生電能方便地回饋到交流電網(wǎng)，構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行能力，可用于頻繁加減速等對(duì)動(dòng)態(tài)性能有要求的單機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合，在大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中也有應(yīng)用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電容作儲(chǔ)能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對(duì)于負(fù)載電動(dòng)機(jī)而言，電壓型變頻器相當(dāng)于一個(gè)交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。電壓型PWM變頻器在中小功率電力傳動(dòng)系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。但電壓型變頻器的缺點(diǎn)在于電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)時(shí)，回饋到直流側(cè)的再生電能難以回饋給交流電網(wǎng)，要實(shí)現(xiàn)這部分能量的回饋，網(wǎng)側(cè)不能采用不可控的二極管整流器或一般的可控整流器，必須采用可逆變流器，如采用兩套可控整流器反并聯(lián)、采用PWM 控制方式的自換相變流器（“斬控式整流器”或 “PWM整流器”）。網(wǎng)側(cè)變流器采用PWM控制的變頻器稱為“雙PWM控制變頻器”，這種再生能量回饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流（網(wǎng)側(cè)電流）波形基本為正弦，功率因數(shù)保持為1并且能量可以雙向流動(dòng)的特點(diǎn)，代表一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，但成本問題限制了它的發(fā)展速度。通常的交-交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，只能用于低速（低頻）大容量調(diào)速傳動(dòng)。為此，矩陣式交-交變頻器應(yīng)運(yùn)而生。矩陣式交-交變頻器功率密度大，而且沒中間直流環(huán)節(jié)，省去了笨重而昂貴的儲(chǔ)能元件，為實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)為1、輸入電流為正弦和四象限運(yùn)行開辟了新的途徑。

隨著電壓型PWM變頻器在高性能的交流傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用日趨廣泛，PWM技術(shù)的研究越來越深入。PWM利用功率半導(dǎo)體器件的高頻開通和關(guān)斷，把直流電壓變成按一定寬度規(guī)律變化的電壓脈沖序列，以實(shí)現(xiàn)變頻、變壓并有效地控制和消除諧波。PWM技術(shù)可分為三大類：正弦PWM、優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。正弦PWM包括以電壓、電流和磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案。正弦PWM一般隨著功率器件開關(guān)頻率的提高會(huì)得到很好的性能，因此在中小功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛采用。但對(duì)于大容量的電力變換裝置來說，太高的開關(guān)頻率會(huì)導(dǎo)致大的開關(guān)損耗，而且大功率器件如GTO的開關(guān)頻率目前還不能做得很高，在這種情況下，優(yōu)化PWM技術(shù)正好符合裝置的需要。特定諧波消除法（Selected Harmonic Elimination PWM——SHE PWM）、效率最優(yōu)PWM和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小PWM都屬于優(yōu)化PWM技術(shù)的范疇。普通PWM變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功率器件開關(guān)頻率相關(guān)的諧波成分，諧波電流引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用在電動(dòng)機(jī)上，會(huì)使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出電磁噪聲，其強(qiáng)度和頻率范圍取決于脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小和交變頻率。如果電磁噪聲處于人耳的敏感頻率范圍，將會(huì)使人的聽覺受到損害。一些幅度較大的中頻諧波電流還容易引起電動(dòng)機(jī)的機(jī)械共振，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。為了解決以上問題，一種方法是提高功率器件的開關(guān)頻率，但這種方法會(huì)使得開關(guān)損耗增加；另一種方法就是隨機(jī)地改變功率器件的導(dǎo)通位置和開關(guān)頻率，使變頻器輸出電壓的諧波成分均勻地分布在較寬的頻帶范圍內(nèi)，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達(dá)到抑制電磁噪聲和機(jī)械共振的目的，這就是隨機(jī)PWM 技術(shù)。 轉(zhuǎn)貼于

2應(yīng)用矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論

交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的交流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變的被控對(duì)象，VVVF控制是從電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)方程出發(fā)研究其控制特性，動(dòng)態(tài)控制效果很不理想。20世紀(jì)70年代初提出用矢量變換的方法來研究交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)控制過程，不但要控制各變量的幅值，同時(shí)還要控制其相位，以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦，促使了高性能交流傳動(dòng)系統(tǒng)逐步走向?qū)嵱没Ｄ壳案邉?dòng)態(tài)性能的矢量控制變頻器已經(jīng)成功地應(yīng)用在軋機(jī)主傳動(dòng)、電力機(jī)車牽引系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床中。此外，為了解決系統(tǒng)復(fù)雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接轉(zhuǎn)矩控制、電壓定向控制等。尤其隨著微處理器控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論中的各種控制方法也得到應(yīng)用，如二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制和雙位模擬調(diào)節(jié)器控制可提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，滑模（Sliding mode）變結(jié)構(gòu)控制可增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，狀態(tài)觀測(cè)器和卡爾曼濾波器可以獲得無法實(shí)測(cè)的狀態(tài)信息，自適應(yīng)控制則能全面地提高系統(tǒng)的性能。另外，智能控制技術(shù)如模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等也開始應(yīng)用于交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，以提高控制的精度和魯棒性。

3廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式控制處理芯片的運(yùn)算能力和可靠性得到很大提高，這使得全數(shù)字化控制系統(tǒng)取代以前的模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。目前適于交流傳動(dòng)系統(tǒng)的微處理器有單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor--DSP）、專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit--ASIC）等。其中，高性能的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形式采用超高速緩沖儲(chǔ)存器、多總線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu)等。核心控制算法的實(shí)時(shí)完成、功率器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生以及系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)功能都可以通過微處理器實(shí)現(xiàn)，為交流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制提供很大的靈活性，且控制器的硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成本低，使得微處理器組成全數(shù)字化控制系統(tǒng)達(dá)到了較高的性能價(jià)格比。

永磁傳動(dòng)技術(shù)論文范文第3篇

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車床；維護(hù)保養(yǎng)

1.數(shù)控車床維護(hù)保養(yǎng)工作的基本條件

數(shù)控車床的身價(jià)從幾十萬元到上千萬元，一般都是企業(yè)中關(guān)鍵產(chǎn)品、關(guān)鍵工序的關(guān)鍵設(shè)備，一旦故障停機(jī)，其影響和損失往往很大。但是，人們對(duì)這樣的設(shè)備往往更多地是看重其效能，而不僅對(duì)合理地使用不夠重視，更對(duì)其保養(yǎng)及維修工作關(guān)注太少，日常忽視對(duì)保養(yǎng)與維修工作條件的創(chuàng)造和投入，故障出現(xiàn)臨時(shí)抱佛腳的現(xiàn)象很是普遍。因此，為了充分發(fā)揮數(shù)控車床的效益，我們一定要重視日常維護(hù)工作，創(chuàng)造出良好的維修條件。

1.1人員條件

數(shù)控車床電氣維修工作的快速性、優(yōu)質(zhì)性關(guān)鍵取決于電氣維修人員的素質(zhì)條件。

首先要有高度的責(zé)任心和良好的職業(yè)道德；知識(shí)面要廣，要學(xué)習(xí)并基本掌握有關(guān)數(shù)控車床的各學(xué)科知識(shí)，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、模擬與數(shù)字電路技術(shù)、自動(dòng)控制與拖動(dòng)理論、控制技術(shù)、加工工藝以及機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)，當(dāng)然還包括基本數(shù)控知識(shí)；應(yīng)經(jīng)過良好的技術(shù)培訓(xùn)，數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，尤其是針對(duì)具體數(shù)控車床的技術(shù)培訓(xùn)，首先是參加相關(guān)的培訓(xùn)班和車床安裝現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際培訓(xùn)，然后向有經(jīng)驗(yàn)的操作、維修人員學(xué)習(xí)，而更重要且更長(zhǎng)時(shí)間的是自學(xué)；勇于實(shí)踐，要積極投入數(shù)控車床的維修與操作的工作中去，在不斷的實(shí)踐中提高分析能力和動(dòng)手能力；掌握科學(xué)的方法，要做好維修工作光有熱情是不夠的，還必須在長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中總結(jié)提高，從中提煉出分析問題、解決問題的科學(xué)的方法；學(xué)習(xí)并掌握各種電氣維修中常用的儀器、儀表和工具。

1.2物質(zhì)條件

準(zhǔn)備好通用的和專用的數(shù)控車床電氣備件；常備電器元件應(yīng)做到采購渠道快速暢通；必要的維修工具、儀器儀表等，最好配有筆記本電腦并裝有必要的維修軟件；要有完整的數(shù)控車床技術(shù)圖樣和資料；數(shù)控車床使用、維修技術(shù)資料檔案。

1.3關(guān)于預(yù)防性維護(hù)

預(yù)防性維護(hù)的目的是為了降低故障率，其工作內(nèi)容主要包括下列幾方面的工作：

要分配專門的操作人員、工藝人員和維修人員，所有人員都要不斷地努力提高自己的業(yè)務(wù)技術(shù)水平；建檔針對(duì)每臺(tái)車床的具體性能和加工對(duì)象制定操作規(guī)章，建立工作與維修檔案，要經(jīng)常檢查、總結(jié)、改進(jìn)；建立日常維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，保養(yǎng)內(nèi)容包括坐標(biāo)軸傳動(dòng)系統(tǒng)的、磨損情況，主軸等，油、水、氣路，各項(xiàng)溫度控制，平衡系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，傳動(dòng)帶的松緊，繼電器、接觸器觸頭清潔，各插頭、接線端是否松動(dòng)，電氣柜通風(fēng)狀況等等，及各功能部件和元件的保養(yǎng)周期。

2.數(shù)控車床維護(hù)保養(yǎng)工作內(nèi)容

數(shù)控車床具有集機(jī)、電、液為一體的自動(dòng)化機(jī)床，經(jīng)各部分的執(zhí)行功能最后共同完成機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、夾緊、松開、變速和換刀等各種動(dòng)作，可見做好數(shù)控車床的日常維護(hù)保養(yǎng)將直接影響機(jī)床性能。數(shù)控車床日常維護(hù)主要包括機(jī)床本體、主軸部件、滾珠絲杠螺母副、導(dǎo)軌副、電氣控制系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等維護(hù)。

2.1外觀保養(yǎng)

每天做好機(jī)床清掃衛(wèi)生，清掃鐵屑，擦干凈導(dǎo)軌部位的冷卻液。下班時(shí)所有的加工面抹上機(jī)油，防止生銹；每天注意檢查導(dǎo)軌、機(jī)床防護(hù)罩是否齊全有效；每天檢查機(jī)床內(nèi)外有無磕、碰、拉傷現(xiàn)象；定期清除各部件切屑、油垢，做到無死角，保持內(nèi)外清潔，無銹蝕。

2.2主軸的維護(hù)

在數(shù)控車床中，主軸是最關(guān)鍵的部件，對(duì)機(jī)床的加工精度起著決定性作用。它的回轉(zhuǎn)精度影響到工件的加工精度，功率大小和回轉(zhuǎn)速度影響到加工效率。主軸部件機(jī)械結(jié)構(gòu)的維護(hù)主要包括主軸支撐、傳動(dòng)、等。

定期檢查主軸支撐軸承：軸承預(yù)緊力不夠，或預(yù)緊螺釘松動(dòng)，游隙過大，會(huì)使主軸產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整；軸承拉毛或損壞應(yīng)及時(shí)更換；定期檢查主軸恒溫油箱，及時(shí)清洗過濾器，更換油等，保證主軸有良好的；定期檢查齒輪，若有嚴(yán)重?fù)p壞，或齒輪嚙合間隙過大，應(yīng)及時(shí)更換齒輪和調(diào)整嚙合間隙；定期檢查主軸驅(qū)動(dòng)皮帶，應(yīng)及時(shí)調(diào)整皮帶松緊程度或更換皮帶。

2.3滾珠絲杠螺母副的維護(hù)

滾珠絲杠傳動(dòng)由于其有傳動(dòng)效率高、精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)以及可預(yù)緊消隙等優(yōu)點(diǎn)，因此在數(shù)控車床使用廣泛。其日常維護(hù)保養(yǎng)包括以下幾個(gè)方面：

定期檢查滾珠絲杠螺母副的軸向間隙：一般情況下可以用控制系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償來消除間隙；當(dāng)間隙過大，可以通過調(diào)整滾珠絲杠螺母副來保證，數(shù)控車床滾珠絲杠螺母副多數(shù)采用雙螺母結(jié)構(gòu)，可以通過雙螺母預(yù)緊消除間隙；定期檢查絲杠防護(hù)罩：以防止塵埃和磨粒黏結(jié)在絲杠表面，影響絲杠使用壽命和精度，發(fā)現(xiàn)絲杠防護(hù)罩破損應(yīng)及時(shí)維修和更換；定期檢查滾珠絲杠螺母副的：滾珠絲杠螺母副劑可以分為脂和油兩種。脂每半年更換一次，清洗絲杠上的舊脂，涂上新的脂；用油的滾軸絲杠螺母副，可在每次機(jī)床工作前加油一次。

2.4導(dǎo)軌副的維護(hù)

導(dǎo)軌副是數(shù)控車床的重要的執(zhí)行部件，常見的有滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌副的維護(hù)一般是不定期，主要內(nèi)容包括：

檢查各軸導(dǎo)軌上鑲條、壓緊滾輪，保證導(dǎo)軌面之間有合理間隙。根據(jù)機(jī)床說明書調(diào)整松緊狀態(tài)，間隙調(diào)整方法有壓板間隙調(diào)整間隙、鑲條調(diào)整間隙和壓板鑲條調(diào)整間隙等；注意導(dǎo)軌副的：導(dǎo)軌面上進(jìn)行后，可以降低摩擦，減少磨損，并且可以防止導(dǎo)軌生銹。根據(jù)導(dǎo)軌狀況及時(shí)調(diào)整導(dǎo)軌油量，保證油壓力，保證導(dǎo)軌良好；經(jīng)常檢查導(dǎo)軌防護(hù)罩：以防止切屑、磨粒或冷卻液散落在導(dǎo)軌面上引起的磨損、擦傷和銹蝕。發(fā)現(xiàn)防護(hù)罩破損應(yīng)及時(shí)維修和更換。

2.5電氣控制系統(tǒng)的日常維護(hù)

數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)是機(jī)床的關(guān)鍵部分，主要包括伺服與檢測(cè)裝置、PLC、電源和電氣部件等，其日常維護(hù)包括以下幾個(gè)方面：

（1）定期檢查電氣部件，檢查各插頭、插座、電纜、各繼電器觸點(diǎn)是否出現(xiàn)接觸不良，短路故障；檢查各印制電路板是否干凈；檢查主電源變壓器、各電機(jī)絕緣電路是否在1MΩ以上。平時(shí)盡量少開電氣柜門，保持電氣柜內(nèi)清潔。

（2）伺服電動(dòng)機(jī)的維護(hù)。

應(yīng)用于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)多采用交流永磁同步電動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)是磁極是轉(zhuǎn)子，定子的電樞繞組與三相交流電樞繞組一樣，但它有三相逆變器供電，通過轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)其產(chǎn)生的信號(hào)去控制定子繞組的開關(guān)器件，使其有序輪流導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)換流作用，從而使轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器與轉(zhuǎn)子同軸安裝，用于轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)，檢測(cè)裝置一般為霍爾開關(guān)或具有相位檢測(cè)的光電脈沖編碼器。

【參考文獻(xiàn)】

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永磁傳動(dòng)技術(shù)論文范文第4篇

摘要：為提高伺服系統(tǒng)中無刷直流電機(jī)的控制效果，設(shè)計(jì)了以DSP為核心的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)方案。本控制系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于利用數(shù)字信號(hào)處理器的高速實(shí)時(shí)運(yùn)算處理功能，易于實(shí)現(xiàn)各種高效的控制算法，很好地解決了伺服系統(tǒng)中PWM信號(hào)的生成、電動(dòng)機(jī)速度反饋和電流反饋等問題。并結(jié)合模糊控制算法進(jìn)行了仿真研究，達(dá)到無刷直流電機(jī)的高精度伺服控制的目的。

關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)；DSP；PWM控制；Simulink仿真

在伺服傳動(dòng)系統(tǒng)中，無刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDCM)是一種新型的無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、維護(hù)方便、運(yùn)行效率高及慣量小和控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于伺服控制精密數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等領(lǐng)域[1]。隨著BLDCM應(yīng)用領(lǐng)域的推廣，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能、魯棒性、控制精度等要求越來越高。

本文以三相四極無刷直流電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，結(jié)合PID控制和模糊控制各自的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了一套基于TI 公司的C2000系列TMS320F2812 DSP為核心的全數(shù)字永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，以期滿足BLDCM伺服控制系統(tǒng)的高精度、快速性、穩(wěn)定性和魯棒性的要求。

1總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三相四極無刷直流電動(dòng)機(jī)PWM控制方案，逆變橋的通電方式采用兩兩導(dǎo)通方式。該系統(tǒng)主要由三相四極無刷直流電動(dòng)機(jī)、控制器、電子開關(guān)電路和位置檢測(cè)器四部分組成[2]。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

功率驅(qū)動(dòng)方式采用三相Y型全橋驅(qū)動(dòng)電路，如圖2所示。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就是通過位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)三閉環(huán)結(jié)構(gòu)最終實(shí)現(xiàn)位置的伺服控制。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，位置環(huán)在最外面，是本系統(tǒng)的主環(huán)，電流調(diào)節(jié)環(huán)和速度調(diào)節(jié)環(huán)在里面，兩者都是為位置環(huán)而服務(wù)，電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，位置調(diào)節(jié)器采用PID調(diào)節(jié)器，以TMS320F2812微控制器為控制核心，以功率MOSFET管構(gòu)成逆變器。通過改變逆變器開關(guān)器件的PWM占空比來改變電機(jī)電樞端電壓，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)[2-4]。

2硬件設(shè)計(jì)

圖3給出了基于TMS320F2812 DSP的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。

本系統(tǒng)主要由輔助電源、控制器及電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和系統(tǒng)保護(hù)電路等幾部分組成。無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理為：TMS320F2812控制器通過捕獲單元捕捉無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器HALL1、HALL2、HALL3高速脈沖信號(hào)，檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置發(fā)出相應(yīng)的指令改變PWM信號(hào)的當(dāng)前值，進(jìn)而改變直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(三相橋式逆變電路IGBT)中功率管的導(dǎo)通順序，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制。

下面重點(diǎn)介紹系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路、相電流檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、系統(tǒng)保護(hù)電路等。

2.1轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路

本設(shè)計(jì)方案中，位置檢測(cè)環(huán)節(jié)采用了3個(gè)位置間隔120°分布的霍爾傳感器，由霍爾器件所輸出的轉(zhuǎn)子位置脈沖信號(hào)送到功率變換電路后，經(jīng)處理后送入DSP的CAP單元，DSP通過讀取霍爾元件的狀態(tài)值，來確定轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置，再通過改變PWM的占空比改變MOSFET管的導(dǎo)通順序，改變 IGBT 的導(dǎo)通順序，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換相和電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)[5]。

霍爾位置傳感器輸出的信號(hào)先由阻容濾波電路處理，然后再經(jīng)過六路施密特觸發(fā)反相器SN74HC14N整形后送入DSP的CAP單元進(jìn)行處理計(jì)算。由于霍爾位置傳感器輸出為5V電平信號(hào)，為了與DSP的3.3V電平相匹配，需要進(jìn)行電平邏輯轉(zhuǎn)換，在此通過施密特觸發(fā)器輸出端串聯(lián)匹配電阻的方法來實(shí)現(xiàn)。三相霍爾位置檢測(cè)電路如圖4所示。

2.2相電流檢測(cè)電路

在對(duì)電路中電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于霍爾元件輸出的電流較小，故采用在直流側(cè)母線中串采樣小電阻的方法，先將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，然后再經(jīng)過放大隔離處理后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D。其中光耦隔離器件選擇的是6N137。電流檢測(cè)電路圖如圖5所示。

其中R22(0.05Ω/3W)為直流側(cè)母線端的采樣電阻，首先將電阻兩端的壓降信號(hào)經(jīng)過阻容濾波電路濾波，然后經(jīng)過運(yùn)算放大器放大，以滿足TMS320F2812中A/D轉(zhuǎn)換單元的采樣范圍(0～3V) 的要求。電路中采用了單路高精度雙極性運(yùn)算放大器OP07。圖中的二極管D6起穩(wěn)壓保護(hù)作用，確保AD0的輸入電壓在0～3V的范圍內(nèi)，另外，通過光藕合器6N137將干擾路徑切斷，減小噪聲的干擾。

2.3驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路采用IR公司生產(chǎn)的高性能三相橋式逆變器驅(qū)動(dòng)芯片IR2136，它只用一路驅(qū)動(dòng)電源便可同時(shí)輸出6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且IR2136擁有完善的保護(hù)功能，使整個(gè)電路更加簡(jiǎn)單可靠。

由于IR2136芯片本身沒有邏輯信號(hào)與功率信號(hào)之間相互隔離功能，因此本設(shè)計(jì)中DSP產(chǎn)生的6路PWM脈沖信號(hào)經(jīng)光耦隔離后才作為IR2136的6路脈沖輸入，進(jìn)而控制MOSFET管的導(dǎo)通和關(guān)斷。通過輸出端口HO1、HO2、HO3分別控制三相逆變橋電路的上橋臂T1、T3、T5的導(dǎo)通和關(guān)斷，通過輸出端口LO1、LO2、LO3分別控制三相逆變橋電路的下橋臂T4、T6、T2的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的正反轉(zhuǎn)。圖6為由IR2136構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路。

2.4系統(tǒng)保護(hù)電路

在無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，保護(hù)電路可以保護(hù)控制器DSP免受過壓、過流的影響，還可以保護(hù)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路免遭破環(huán)[6]。整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)電路由隔離電路和驅(qū)動(dòng)保護(hù)兩部分組成。

(1)隔離電路的設(shè)計(jì)

光耦隔離電路的作用是避免主回路中的強(qiáng)電信號(hào)對(duì)控制回路中的弱電信號(hào)造成干擾，實(shí)現(xiàn)不同電壓之間的信號(hào)傳輸。如圖7所示(以一路PWM信號(hào)為例)，該隔離電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP的6路PWM輸出信號(hào)與IR2136之間光耦隔離，并實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和電平轉(zhuǎn)換功能。

(2)功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路包括自保護(hù)電路和過電流過電壓保護(hù)電路。為保證系統(tǒng)中功率轉(zhuǎn)換電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路安全可靠工作，DSP還提供PDPINTA輸入信號(hào)，利用它可方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種保護(hù)功能[6]。各路故障信號(hào)經(jīng)過光耦隔離后送入到PDPINTA引腳，圖8給出具體保護(hù)電路。例如：當(dāng)有過壓或過流現(xiàn)象時(shí)，IR2136的引腳FAULT會(huì)輸出制動(dòng)信號(hào)，拉低PDPINTA引腳輸入電平，此時(shí)DSP 內(nèi)部定時(shí)器停止計(jì)數(shù)，所有的PWM輸出引腳全部置為高阻態(tài)，同時(shí)也產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，通知CPU有異常情況發(fā)生，這就是IR2136的硬件保護(hù)功能。

3系統(tǒng)與上位機(jī)的通訊

系統(tǒng)中用 SCI 接口完成與上位機(jī)的通訊功能，采用RS-232接口實(shí)現(xiàn)通信。通過上位機(jī)可以給定位置量，同時(shí)控制過程中電機(jī)的速度、電流、位置反饋量等參數(shù)，也可以實(shí)時(shí)地發(fā)送給上位機(jī)顯示；SPI接口完成串行驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示的功能。通過數(shù)字 I/O 擴(kuò)展的鍵盤設(shè)定位置給定量，并由數(shù)碼管顯示。

4系統(tǒng)仿真

本文對(duì)速度環(huán)采用增量式PID控制和參數(shù)自整定模糊PID控制兩種控制算法，利用北京雅合全公司生產(chǎn)的型號(hào)為45ZWN24-25的三相四極無刷直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。圖9、圖10分別對(duì)應(yīng)兩種算法在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線。

分析電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速啟動(dòng)曲線可知，兩種控制算法都有一定的超調(diào)。增量式PID控制算法電機(jī)啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間大約為2.8s，超調(diào)量為8.27%；而參數(shù)自整定模糊PID控制算法電機(jī)啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間大約為2.2s，超調(diào)量為4.58%，可見，采用參數(shù)自整定模糊PID控制算法之后，有效地降低了超調(diào)量，縮短了電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間，提高了電機(jī)的控制精度。

5結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了以TMS320F2812為核心的數(shù)字直流伺服系統(tǒng)，很好地解決了高精度伺服控制系統(tǒng)中PWM信號(hào)的生成、電機(jī)速度反饋及電機(jī)電流反饋問題，并實(shí)現(xiàn)了保護(hù)功能，使系統(tǒng)硬件得到了極大地簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的可靠性。并結(jié)合參數(shù)自整定模糊PID控制算法實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的高精度伺服控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

永磁傳動(dòng)技術(shù)論文范文第5篇

論文關(guān)鍵詞：電氣工程技術(shù)；電氣學(xué)科；發(fā)展史

一、電氣工程技術(shù)的發(fā)展史

電氣工程（Electrical Engineering）是現(xiàn)代科技領(lǐng)域核心學(xué)科之一，傳統(tǒng)的電氣工程定義為用于創(chuàng)造產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關(guān)學(xué)科的總和。21世紀(jì)的電氣工程概念已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這一范疇，如今電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關(guān)的工程行為。電氣工程的發(fā)展程度直接體現(xiàn)了國(guó)家的科技進(jìn)步水平，因此，電氣工程的教育和科研在發(fā)達(dá)國(guó)家大學(xué)中始終占據(jù)重要地位。

1.電磁學(xué)理論的建立及通訊技術(shù)的發(fā)展

大自然中的雷電使人類對(duì)電有了最早、最樸素的認(rèn)識(shí)，天然磁石吸鐵是人類對(duì)磁現(xiàn)象的最早觀察，然而，人類對(duì)電磁現(xiàn)象的研究始于16世紀(jì)的英國(guó)，1663年德國(guó)科學(xué)家蓋利克發(fā)明了摩擦起電的儀器，1729年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電荷可以通過金屬傳導(dǎo)等等，這是人類對(duì)電的早期實(shí)驗(yàn)，之后又出現(xiàn)了一系列具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明。

（1）庫侖定律。1785年法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鐾ㄟ^扭秤測(cè)量靜電力和磁力總結(jié)出：兩個(gè)電荷之間的作用力與它們間距離的平方成反比，與它們所帶電荷量的乘積成正比，這就是著名的庫侖定律。這一發(fā)現(xiàn)的歷史意義在于它標(biāo)志著人類對(duì)電磁現(xiàn)象的研究從定性階段進(jìn)入了定量階段。

（2）“伏打電池”。1799年意大利物理學(xué)家伏特經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)把任何潮濕物體放到兩個(gè)不同金屬之間都會(huì)產(chǎn)生電流，一年后伏特發(fā)明了世界上第一個(gè)電池，自此人類對(duì)電的研究由靜電擴(kuò)大到了動(dòng)電，開辟了電學(xué)研究的新領(lǐng)域。

（3）奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)和安培右手定則。1820年奧斯特偶然發(fā)現(xiàn)通電鉑絲周圍的小磁針發(fā)生輕微晃動(dòng)，之后他經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。其后安培進(jìn)行了更深入的研究，提出了右手定則，發(fā)現(xiàn)了電流方向與磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向之間的關(guān)系。安培還通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)通電導(dǎo)體和兩個(gè)通電線圈之間相互作用的規(guī)律，從而奠定了電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。

（4）法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)。英國(guó)科學(xué)家法拉第是第一個(gè)成功完成磁生電實(shí)驗(yàn)的人，并歸納出產(chǎn)生感應(yīng)電流的五種情況：一是變化著的電流；二是變化著的磁場(chǎng)；三是運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定電流；四是運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)；五是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電線。法拉第把這一現(xiàn)象叫做“電磁感應(yīng)”。電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使生產(chǎn)電成為可能，至今，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器都是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理工作的。

（5）麥克斯韋建立電磁場(chǎng)理論。英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家麥克斯韋總結(jié)了前人的一系列成果，用數(shù)學(xué)方程式表示電磁場(chǎng)，建立了完整的電磁理論體系，揭示了光、電、磁本質(zhì)上的統(tǒng)一，并預(yù)言了電磁波的存在。1873年他出版的電磁場(chǎng)理論經(jīng)典著作《電磁學(xué)通論》是里程碑式的自然科學(xué)理論巨著。

任何科學(xué)發(fā)明與發(fā)現(xiàn)都是許許多多的科學(xué)家不懈努力的成果，德國(guó)物理學(xué)家歐姆、高斯、赫茲，美國(guó)物理學(xué)家亨利，俄國(guó)物理學(xué)家楞次等等都為電磁理論的形成作出過貢獻(xiàn)，本文不在一一類舉。

電磁理論的建立為無線電通信揭示的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，19世紀(jì)通信技術(shù)取得了突破性成果，先后發(fā)明了有線電報(bào)、有線電話和無線通信。

2.電工技術(shù)的初期發(fā)展

人類社會(huì)發(fā)展歷程中經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，對(duì)人類的進(jìn)步起到了巨大的作用。第一次工業(yè)革命從18世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉，以瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)為標(biāo)志，以機(jī)械化為特征，中心在英國(guó)；第二次工業(yè)革命從19世紀(jì)后半期到20世紀(jì)中葉，以工業(yè)生產(chǎn)電氣化為主要標(biāo)志，其成果是電力、鋼鐵、化工“三大技術(shù)”與汽車、飛機(jī)和無線電通信“三大文明”，其中心在美國(guó)和德國(guó)；第三次工業(yè)革命從20世紀(jì)中葉到21世紀(jì)初，以社會(huì)生產(chǎn)、生活信息化為特點(diǎn)，又叫新技術(shù)革命。第二次工業(yè)革命就是從電工技術(shù)初創(chuàng)和應(yīng)用開始的。

（1）直流發(fā)電機(jī)的誕生。1831年英國(guó)企業(yè)家研制出了史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)——蒸汽動(dòng)力永磁發(fā)電機(jī)；1832年法國(guó)科學(xué)家匹克斯發(fā)明了世界上第一臺(tái)直流發(fā)動(dòng)機(jī)；1866年西門子發(fā)明了自激式勵(lì)磁直流發(fā)電機(jī)；1870年格拉姆發(fā)明了實(shí)用自激直流發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)可靠，電流穩(wěn)定，輸出功率大，被各國(guó)廣泛采用作為照明燈電源。

（2）遠(yuǎn)距離輸電和電力工業(yè)技術(shù)體系的初步建立。1875年法國(guó)巴黎火車站建成世界上最早的一座火力發(fā)電廠。愛迪生不僅發(fā)明了燈泡，他還在1882年建立了美國(guó)第一家直流發(fā)電廠，裝有6臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，通過電纜輸送照明用電，不過當(dāng)時(shí)的最大輸送距離只有1.6km。之后愛迪生還建立了一座水電站，形成了電力工業(yè)體系的雛形。

（3）交流發(fā)電機(jī)電荷電動(dòng)機(jī)的誕生。1876～1878年俄國(guó)人亞布洛切科夫成功試驗(yàn)了單相交流輸電技術(shù)。1885年，英國(guó)工程師菲爾安基設(shè)計(jì)的第一座交流單相發(fā)電站建成。同年，美國(guó)人威斯汀豪率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了交流發(fā)電、供電系統(tǒng)，并創(chuàng)建了交流配電網(wǎng)。1883年，美籍電氣工程師特斯拉發(fā)明了世界上第一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，5年后他又發(fā)明了兩相異步電動(dòng)機(jī)和交流電傳輸系統(tǒng)。1888年，俄國(guó)工程師德布羅夫斯基和德爾伏發(fā)明了三相交流制。1891年，德國(guó)安裝了世界上第一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī)，并建成了第一條三相交流輸電線路。自此，三相異步電動(dòng)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，電能逐步取代了蒸汽成為動(dòng)力源，電力工業(yè)得到了迅速發(fā)展。

3.電工理論的建立

（1）電路理論的建立。關(guān)于電路的早期研究有：1778年伏特提出了電容的概念，給出了導(dǎo)體上儲(chǔ)存電荷的計(jì)算方法Q=CU；1826年歐姆發(fā)表了歐姆定律；1831年法拉第提出了電磁感應(yīng)定律；1832年亨利提出了磁通量計(jì)算公式。

1845年德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫提出了關(guān)于任意電路中電流、電壓關(guān)系的基本定律：電流定律（任意時(shí)刻電路中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的各條支路電流的代數(shù)和為零）；電壓定律（任何時(shí)刻電路中任意一個(gè)閉合回路的各元件電壓的代數(shù)和為零）。這兩個(gè)定律發(fā)展了歐姆定律，奠定了電路系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。

1853年英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜推導(dǎo)出了電路震蕩方程，并得出了萊頓瓶發(fā)電過程中電流在反復(fù)震蕩且不斷衰減的結(jié)論，并計(jì)算出震蕩頻率與R、L、C參數(shù)之間的關(guān)系，奠定了動(dòng)態(tài)電路分析的基礎(chǔ)。1855年，湯姆遜還建立了長(zhǎng)距離電纜的等效電路模型。

1893年美籍電氣學(xué)家施泰因梅茨提出了計(jì)算交流電路的方法——“相量法”，其實(shí)用、易懂，至今在分析正弦交流電路時(shí)依然沿用此法。

其間，赫爾姆霍茲提出的等效發(fā)電機(jī)原理、基爾霍夫建立的長(zhǎng)距離架空線路參數(shù)電路模型、亥維賽德找出的求解電路暫態(tài)過程運(yùn)算法、傅立葉用數(shù)學(xué)方法建立的熱傳導(dǎo)定律等等都對(duì)電工理論的豐富和完善起到了重要作用。

（2）電網(wǎng)絡(luò)理論的建立。通信技術(shù)的興起推動(dòng)了電網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展。1924年，福斯特給出了電感和電容二端網(wǎng)絡(luò)的電抗定理，建立了由給定頻率特性設(shè)計(jì)電路的電網(wǎng)絡(luò)理論。

1945年美國(guó)科學(xué)家伯德總結(jié)出了分析線性電路和控制系統(tǒng)的頻域分析方法。1953年梅森創(chuàng)建了采用信號(hào)流圖分析復(fù)雜回饋系統(tǒng)的方法，并被廣泛應(yīng)用。20世界50年代美國(guó)科學(xué)家達(dá)默制成了第一批集成電路，從此電路理論中增加了對(duì)含源器件的電路分析和綜合。20世紀(jì)70年代在L.O.Chua等科學(xué)家的努力下，器件建模理論逐漸日趨完善。20世紀(jì)中期計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使電網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)成為電路理論研究中的基本手段。

4.新技術(shù)革命對(duì)電氣工程技術(shù)的推動(dòng)

20世紀(jì)中葉開始的第三次技術(shù)革命又稱為新技術(shù)革命，以核能、宇航和電子計(jì)算機(jī)這三大技術(shù)為主要標(biāo)志。這個(gè)時(shí)期的主要理論是信息論、系統(tǒng)論和控制論，這三大理論的創(chuàng)立為通信工程技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究提供了全新的科學(xué)方法。

（1）計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代對(duì)電氣工程技術(shù)的推動(dòng)。自19世紀(jì)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問世以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)給人類社會(huì)帶來了翻天覆地的變化，人類社會(huì)從此走進(jìn)了信息時(shí)代。1952年出世的第一代計(jì)算機(jī)使用的是真空電子管，不僅體積巨大，而且耗電量驚人。1959年～1963年生產(chǎn)的第二代計(jì)算機(jī)用晶體管替代了真空電子管，大大提高了運(yùn)算速度，減少了耗電量，減小了體積，運(yùn)用在了軍事和科研領(lǐng)域。1964年～1970年生產(chǎn)的第三代計(jì)算機(jī)用集成電路替代了晶體管，不僅極大地提高了運(yùn)算速度而且降低了成本，計(jì)算機(jī)開始進(jìn)入到了普及階段。1971年至今生產(chǎn)的第四代計(jì)算機(jī)使用了超大規(guī)模集成電路，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，計(jì)算機(jī)普及到了個(gè)人。計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代推動(dòng)了控制技術(shù)的發(fā)展，形成了計(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）電子信息技術(shù)的發(fā)展。電子信息技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和電信技術(shù)相結(jié)合而形成的技術(shù)手段。20世紀(jì)通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，人類社會(huì)生活也由此發(fā)生了巨大變革，人類從此進(jìn)入信息時(shí)代。

1920年人們發(fā)現(xiàn)電離層對(duì)無線電短波有反射作用。1935年人們發(fā)現(xiàn)了雷達(dá)并廣泛應(yīng)用于軍事和民用通信領(lǐng)域。1964年美國(guó)發(fā)射了第一顆地球同步靜止軌道通信衛(wèi)星，突破了大氣層對(duì)無線電波的屏蔽，實(shí)現(xiàn)了宇宙范圍的無線電通信。20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立使人們開始通過互聯(lián)網(wǎng)獲取信息。20世紀(jì)80年代以后尋呼機(jī)和移動(dòng)電話逐步得到廣泛使用，現(xiàn)今信息服務(wù)業(yè)已成為世界上發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。

電氣工程技術(shù)發(fā)展史再次印證了這樣兩個(gè)真理：一是任何理論的創(chuàng)立和技術(shù)的進(jìn)步都要靠眾多科學(xué)家甚至一代代人的不懈努力而實(shí)現(xiàn)，特別是在學(xué)科相互融合交叉的今天。二是科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展和人類社會(huì)的巨大進(jìn)步，科技是第一生產(chǎn)力，創(chuàng)新是社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)力。

二、電氣學(xué)科的形成與發(fā)展

按我國(guó)高等教育學(xué)科劃分，電氣信息學(xué)科類屬工學(xué)門類（門類編號(hào)08），其下設(shè)五個(gè)一級(jí)學(xué)科：電氣工程（一級(jí)學(xué)科編號(hào)0808）、電子科學(xué)與技術(shù)（0809）、信息與通信工程（0810）、控制科學(xué)與工程（0811）和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（0812）。這五個(gè)學(xué)科有著相同的學(xué)科基礎(chǔ)，都是研究電磁現(xiàn)象及其應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科與技術(shù)工程的綜合，電能的突出優(yōu)點(diǎn)在于：它既是易于傳輸?shù)墓I(yè)動(dòng)力，又是非常可靠的信息載體。電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)都是從電類專業(yè)派生出來的弱電學(xué)科，在19世紀(jì)末電工科學(xué)技術(shù)已形成了電力與電信兩大分支。

我國(guó)電氣工程一級(jí)學(xué)科下設(shè)五個(gè)二級(jí)學(xué)科：電機(jī)與電器（二級(jí)學(xué)科編號(hào)080801）、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化（080802）、高電壓與絕緣技術(shù)（080803）、電力電子與電力傳動(dòng)（080804）、電工理論與新技術(shù)（080805），電氣工程包含的專業(yè)基礎(chǔ)理論有電路原理、模擬電子、數(shù)字電子、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、電磁理論、MATLAB仿真等。專業(yè)理論有電力系統(tǒng)及其暫態(tài)分析、電力電子、電機(jī)學(xué)、高電壓與絕緣、電力拖動(dòng)、輸配電、工廠企業(yè)供電、電力市場(chǎng)等。

19世紀(jì)末歐美大學(xué)先后設(shè)立了電氣工程（Electrical Engineering）專業(yè)，100多年來，其名稱雖然沒變，但內(nèi)涵已隨著科技的飛速發(fā)展有了非常大的變化。過去歐美的電氣工程專業(yè)是以電力工程為主，現(xiàn)在電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)已成為該專業(yè)的核心，美國(guó)一些著名高校甚至已不開設(shè)電力工程研究方向。有些大學(xué)把計(jì)算機(jī)技術(shù)從電氣工程系分離了出去，單獨(dú)成立了計(jì)算機(jī)科學(xué)系。

我國(guó)的電氣工程始于1908年上海南洋公學(xué)的電機(jī)電工學(xué)科，就是上海交大的前身，距今也有100多年的歷史了。1917年該校的電機(jī)專科設(shè)立了電訊門，即我國(guó)最早的無線電專業(yè)，如今的電子信息及計(jì)算機(jī)專業(yè)群都是由此發(fā)展演化而來的。1932年，清華大學(xué)設(shè)置了電機(jī)系。建國(guó)后，我國(guó)建立了一大批以工科為主的多科性大學(xué)，其中大多設(shè)立了電機(jī)工程系。1977年以后，大部分高校的“電機(jī)工程系”陸續(xù)更名為“電氣工程系”，近幾年來，部分高校又把“電氣工程系”發(fā)展成為“電氣工程學(xué)院”。我國(guó)的電氣工程雖然與國(guó)外名稱相同，但內(nèi)涵有很大區(qū)別，我國(guó)大學(xué)一般都是強(qiáng)弱電分開，即電氣類與電信類分設(shè)在不同的學(xué)院。

100多年以來，電氣工程學(xué)科已發(fā)展成為覆蓋多門類交叉學(xué)科、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊的完善的學(xué)科，形成了強(qiáng)弱電結(jié)合、軟硬件結(jié)合、機(jī)電結(jié)合的學(xué)科特點(diǎn)。

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家電氣工程學(xué)科的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：

（1）在學(xué)科中融入大量信息技術(shù)知識(shí)。在全球信息化的當(dāng)今，信息技術(shù)以指數(shù)速度進(jìn)步，它曾對(duì)電氣工程學(xué)科的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用，還將為電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供工具與技術(shù)支持，對(duì)電氣學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了決定性作用。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的著名大學(xué)（如耶魯大學(xué)、麻省理工學(xué)院等）大都把電氣工程、通信工程、計(jì)算機(jī)工程放在同一學(xué)院，以利于在電氣工程學(xué)科中融入大量的信息技術(shù)知識(shí)。

（2）與其他學(xué)科不斷交叉融合，拓展了研究領(lǐng)域，大量的研究都是在跨學(xué)科領(lǐng)域開展的。

（3）與企業(yè)聯(lián)系密切，科技成果轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)更新。

三、電氣技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

與電氣工程學(xué)科相關(guān)的產(chǎn)業(yè)主要有電力工業(yè)、電氣裝備制造業(yè)以及幾乎所有使用電力的行業(yè)，電氣技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也主要集中在這些行業(yè)。

1.可再生能源技術(shù)

1995年全球可再生能源僅占一次能源的18%，預(yù)測(cè)到2050年可再生能源要占一次能源的22%，21世紀(jì)，光伏技術(shù)、風(fēng)電技術(shù)、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)等得到了快速發(fā)展。下面著重介紹人類的未來能源——?dú)淠堋？茖W(xué)家們一直致力于研究把氫能作為人類未來的能源，氫能有其他能源無與倫比的優(yōu)勢(shì)：

（1）清潔。其反應(yīng)后的生成物為水和氮化氫，對(duì)環(huán)境沒有污染。

（2）儲(chǔ)量豐富。地球上的海水所含的氫用來發(fā)電就夠人類用數(shù)億年。

（3）熱值高。單位重量的發(fā)熱量叫熱值，氫的熱值是汽油的3倍，煤炭的4倍。現(xiàn)在世界上很多國(guó)家正在斥巨資研究這一能源，但目前還處在實(shí)驗(yàn)室階段，距工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。

2.輸電信技術(shù)

超導(dǎo)技術(shù)在電氣工程中的廣泛應(yīng)用已成為發(fā)展趨勢(shì)。

（1）超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)。將電能轉(zhuǎn)換為電磁能，利用超導(dǎo)線圈儲(chǔ)存起來。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)是除電池儲(chǔ)能系統(tǒng)之外的又一儲(chǔ)能系統(tǒng)，其使用將提高電網(wǎng)的安全性。

（2）超導(dǎo)故障限流器。利用超導(dǎo)體超導(dǎo)與正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)變特性，快速限制電力系統(tǒng)故障短路電流，保障電網(wǎng)安全。

（3）超導(dǎo)大容量電纜。可大大降低輸電過程中的電耗，提高能源效率。

靈活交流輸電技術(shù)（FACTS）。用大功率電子器實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)、功率、相位角等的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和輸電過程中的能耗。