电力传动技术精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇电力传动技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：电力电子技术；带式输送机；

中图分类号：F407文献标识码： A

一、引言

目前，我国在上述设备中采用调速技术还不够广泛，市场潜力巨大。电力电子技术能把电能从一种形式高效地转换成另一种形式，而且能对电能进行控制，在煤炭工业中有广阔的应用前景。但我国煤炭行业电力电子技术应用与先进国家相比差距大，潜力也大。目前在国内煤炭行业电力电子技术已在部分煤矿得到推广。在现代化矿井中，由于设备大型化，自动化水平较高，吨煤人工费用所占比例不大，而电费所占比例增加，要降低成本，增强竞争力，应重视利用现代调速技术节约能量，例如在风机、水泵、带式输送机等设备上实现调速。下面分别谈变频器在煤矿带式输送机、矿井提升绞车、乳化液泵站的应用。

二、带式输送机

目前，变频器在国内煤矿的应用主要集中在带式输送机上。众所周知，皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机起动过程中，如果不加设软起动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去。过大的张力波极易引起皮带被撕断。因此，《煤矿安全规程》规定，带式输送机必须加设软起动装置。目前煤矿采用的软起动装置绝大部分是液力偶合器。

液力偶合器虽然能部分解决皮带机的软起动问题，但与变频器驱动相比，仍具有明显的劣势：首先，采用液力偶合器时，电机必须先空载起动。工频起动时，最初的电流很大，为电机额定电流的4--7倍。大的起动瞬间电流会在起动过程中产生冲击，引起电机内部机械应力和热应力发生变化，对机械部分造成严重磨损甚至损坏。同时还将引起电网电压下降，影响到电网内其它设备的正常运行，因此，大容量的皮带机还必须附加电机软起动设备。其次，液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞， 引起漏液， 增大维护工作量，污染环境。第三，采用液力偶合器时，皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，因此对皮带带强要求较高。第四，一般的皮带机都是长距离大运量，通常都是多电机驱动，采用液力偶合器驱动，很难解决多电机驱动时的功率平衡。

随着电力电子技术的发展。变频技术在最近二十年飞速发展，在部分煤矿企业获得了广泛应用，运用变频器对带式输送机的驱动进行改造，将给用户带很大的经济效益：

第一、真正实现了带式输送机系统的软起动。运用变频器对带式输送机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。

第二、实现皮带机多电机驱动时的功率平衡。应用变频器对皮带机进行驱动时，一般采用一拖一控制，当多电机驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。

第三、降低皮带带强。采用变频器驱动之后，由于变频器的起动时间可在1秒～3600秒可调，通常皮带机起动时间在60秒～200秒内根据现场设定，皮带机的起动时间延长，大大降低对皮带带强的要求，降低设备初期投资。

第四、降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。

第五、节能。在皮带机上采用变频驱动后的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面。

1.提高系统功率因数

通常情况下，煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、满速度而负载经常很小，也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳，轻载时降低，造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。

2.提高系统效率

采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力偶合器这个环节。而液力偶合器本身的传递效率是不高的，并且液力偶合器主要是通过液体来传动，而液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多，因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率要比液力偶合器驱动的效率要高5%～10%。

另外，矿井通常离变电站距离较远，不同时段电压波动较大，利用变频器的自动稳压功能，也有部份节能作用。

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[关键词]HXD1D型交流传动电力机车；辅助系统；不间断供电技术

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0035-01

HXD1D型交流传动电力机车其是以自主化技术为基础研制的，此类电动机车总体参数良好，且功率极大，牵引能力更强，实际运行中的加速性能十分优越，运行安全可靠、节能环保，市场发展潜力大，可适用于各类铁路客运牵引地区。此种机车是以主辅一体化牵引变流器而实现运行的，辅助电气系统则包括辅助电路与设施、列车供电系统，而其辅助电路则以辅助逆变器实现供电，可有效辅助逆变器、变流器共同间的直流环节，但HXD1D型交流传动电力机车辅助系统不间断供电技术应用中存在诸多不足之处。因此，探讨HXD1D型交流传动电力机车辅助系统不间断供电技术应用有着极大现实意义。

一、 我国干线铁路电气化建设现状分析

我国干线铁路电气化建设中的接触网供电系统均使用的是三相供电，而为了保证电力系统三相负载处于平衡状态，供电系统则使用分段换相供电。为了有效防止相间短路，通常均是于各个相间设置无电区域，此为分相区。现阶段的铁路接触网均是隔20-30km设置1个分相区，而机车通过分相区时，司机均需将牵引/制动手柄回零，从而及时断开主断路器，惯性通过分相区时可及时闭合主断路器，保证其过分相时的主断路器断、合均被严格控制，亦可以系统自动完成。

近年来，我国轨道交通运输业发展飞速，各项技术装备亦逐渐成熟，机车运营速度也不断提升。干线铁路机车于30min内可通过1-3个分相区，而于此情况下，若机车运用传统机车主辅电路结构，这时辅助机组启停次数及其蓄电池组充放电频率可被提高，设备开关器件的通断次数则持续增多，这则缩短了设备寿命。分相区中的主压缩机停止不工作，导致机车与后端列车供风中断，如果后部车辆用风设备被大量使用，导致总风压力降低，这时车辆应用受到较大影响。如果机车过分相时的辅助系统继续供电，其可延长部件与车辆的使用时间。

二、 HXD1D型交流传动电力机车辅助系统供电工况

1、 机车正常牵引下工况

处于该工况下的变压器6组牵引绕组分别于2个牵引变流器中的6个整流模块，并提供相应的单相交流电，之后则通过中间直流环节于6个主逆变器、2个辅助逆变器，再为其提供电源，6个主逆变器可为6台牵引电机提供独立供电，其间2个辅助逆变器可为辅助负载提供相应的定频定压及变频变压电源。

2、 机车再生制动工况

牵引变流器中的6个主逆变器工作于整流工况下，6个整流模块则可以当时辅助负载具体需求容量工作于整流状态及逆变状态下，以保证牵引变流器间的电压稳定于准确值中。如果6台牵引电机再生制动产生的能量满足两路辅助系统的电能，6个整流模块则处于逆变情况，从而导致多出的电能及时反馈；亦或者是再生制动力小时，6台牵引电机再生制动生成的能量可充分满足其负载需求，6个整流模块会于牵引绕组中获得所需的能力，工作于整流状态下，可为直流环节提供相应的电能，从而保证中间直流环节电压稳定，并满足辅助负载中需要的电能；若牵引电机再生制动所产生的电能可满足变频变压支路辅助负载需要的供电需求，并保证其极具富余能力，此种电机产生的电能根本适应不了定额定压支路辅助负载供电需求，而这时的整流模块均工作于逆变工况中，从而把多余电能及时反馈，并将直流环节中的电源有效稳定，保证辅助系统负载可获得相应的电能。

3、 机车过分相工况

机车进入分相区域时，其牵引系统由网络系统获得相应的信号，牵引力均是根据规定大小实现卸载，最终牵引系统会有效转至再生制动工况下，这时的主断路器会自动断开，四象限整流器模块被封锁。系统则以机车进入分相前辅助系统需要的实际容量控制，从而保证机车再生制动，这时的再生制动所产生的电能可为负载电源。为了保证机车于不良条件下有效通过分相区，而HXD1D型交流传动电力机车辅助系统可充分满足不间断供电需求。

三、 辅助系统不间断供电技术

1、 保证供电系统运行

列车供电系统主要是对机车后部客运车厢提供相应的电能，列车供电柜为供电系统的重要内容，其电路多分为主电路、辅助电路、控制电路、电子电路等，列车柜体中往往具备2路独立且相同的互相控制整流与辅助电路，以LC滤波电路与供柜输入电源均来自2个860V的列供绕组，其可以内部相控整流，滤波之后则提供600V直流供电。列车供电系统具备相应的交流短路保护更能，其交流过压吸收保护功能与直流过载保护功能等十分良好。

2、延长设备应用时间

此项技术可有效降低机车辅助系统设备启停次数，且辅助负载中的设施设备电流通断频率会随之降低，以延长设施设备应用时间。辅助系统不间断供电于机车过分相控制电源柜可连续控制电路中的负载供电，并为蓄电池快速充电，无需以蓄电池维持并控制电路负载运转，从而有效延长蓄电池应用时间。

3、增强机车稳定性

此项技术可有效确保主压缩机于过分相之前实现不间断工作，从而保证机车具备相应的风量，以便保证后部车辆用风正常。机车于分相区时，传统机车控制系统与监控系统等设施设备均是以蓄电池实现供电，如果蓄电池发生故障，则严重影响机车安全运行，会导致列车停止运行。HXD1D型交流传动电力机车辅助系统于分相区时，可有效控制电源模块供电，控制电源模块具备良好的冗余性，尽管控制电源模块发生故障时，则可以蓄电池实现供电，从而有效增强机车稳定性。

4、降低操作强度

此项技术可有效确保机车于分相区时，快速恢复分相区之前的状态，以便确保空调、暖风机、微波炉、烧水壶等设施设备连续使用，从而有效降低操作强度，合理改善司乘人员的工作环境。

结束语

HXD1D型交流传动电力机车现已大批量的投入运营，且其整体使用情况十分良好，辅助系统不间断供电技术优越性被用户逐渐发掘，并得到社会各界的认可。此项技术提高了机车辅助系统设施设备使用效率，并延长了其使用时间，机车与设备可靠性被有效提高，且能够有效改善工作人员的操作。本文对我国干线铁路电气化建设现状进行了分析，探讨了HXD1D型交流传动电力机车辅助系统供电工况，简析了辅助系统不间断供电技术，为HXD1D型交流传动电力机车辅助系统安全运行提供参考依据。

参考文献

[1] 颜罡，李希宁，刘 胜. OZ-Y 型交流传动电力机车主辅电路[J].电力机车与城轨车辆，2010（04）.

[2] 康明明，张彦林. HXD1C 型大功率交流传动电力机车主电路[J].电力机车与城轨车辆，2012（05）.

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关键词：风能；风力发电机组；传动技术； 优化系统

风能，作为一种可再生的绿色清洁能源，引起了越来越多的人的关注。而对于我们风能大国，更是应该，高效科学的去发展风力发电机组机械传动技术，为我国，为我人民创造更多的财富。将风能转化为电能是风力发电机组的主要作用，并且风能与电能转化过程中的布局和传动方式都影响着发电机的发电效能。而风力发电机组机械传动技术，是风力发电机组技术中的一种，我们要不断去优化内部系统，加强传动技术的作用。这种技术也为我们解决了很多难题。因此，我将在我下面的文章中具体去阐述和分析一下该技术。

1.风力发电机组机械传动技术的构造与原理

在讲风力发电机组机械传动技术的构造与原理时，我主要通过三方面来说，即风力发电电源的构成与发展，传动技术，偏航和变桨距传动技术。下面就具体来阐述一下。“风力发电机组、支撑塔架、并网控制器、蓄电池组、逆变器、卸荷器、蓄电池充电控制器、”等是组成风力发电电源的基本的部件构成；而风轮和发动机则是风力发电机组的重要构成，其中发电机组当中的风轮则包含车毂、叶片等组成构件；并且叶片能够通过风力进行旋转发电、推动发电机机头转动。鉴于要开发使用低能环保的绿色能源，所以这一技术，在当今不断的得到改进与发展。我们国家很早以前就会使用传动技术，如齿轮传动、绳带传动和链传动。传动技术，能够通过改变力的方向和速度，并使得传动装置部件的选用和设计要配比风力发电机组的要求。“简单的构造，平稳的传输、以及噪音的最小化，是带传动的显著特点。这些传动带自身携带的功能能起到缓冲吸振的作用，就算是超载，也只会在带轮上打滑，不会对其他零件磨损，产生很好的保护作用。常用的带传动有两种形式，即平带传动和V带传动。我将引用宣安光，在对风力发电机组机械传动技术的探讨中的对偏航和变桨距传动技术的分析来诠释，即“为了获取足够的风能，偏航机构必须始终要处于迎风位置，这样才能及时追踪风向的变化。当风力机开始偏转时，偏航加速度将产生冲击力距。偏航转速和其加速度成正比，成倍增加了冲击力。”

2.机组动力传动的关键技术问题

由于发电机组自身，对环境要求和使用工况条件比较特殊，因此它对传动装置有着严格的要求；外加上，有很多外在的不确定的因素，也会使风力机组变得异常的不稳定，常见的问题主要有风轮变化多端，异常载荷，导致电网不够稳定；机舱刚性不足，则会引起强烈振动。此时传动技术则起着至关重要的作用。风力发电机组的传动链的运作原理是，通过风带动叶轮转动，叶轮与齿轮箱通过主轴刚性连接，经过齿轮箱的增速从而带动发电机转动，当达到一定的转速时，风力发电机组并网发电。齿轮箱内部的输入轴轴承除承受转矩以外，还需要承受弯矩及径向力和轴向力，需要加强齿轮箱的箱体和行星架两端的轴承；齿轮箱弹性支撑的作用是吸收冲击转矩，风轮传过来的倾覆力矩和径向力和轴向力由两个轴承吸收，前轴承起支撑作用，后轴承会将载荷转化成转矩， 由于上述， 所以只有转矩进入齿轮箱， 在一定程度上保护了齿轮箱。而齿轮箱的外形的设置，根据传动链的要求，对于变浆距风机，输出周和输入轴的距离是有要求的，齿轮箱的结构一般为1p+2h，2P+1h，2p/1p的。随着科技的不断进步与发展，现在风力发电机组的传动效率越来越高，发电机由风力机经过传动装置进行驱动运转，所以这种方式无疑要恒定风力机的转速，这种方式会影响到风能的转换效率；另一种方式就是发电机转速随风速变化，通过其它的手段保证输出电能的频率恒定，即变速恒频运行。风力机的风能利用系数跟叶尖速比（叶轮尖的线速与风速的比值）有关，存在某一确定的叶尖速比，使Cp达到最大值。

3.导致直驱永磁型和双馈异步风力发电机组传动效率上的差异原因

直驱永磁型风力发电机组在稳定性，功率因数也不易调节，传动效率的成熟上，实际应用中都不如双馈异步风力发电机组，但在低风速区域，直驱永磁型风力发电设备具有优势，能够相对高效的传动。两者的驱动链结构不同，双馈异步风力发电机组有齿轮箱，维护成本高，直驱永磁型则无齿轮箱或低传动比；电机种类的不同，双馈异步属于电励磁，直驱永磁型是永磁，需要考虑永磁体退磁问题；变流单元的不同，双馈异步，IGBT，单管额定电流小，技术难度大；直驱永磁型IGBT，单管额定电流大，技术难度小等问题都会导致两者在传动效率的不一样。

4.小结

本人结合多年实践工作经验，就风力发电机组机械传动技术展开了探讨，系统地诠释了风力发电机组机械传动技术的构造与原理，并且分析了机组动力传动的关键技术问题；和导致直驱永磁型和双馈异步风力发电机组传动效率上的差异原因。但是由于自身知识和见识的局限，可能不能说的那么全面，只是希望大家能通过我的文章能够多多关注风力发电机组机械传动技术的发展。

参考文献：

[1] 宣安光； 对风力发电机组机械传动技术的探讨[J]；期刊； 2010年03期

[2] 赵朦朦； 风力发电机组传动系统结构配置与布局优化[J]；期刊；2012年03期

[3] 张梅有； 风力发电机组传动系统常见故障分析[J]；期刊；2012年03期

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研究一种基于分布式光纤振动传感原理和电缆局部放电原理的电力电缆故障定位技术。通过在电缆上施加高压脉冲，使得电缆上有故障的位置产生局部放电，从而产生振动信号。并将放电脉冲信号同步传输给分布式光纤振动监测系统。通过分布式光纤振动传感技术来探测电缆沿线放电产生的振动信号，并对振动信号进行定位。将该故障定位技术应用于电力电缆沿线上监测电缆故障的状态分布，并进行试验验证。实验结果表明，该系统可实现监测多回路30 km电缆线路的故障分布状况，并对故障点进行准确定位。

关键词：

分布式光纤传感； 后向散射； 电力电缆； 故障定位

中图分类号： TP 212文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.003

引言

电力电缆是电力传输的重要载体。但是人为因素（如：施工挖破皮、被割破皮等）和自然灾害（如：滑坡、塌方、地基沉降、腐蚀、老鼠破坏等）会造成电缆线路故障，影响电力电网建设效能的发挥。因此，应用科学手段实现对电力电缆的电缆的故障进行检测和定位、及时提醒线路维护人员提前采取预防措施显得十分的紧迫和必要。

本文研究基于分布式光纤振动传感原理为核心的智能监测技术，利用光纤传感技术对电网中的电力电缆线路的故障进行全方位实时智能监测和定位。该智能监测系统可实现对电力电缆线路的故障进行检测和定位，确保电网安全、高效运行；综合分析处理各传感器信息，并且在出现异常情况时，通过控制相应的联动设备采取一定的措施来保障电网正常运行。

1分布式光纤振动传感技术原理

分布式光纤振动传感技术是利用ΦOTDR（optical time domain reflectometer，OTDR）[14]光时域反射计的干涉机理测试外界绕那扰动，外界扰动作用在光缆上面或附近产生的压力（振动）导致光纤中瑞利散射光[5]相位发生变化，由于干涉作用，光相位变化将引起光强度的变化时，通过实时监测不同时刻后向瑞利散射信号的干涉效应可定位振动信号的位置，并通过建立光缆线路环境特征参数数据模型和告警监测阈值模型，降低监测告警的虚警率。

分布式光纤振动传感系统采用普通通信光缆中的一根空闲纤芯作传感单元，进行分布式光纤传感器多点振动测量[6]。其基本原理是当外界的振动作用于通信光缆时，引起光缆中纤芯发生形变，使纤芯长度和折射率发生变化，导致光缆中光的相位发生变化。当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格发生作用，不断向后传输瑞利散射光。当外界有振动发生时，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，返回系统主机后，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，再经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。

2基于分布式光纤振动传感技术的电缆故障定位系统组成

整体系统由高压电缆放电试验系统、分布式光纤振动传感系统及综合平台软件组成，系统结构如图2所示。

系统通过分布式光纤振动传感系统监测来自于高压电缆上方的振动信号，通过振动信号来分析判断故障点的位置。当高压电缆放电试验系统对高压电缆发出高压脉冲信号时，同时会向分布式光纤振动传感系统发出一个上升沿或下降沿信号，以作标记信号。分布式光纤振动传感系统根据高压电缆放电试验主机给的脉冲同步信号进行振动信号的采集，实时监测高压电缆的振动情况，并将监测到振动信号保存到数据库中。高压电缆放电试验系统放电结束后，由综合平台对分布式光纤振动传感系统采集到的振动信号进行分析，并结合高压电缆放电试验系统放电脉冲情况，综合分析对故障点进行定位，并在软件界面是显示整段监测光缆的波形图、故障点位置。系统数据库中保存测量的振动信号和放电信号的历史数据，并绘制成报表，由用户选择查看。

该系统以高压电缆故障时所产生的震动为监测对象，可实现以下功能：

（1）实时监测电缆走廊路面施工振动位置的振动量，并根据实时监测值显示报警状态。实时监测高压电缆故障点所产生的震动情况，可对故障点进行定位，定位误差不大于±25 m；

（2）检测到电缆故障时，在界面上显示告警提示；

（3）软件界面可显示电缆的震动波形图；

（4）能与高压电缆放电试验系统通讯，接收该系统发来的上升沿或下降沿信号；

（5）各监测值的历史数据记录展示。

3试验结果

为了验证系统是否能探测到电缆的故障信号并准确定位故障信号的位置，搭建了一个测试系统。测试验证系统选取110 kV电缆300 m，在电缆上100 m、200 m和300 m位置分别模拟放电信号。用该系统来探测电缆的放电信号及其位置。

4结论

研究的基于分布式光纤振动传感原理的电缆故障定位系统可准确探测电力电缆故障为，预防因电力电缆自身老化等原因而发生故障。制止因蓄意破坏、偷盗等情况造成的输电中断，从而保障中高压电力电缆的传输安全和通畅。当电力电缆线路发生故障时自动实现预警，自动定位故障发生位置，及时通知管理人员对警情进行有效处理，从而提高对电网供电的可靠性。

参考文献：

[1]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].SPIE，1992，1797：76-108.

[2]孙圣和，王廷云，徐颖.光纤测量与传感技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.

[3]IMAHAMA M，KOYAMADA Y，HOGARI K.Restorability of Rayleigh backscatter traces measured by coherent OTDR with precisely frequency controlled light source[J]. IEICE Trans Commun，2008，E9lB（4）：1243-1246.

[4]王莉田，史锦珊，王玉田，等.背向散射多点分布式光纤测温系统的研究[J].仪器仪表学报，1996，17（6）：639-641.

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对LNG燃气动力船舶的安全性、稳定性还存在一些顾虑。本文从船舶安全的角度分析了LNG燃料混合动力船舶在

建造、改造，营运过程中的安全技术要点，打消业界对其安全性的顾虑。

关键词：LNG 混合动力船舶储气罐 船舶安全

如今，节能环保已成为各行各业发展优先考虑的重要课题，船舶行业也不例外。交通运输部制定并颁布了《公路水路交通运输节能减排“十二五”规划》，明确提出“十二五”期间将逐步增加新节能减排技术的应用试点，提出“要优化船舶能源消费结构、研发推广新型船用替代燃料”。而目前正在试点的内河柴油-LNG混合动力船舶技术正是五项试点新技术之一。

液化天然气（LNG）特点

天然气是产生于油气田的一种无色、无臭、无毒且无腐蚀性的可燃气体。液化天然气（LNG）是天然气经压缩、冷却，液化而成，其以液态形式储存在特定容器中。

1、LNG基本参数

LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。

LNG的临界温度为-82.3℃。

LNG的沸点为-162.5℃，着火点为650℃。

LNG的液态密度为0.420～0.46T/m3，气态密度为0.68-0.75kg/Nm3。

LNG的气态热值38MJ/m3，液态热值50MJ/kg。

LNG的爆炸范围：上限为15%，下限为5%。

LNG的辛烷值ASTM：130。

LNG的为52MMBtu/t（1MMBtu=2.52×10^8cal）。

LNG的体积约为同量气态天然气体积的1/625。

2、LNG的六大优点

LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以储存运输方便。

LNG储存效率高，占地少，投资成本低。10m3LNG储存量就可供1万户居民1天的生活用气。

LNG作为优质的内燃机用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。燃料费用低，环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%， CO减少90%，SOx、Pb降为零。

LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。

由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。

由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。

LNG燃气混合动力船舶安全技术分析

目前，在交通运输部和一些能源企业的大力推动下，安徽、江苏、山东、湖北等省都相继改装、试航了柴油-LNG混合动力船舶，试点工作在稳步推进。从试点船舶的营运情况来看，柴油-LNG混合动力船舶的经济性、环保性、稳定性已经得到充分的认可。LNG在船舶上还没有大量应用和大范围推广的原因主要是业界对LNG燃气动力船舶的安全性还存在顾虑。但只要借鉴LNG在其他领域成功应用的经验，充分考虑以下几个方面，相信LNG燃气在船舶上应用的安全性是可控的，柴油-LNG混合动力船舶改造的方案是可行的，LNG燃气动力船舶大范围推广应该指日可待。

1、NG燃气混合动力船舶结构布置

作为液化天然气的储存装置LNG储气罐应尽可能布置在露天甲板上，且应尽可能远离机器处所、起居处所、服务处所和控制站以及一些存在火源危险的处所。

支撑LNG储气罐罐体的结构必须具备足够的强度要求，设计部门应进行详细的计算，保证在任何条件下LNG储气罐不会发生受损、位移、变形等事故。相关的管路布置也应该保证在任何情况下不发生受损。

LNG储气罐及其管路的布置还要考虑船舶可能发生的碰撞、追尾、靠泊等对气罐造成的损坏。如果LNG储气罐布置在船舶尾部露天甲板上，罐体与船舶尾端甲板线所连成的切线与甲板水平线形成的夹角不应大于50°（如下图），且储气罐距离船舶两舷的距离不应小于760mm的安全距离。

LNG储气罐与船体应进行有效连接，当LNG储气罐与船体之间采用绝缘方式固定时，储气罐与船体之间应进行有效的电气连接。

储气罐的压力释放阀应尽可能靠近储气罐，且排气口通常应布置在露天甲板以上一定距离，一般不小于3m，且与含有火源的围蔽处所的进气口应尽量远离，一般水平距离不小于5m。

2、材料和设备

因为LNG是天然气经冷却或冷却压缩而成液态保存的，温度在-162℃以下，在释放过程中温度急剧下降，对材料造成破坏。因此对相关材料耐低温要求非常高。通常有以下要求：

气罐、气体燃料管路、压力容器和其他同气体接触的部件的材料应满足《散装运输液化气体船舶法定检验技术规则》中的要求。

通常熔点低于925℃的材料不应用于LNG气体燃料管路。

LNG燃气动力船舶主要设备要保证绝对的安全性和可靠性，装船前必须经过严格的试验确认，并经检验部门的认可，相关要求如下：

3、安全操作

专业资格。主管机关应建立此类型船舶船员操作规范，船员应进行LNG船舶的特殊培训，未获得专业资格的不得从事船员工作。

基本知识培训。船舶驾驶员和轮机员和岸基操作人员在上岗前应接受LNG燃气相关知识培训，充分了解液化天然气的物理、化学特性，充分了解LNG燃气动力船舶操作须知，充分了解LNG燃气动力船舶应急处理措施。

船舶维护。应对安装在危险区域的电气设备制定专门的维护手册，按公认的标准对危险区域的电气设备进行检查和维护。手册包括LNG燃料相关重要设备的检查维护，气体管路上阀件更换的时间间隔和范围等。

安全操作手册。LNG燃气动力船舶应编制专门的安全操作手册，安全手册包括开航前的安全检查、LNG燃气动力主机的启动、维修、保养程序、燃料充装安全操作程序、气体驱除和惰化程序、应急情况下的安全操作程序、航行期间和停机后的安全操作程序等。

安全管理体系。LNG燃料动力船舶和公司应建立适用的安全管理体系，保证船岸人员掌握必要的安全知识，获得必要的安全培训，建立详细的风险分析、评估机制，制定详细的安全防范措施。定期开展与LNG燃料相关的应急演习，提高处理特定危险和事故安全和响应的能力，并落实具体安全责任到人。

篇6

关键词：自动交换光网络；电力通信；传输网

Abstract: this article in view of the current our country electric power transmission system in general and the analysis of existing problems, and puts forward adopts automatic exchange light Network (Automatically Switched Optical Network: ASON) technology to optimize the power transmission in existing Optical fiber and Synchronous Digital system (Synchronous Digital Hierarchy: SDH) Network based on the introduction of ASON control level, and carrying ASON business, based on the use of existing ASON gradually replace SDH.

Keywords: automatic exchange light network; Electric power communication; Transmission network

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号

通信技术在不断发展，从载波到微波再到光纤，光纤通信也从准同步数字系列(plesiochronous digital hierarchy， PDH)到同步数字系列(synchronous digital hierarchy， SDH)，现在正逐步向自动交换光网络(automatic switched optical network， ASON)演进。电力通信网作为电力系统的1个专用通信网络，如何合理地引入ASON技术，实现电力通信传输技术的平稳演进是本文探讨的主要内容。

1.电力通信传输网络的技术难点

电力通信传输网络作为电力系统信息传送的平台，对保障电网安全运行起着至关重要的作用，同时作为电力系统的配套工程，其建设计划和进度必须与电力系统及其基础建设的规划配合，而不同于电信运营商可以将传输网络作为基础网络提前进行有效的网络规划，应实现网络的逐步升级和扩容。电力通信传输网络存在如下技术难点：

a)规划的不确定性。在电力网的建设中，由于新通信站点的接入，造成通信网络重新调整，浪费大量人力资源。

b)业务类型大部分为低阶，业务颗粒度为VC-12，业务分布分散。

c)对于业务级别最高的差动继电保护信道， 为了防止收发路由不一致而导致保护装置误动，不允许该类信道以自愈方式配置。当信道出现故障时，需手动临时配置迂回路由，复杂程度高，效率低，如果临时配置出现差错将严重威胁电网的安全。

d)通信光缆网状结构在一定程度上未被充分利用，光缆中断后靠维护人员现场调整路由，效率低。

2.我国电力通信传输网中存在的问题

经过多年建设，我国电力通信传输网已具备一定的规模，基本满足电力系统的通信需要。但随着近年来电网事业的快速发展，现有电力通信传输网在应对种类繁多的业务时已颇感吃力，存在着较多的问题。当前我国电力通信传输网中存在的问题主要有：

部分电力通信网络结构复杂，使得工作人员维护困难。由于光缆网络资源的限制，在部分变电站只能以单链接入；而有的传输网中同时使用不同设备厂商的设备，造成设备的故障难以鉴别，导致电力通信系统故障后难以尽快修复；另外，不同的设备也导致在同一网管上实现端到端的电路调度变得难以实现。

电力通信网中节点较多，系统安全性能有待提升。电力通信网中任何一段光缆的更换或维修都会影响系统的可靠性和稳定性。并且有些节点不在环网上，无法对业务进行自愈保护。若其中任何一个站点出现设备故障时，将会导致所有通信业务的丢失。

电力通信系统的接入层网络结构繁杂，难以满足业务发展的需求。我国部门电力通信系统的接入层传输网络结构复杂，并且有环带环、环带链的现象存在，导致现有电力通信网络的难以扩容。另外，部分环网的时隙占用率过高，有的通道利用率甚至超过70%，并且这些通道也大都难以扩容。这都使得电力通信系统难以实现可持续发展。

电力通信系统中部分设备技术落后，且老化严重，已经难以适应电力系统快速发展的需求。部分通信设备技术落后，不支持多业务传输系统，需要通过协议转换器才能满足以太网业务通道需求。且在长期使用过程中逐渐老化，不仅容易产生故障，增大维护负担。

3.ASON技术

3.1体系结构

ASON与传统网络不同，它引入了控制平面，在功能上形成了由传送平面、控制平面和管理平面构成的体系结构。ASON的基本构架如图1所示。控制平面是ASON的核心，它负责完成网络连接的动态建立和网络资源的动态分配。控制平面由分布于各个ASON节点设备中的控制单元构成，控制单元完成路由选择、信令转发和资源管理等功能，各控制单元间的连接共同形成统一的整体，实现连接的自动化。

图1ASON的基本构架

目前传送平面都是基于SDH技术的，能够提供大容量、无阻塞、交叉连接的硬件平台，突破现有光传输系统的交叉能力，其交换颗粒度在VC-4之上，端口速率和端口密度满足宽带网络业务的需要，实现快速连接。

管理平面实现对传送平面、控制平面以及系统的管理，确保所有平面之间的协同工作。管理平面提供的管理功能包括性能管理、故障管理、配置管理、计费管理和安全管理。在ASON体系结构中，控制平面和传送平面之间通过CCI相连，管理平面通过NMI-A和NMI-T分别与控制平面及传送平面相连，3个平面通过3个接口实现信息的交互。

3.2ASON的优势

ASON技术通过发挥光缆环状网络结构的优势，实现抗多点失效的功能，从而大大提高网络的安全性。

ASON技术可根据用户对不同层面、不同业务质量级别的要求，按需制定不同的保护恢复方式，并实现分级管理。根据业务的重要性，可以提供以下等级的业务：

a)钻石级。网络保护恢复方式为永久“1+1”，即在建立主用链路的同时建立1条备用链路，一旦主用链路故障，立即倒换到备用链路上，这时备用链路成为主用链路，同时在满足网络带宽要求的前提下，立即寻找到新的备用链路，对业务再提供“1+1”保护。永久“1+1”保护的倒换时间非常短，小于50ms。这种方式适用于纵联保护、安全稳定装置和会议电视等重要业务。

b)金级。网络保护恢复方式为“1+1”加恢复路由，即在建立主用链路的同时建立备用链路，主用链路故障时倒换到备用链路上。如果备用链路也发生故障，就靠路由技术进行恢复。这种保护方式的倒换时间很短，在50ms以内[4]，但恢复时间比较长，一般为秒级。这种方式适于脉冲编码调制(pulse-code modulation， PCM)等业务。

c)银级。网络保护恢复方式为恢复路由，在业务链路故障时，重新寻找新的链路恢复业务，恢复时间为秒级。恢复路由有先建后拆和先拆后建2种方式。先建后拆是指先建立1条正常链路，业务倒换成功后再拆除故障链路；先拆后建则是先拆除故障链路，再建立1条正常链路恢复业务。先拆后建方式最适合电流差动保护业务，它不需人工干预就可恢复业务；先拆后建方式适合差动继电保护、调度数据网、综合数据网等业务。

d)铜级。无保护，不保障网络的恢复。

e)铁级。为额外传送业务，可能被高优先级业务抢占。

在ASON中增加或删除1个节点时，网络通过信令技术能够将这个改变信息按照一定的规则传送到每个需要知道的节点上，从而实现拓扑自动发现，不需要人工干预，有利于网络的升级和扩容。由于整个控制平面的智能化，在提供新业务时，大部分可通过网络的智能节点和控制平面自动完成，大大缩短提供新业务的时间，同时减少运行维护量，降低运行维护成本。ASON技术可实现动态按需分配带宽，提高网络资源利用率，全面降低组网成本。

4.自动交换光网络技术在电力通信传输网中的应用研究

当前，我国部分发达地区的电力通信传输网中的绝大部分已采用光纤加同步数字体系(synchronous digital hierarchy：SDH)设备组网。而落后地区则由于经费不足等原因采用了粗波分技术。电网一般按照自上而下结构分层建设，分为骨干层(STM-6 4/1 6)、汇聚层(STM-4)和接入层(STM-1)。

为了更好地利用现有SDH设备，可在当前SDH网络的基础上引入ASON技术，在现有的SDH传送网络上承载ASON业务，这是既能发挥现有设备的使用价值，又可以将ASON技术得以应用的可行性方案。

在建设A S O N网络时应遵循由内而外、循序渐进的原则，即以骨干层为基础来建设ASON网络，然后逐渐建设汇聚层和接入层。在骨干层建设ASON既要保证安全性、可靠性，又要保证业务不中断。将骨干层建设为ASON网络后，电力通信网的鲁棒性将大大增强，而汇聚层和接入层的ASON网络建设可以视情况而定。在建成骨干层的ASON网络后，要保证其与原有SDH网络的互联互通。ASON可以在基于G.803规范的SDH传送网基础上建设，这样可以形成ASON与现有SDH传送网络的混合组网。

ASON与现有SDH网络的融合是一个渐进的过程，先在现有SDH网络建设单独的ASON，然后逐步形成整个的ASON网络。实现ASON网络与SDH网络的互联，可以在传统的SDH网络引入控制平面，具体可以使用以下2种方式。①在SDH网络的全部网元上分别连接一套PC机，SDH网络和PC机间遵循光网络网元管理协议。通过数据网络将全部PC机上运行的控制协议连接成一个整体的信令网，并使得该信令网可以和ASON的信令网实现互通。②通过数据网络实现ASON信令网络和传统光网络的网络管理系统建立连接，在传统光网络的网络管理系统的计算机上运行控制平面协议，通过ASON控制平面和传统光网络网络管理系统的互通，实现ASON网络和传统光网络的互联。

总结

ASON的出现代表了光网络技术发展的趋势，其相比于传统SDH网络有着无法比拟的优越性，能够很好地解决电力通信传输网的智能化问题，其最显著的优点――更高的安全性正是电力通信传输网孜孜以求的目标，因此，在现有的SDH网络中引入ASON技术能提高电力通信传输网的安全运行水平和智能化水平。

参考文献

[1]魏明海.电力通信安全生产的系统分析[J].陕西电力，2008

篇7

论文摘要 在人类所利用的能源当中，电能是最清洁最方便的；电气传动无疑有着很大的意义，随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术也得到了长足的发展。本文在对大量国内外文献分析的基础上，总结和论述了我国在电力电子和电力传动系统领域的研究现状。

从学术的角度来看，电力电子技术的主要任务是研究电力电子器件（功率半导体）设备，转换器拓扑结构，控制和电力电子应用，实现电力和磁场的能量转换、控制、传输和存储，以便实现合理和有效使用的各种形式的能源，高品质的人力的电力和磁场的能量。

1 电力电子的研究方向

就目前情况而言，我国电力电子的研究范围与研究内容主要包括：1）电力电子元器件及功率集成电路；2）电力电子变换器技术的研究主要包括新的或电力能源的节约和新能源电力电子，军事和空间应用等作为特殊的电力电子转换器技术的智能电力电子变换器技术，控制电力电子系统和计算机仿真建模；3）电力电子技术的应用，其研究内容包括超高功率转换器，在能源效率，可再生能源发电，钢铁，冶金，电力，电力牵引，船舶推进应用，电力电子系统的信息化和网络；电力电子系统的故障分析和可靠性；复杂的电力电子系统的稳定性和适应性；4）电力电子系统集成，其研究内容包括标准化电力电子模块；单芯片和多芯片系统设计，集成电力电子系统的稳定性和可靠性。

2 我国电力电子发展中存在的问题

当前的主要问题是：中国的电力电子产品和设备目前生产的大部分是也主要是晶闸管，虽然它可以创造一些高科技电子产品和电气设备，但他们都使用电力电子外国生产设备和多组分组装集成的制造方法，尤其是先进的全控型电力电子器件全部依赖进口，而许多关系到国民经济和国家安全，在一些关键领域的核心技术，软件，硬件和关键设备，我国的外资控制和封锁。特别是在关系国民经济和国家安全，更多先进水平的核心技术差距的关键领域，这种情况正在迅速变化的挑战和我们的道德律令。

在过去，虽然我国国民经济的各个部门，先后引进了国外先进技术，已开始注意到国内突出的问题，从表面上看，虽然对引进技术的绝大多数可以在几年后达到国产化率70％的要求，但只要仔细分析，不难发现，并最终拒绝外国公司转让技术和关键部件，都涉及到高科技的电力电子技术和动力传动产品在核心技术。

目前国外和问题的主要区别是：电力电子器件的全面控制，不能制造国内制造的高功率转换器，低技术，设备可靠性差，电力电子数字控制技术水平仍处于初级阶段；应用程序的控制技术和系统控制软件的水平较低；缺乏经验的重大项目等。高性能高功率转换器设备几乎全部从国外进口。

3 电力传动系统的发展现状分析

目前我国电力传动系统的研究主要围绕交流转动系统展开，随着交流电动机调速理论的突破和调速装置（主要是变频器）性能的完善，电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器，直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速。交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内有关研究工作正围绕以下几个方面展开：

1）输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径

高性能交流驱动系统电压型PWM逆变器中的应用日益广泛，PWM技术的研究更深入。 PWM功率半导体器件采用高频开启和关闭，成为一个在一定宽度的电压脉冲序列法律的变化，为了实现频率，变压器，有效地控制和消除谐波的直流电压。 PWM技术可分为三类：正弦PWM，优化PWM及随机PWM。正弦PWM的电压，电流和磁通正弦PWM计划的目标包括。正弦PWM普遍提高功率器件的开关频率将是一个非常出色的表现，在中小功率交流驱动系统等被广泛使用。但为大容量的电源转换设备，高开关频率将导致大的开关损失，以及高功率设备，如GTO的开关频率仍不做的非常高的在这种情况下，在最佳的PWM技术只是满足的需求该设备。

2）应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论

交流电机交流驱动系统是一个多变量、非线性、强耦合、时变控制对象，变频调速控制，电机控制的稳定状态方程的研究动态控制非常令人满意的结果的特点。 70年代初提出研究交流电机的控制过程的动态，不仅要控制每个变量的振幅，而控制的阶段，为了实现交流电机磁通和转矩的解耦矢量变换方法，促使高性能交流驱动系统逐渐向实际使用。高动态性能的电流矢量控制变频器已成功应用于轧机主传动，电力牵引系统和数控机床。此外，为了解决系统的复杂性和控制精度之间的矛盾，但也提出一个新的控制方法，如直接转矩控制，方向控制电压，特别是与微处理器控制技术，现代控制理论在各种控制方法也得到了应用，如二次型性能指标最优控制和双位模拟调节器控制，可以提高系统的动态性能，滑（滑模）变结构控制可以提高系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以得到状态信息不能测量，自适应控制能够全面提高系统的性能。此外，智能控制技术，如模糊控制，神经网络控制，也开始在交流变频调速驱动系统用于提高控制精度和鲁棒性。

3）广泛应用微电子技术

随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（Digital Signal Processor——DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit——ASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成的全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。

4 结论

虽然我国电力电子与电力系统传动系统技术得到了长足的发展，但与发达国家相比仍然存在较大差距，许多关键技术有待突破，关键部件还长期依赖进口的局面还没有打破。

参考文献

篇8

论文摘要 在人类所利用的能源当中，电能是最清洁最方便的；电气传动无疑有着很大的意义，随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术也得到了长足的发展。本文在对大量国内外文献分析的基础上，总结和论述了我国在电力电子和电力传动系统领域的研究现状。

从学术的角度来看，电力电子技术的主要任务是研究电力电子器件（功率半导体）设备，转换器拓扑结构，控制和电力电子应用，实现电力和磁场的能量转换、控制、传输和存储，以便实现合理和有效使用的各种形式的能源，高品质的人力的电力和磁场的能量。

1 电力电子的研究方向

就目前情况而言，我国电力电子的研究范围与研究内容主要包括：1）电力电子元器件及功率集成电路；2）电力电子变换器技术的研究主要包括新的或电力能源的节约和新能源电力电子，军事和空间应用等作为特殊的电力电子转换器技术的智能电力电子变换器技术，控制电力电子系统和计算机仿真建模；3）电力电子技术的应用，其研究内容包括超高功率转换器，在能源效率，可再生能源发电，钢铁，冶金，电力，电力牵引，船舶推进应用，电力电子系统的信息化和网络；电力电子系统的故障分析和可靠性；复杂的电力电子系统的稳定性和适应性；4）电力电子系统集成，其研究内容包括标准化电力电子模块；单芯片和多芯片系统设计，集成电力电子系统的稳定性和可靠性。

2 我国电力电子发展中存在的问题

当前的主要问题是：中国的电力电子产品和设备目前生产的大部分是也主要是晶闸管，虽然它可以创造一些高科技电子产品和电气设备，但他们都使用电力电子外国生产设备和多组分组装集成的制造方法，尤其是先进的全控型电力电子器件全部依赖进口，而许多关系到国民经济和国家安全，在一些关键领域的核心技术，软件，硬件和关键设备，我国的外资控制和封锁。特别是在关系国民经济和国家安全，更多先进水平的核心技术差距的关键领域，这种情况正在迅速变化的挑战和我们的道德律令。

在过去，虽然我国国民经济的各个部门，先后引进了国外先进技术，已开始注意到国内突出的问题，从表面上看，虽然对引进技术的绝大多数可以在几年后达到国产化率70％的要求，但只要仔细分析，不难发现，并最终拒绝外国公司转让技术和关键部件，都涉及到高科技的电力电子技术和动力传动产品在核心技术。

目前国外和问题的主要区别是：电力电子器件的全面控制，不能制造国内制造的高功率转换器，低技术，设备可靠性差，电力电子数字控制技术水平仍处于初级阶段；应用程序的控制技术和系统控制软件的水平较低；缺乏经验的重大项目等。高性能高功率转换器设备几乎全部从国外进口。

3 电力传动系统的发展现状分析

目前我国电力传动系统的研究主要围绕交流转动系统展开，随着交流电动机调速理论的突破和调速装置（主要是变频器）性能的完善，电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器，直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速。交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内有关研究工作正围绕以下几个方面展开：

1）输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径

高性能交流驱动系统电压型PWM逆变器中的应用日益广泛，PWM技术的研究更深入。 PWM功率半导体器件采用高频开启和关闭，成为一个在一定宽度的电压脉冲序列法律的变化，为了实现频率，变压器，有效地控制和消除谐波的直流电压。 PWM技术可分为三类：正弦PWM，优化PWM及随机PWM。正弦PWM的电压，电流和磁通正弦PWM计划的目标包括。正弦PWM普遍提高功率器件的开关频率将是一个非常出色的表现，在中小功率交流驱动系统等被广泛使用。但为大容量的电源转换设备，高开关频率将导致大的开关损失，以及高功率设备，如GTO的开关频率仍不做的非常高的在这种情况下，在最佳的PWM技术只是满足的需求该设备。

2）应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论

交流电机交流驱动系统是一个多变量、非线性、强耦合、时变控制对象，变频调速控制，电机控制的稳定状态方程的研究动态控制非常令人满意的结果的特点。 70年代初提出研究交流电机的控制过程的动态，不仅要控制每个变量的振幅，而控制的阶段，为了实现交流电机磁通和转矩的解耦矢量变换方法，促使高性能交流驱动系统逐渐向实际使用。高动态性能的电流矢量控制变频器已成功应用于轧机主传动，电力牵引系统和数控机床。此外，为了解决系统的复杂性和控制精度之间的矛盾，但也提出一个新的控制方法，如直接转矩控制，方向控制电压，特别是与微处理器控制技术，现代控制理论在各种控制方法也得到了应用，如二次型性能指标最优控制和双位模拟调节器控制，可以提高系统的动态性能，滑（滑模）变结构控制可以提高系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以得到状态信息不能测量，自适应控制能够全面提高系统的性能。此外，智能控制技术，如模糊控制，神经网络控制，也开始在交流变频调速驱动系统用于提高控制精度和鲁棒性。

3）广泛应用微电子技术

随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（Digital Signal Processor——DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit——ASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成的全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。

4 结论

虽然我国电力电子与电力系统传动系统技术得到了长足的发展，但与发达国家相比仍然存在较大差距，许多关键技术有待突破，关键部件还长期依赖进口的局面还没有打破。

参考文献

篇9

关键词：信息化时代；电气传动；技术分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.112

0 引言

如今，信息技术高速发展，进一步推进了我国社会生产力的发展。但是从生产能力与生产水平来看，我国仍处于相对落后的状态，尤其是工业化的发展水平。电气传动技术是工业化最基础的技术，它在工业领域的应用情况对我国工业化的发展造成直接的影响。所以，电气传动领域要顺应社会发展的趋势，不断地更新电气传动技术，不断融入信息技术，最终促进我国工业化的发展。

1 信息化时代的电气传动技术的基本概念

利用电动机实现电能与机械能之间的转换，利用转换的机械能带动生产的所有机械运行，从而使得生活中的各种生产设备、交通运输工具以及生活中所需要能量产品正常运行。这样的形式被称为电力传动。如今，是一个信息化高速发展的社会，人们越来越重视信息技术的利用，并将其运用到各个领域中。相反，人们对电动传动技术的重视降低，长此以往，会对机械的正常运行与持续发展产生一定程度的影响。就信息技术来说，它不属于原动力，不能直接使得机械正常运行，信息技术想要带动工业化的发展，必须要通过电力传动这个媒介进行。同时，电力传动技术要依赖于信息技术才能稳步发展，实现机械生产与社会发展的实际需要相符合。所以，想要促进工业化的发展，必须要将信息技术与电气化技术相结合。从电力传动技术方面来看，包括的主要内容是数字控制与数据通信、电子变换器等。要实现信息技术与电气传动的有机结合，就要从这几个方面入手，最终促进工业化的可持续发展。

2 信息化时代的电气传动技术分析

2.1 电力电子变换器是信息流与物质间传输的媒介

信息流与能量之间的重要媒介是电力电子技术，如果没有电力电子技术实现转换，没有利用弱电对强电的接口进行控制，那么，信息只是停留在信息的状态，不能实现对物质生产的真正控制。当前，电力电子技术发展处于上升阶段，不断涌现出新的电力电子器件以及变换技术。同时，电力电子技术的普及，社会越来越重视谐波与无功电流对供电电网产生的影响。为进一步解决这个问题，相关的研究单位需要大力地开发“绿色”电力电子变换器。要求功率因素处于可控制的范围内，各次谐波的分量比国际与国家要求的标准限度小。这是一种可行的方法。

2.2 数字控制与数据通信手段在电气传动技术中的运用

2.2.1 数字控制与数据通信手段的使用优势

就目前而言，电气传动控制主要是根据电子技术实现对机械的控制。控制模块主要包括数字控制与模拟控制。社会市场经济的不断发展，大规模的集成电路微处理器已经实现商品化，实现商品化之后又会进一步促进电子控制的发展。就数字控制来说，以微处理作为技术的核心内容，以控制器为主要的形式，这种形式在实际的使用过程中已经发挥了很大的作用。

PI调节器是数字控制器中使用最为广泛的形式，它所具有的优势，数字控制器也有。所以，可以从PI调节器的角度来讨论数字控制器的使用优点。PI调节器能快速地对控制作用的物体做出反应，在积分部分，能有效地累积积分偏差，并有效地消除稳态误差。在实际运用数字控制的过程中，不会对模拟控制器产生控制，另外还能最大限度地使用计算机有关的智能功能改进数字控制器，进一步促进数字控制器的智能化发展。

2.2.2 数字控制系统的故障检修与自我诊断功能

计算机控制具有很多优势，其中最主要的优势是自我诊断故障。逻辑判断以及数值计算能力是计算机必备的能力，所以，利用计算机能有效地处理事先所搜集的数据，并对这些数据进行精准的分析。在分析故障的过程中掌握数字控制系统出现故障的原因，并通过故障的原因对故障形成正确的判断，从而采取正确的措施有效地对故障进行处理，这样的一个过程被称为故障自诊断。计算机能可靠地完成工作是计算机完成故障自诊断的保障因素。确保检测元件准确无误。对元件的检查通常需要人工来检查。

3 结语

总而言之，信息技术的发展需要电气传动技术方面做出相应的改变，在电气传动中更多地利用先进的信息技术，将电气传动技术与信息技术充分地融合，使其更加满足现代社会生产的要求，将电气传动技术更加广泛地运用到工业生产过程中，进一步推进我国工业化发展的速度，实现社会经济效益的最大化。

参考文献：

[1]陈伯时.信息化时代的电气传动技术[J].自动化博览，2002（04）：4-7.

篇10

关键词：四象限变流器 三段不等分半控桥

1. 引言

HXD3型交流传动电力机车由大连机车车辆有限公司与日本东芝公司合作，以大连机车车辆有限公司研制的SSJ3型交流传动电力机车和日本东芝公司生产的EH500型电力机车为技术平台，为在中国主干线上进行大型货运牵引为目的而设计、研发的。

机车采用交流传动、PWM矢量控制等新技术，能够满足环境温度在-40～40℃、海拔高度在2500m以下适应在中国全境范围内运行，并尽量考虑对环境的保护。机车可以4台重联控制运行。

HXD3型电力机车每台机车装有两台变流装置，每台变流装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，使其结构紧凑，便于设备安装。参见图1。每组牵引变流器主要由四象限脉冲变流器、中间直流环节、PWM（脉冲宽度调制）逆变器等组成。

2. 四象限变流器与相控整流器的比较分析

HXD3型电力机车的牵引变流器中的整流器不再是相控整流器，而是采用了四象限变流器。下面分别对相控整流器（常用三段不等分半控桥式整流器）和四象限变流器的原理加以分析说明。

2.1.三段不等分半控桥式整流器的工作原理

目前担当运营任务的韶山系列电力机车普遍采用半控桥式整流电路作为整流器电路。其中以三段不等分半控桥式整流器（SS4改型，SS3B型等电力机车采用）最为典型。其电路主要由二极管和晶闸管组成。其原理图见图2。

网侧25KV（50Hz）单相交流电压经主变压器降压后，各段绕组的电压为：

第Ⅰ段：a2x2-T5T6D3D4工作，大桥调压，晶闸管的控制角为α1，T1～T4晶闸管封锁，即第Ⅱ段桥晶闸管的控制角α2和第Ⅲ段桥晶闸管的控制角α3均为π。负载电流流过a2x2、T5T6、D3D4、L、M、D1D2。整流输出电压的平均值为：

牵引传动系统进入工作时，主断路器闭合，从电网获得25KV（50Hz）的单相交流电压，经过牵引变压器降压后作为网侧四象限变流器的交流输入；刚得电时，只有充电接触器闭合，经过充电电阻给直流母线支撑电容充电；充电完成之后，闭合线路接触器，并断开充电接触器，网侧四象限变流器进入PWM（脉冲宽度调制）整流状态。该状态下，直流母线电压迅速提升至额定电压，随后电机侧逆变器投入工作，输出变压变频三相交流电压，驱动三相异步电动机工作。

网侧变流器连接于牵引变压器副方绕组输出端，具有H全桥电路拓扑结构，每个桥臂上、下开关器件均是IGBT（带有反并联快速恢复二极管）并联构成。网侧四象限变流器输出端同直流母线环节电路相连接。上述系统中牵引变压器经过特殊设计，能够提供适当的漏感，作为四象限变流器拓扑结构中的输入电感。中间直流环节的支撑电容主要功能是支撑直流母线电压稳定，限制电压纹波在允许的范围内。

根据上述实际系统中的四象限变流器结构，建立等效的电路拓扑，如图4所示。

稳态情况下，电路各个电量之间可以用矢量图来表示彼此关系。其中 为交流电网电压矢量； 为四象限变流器输入端电压矢量； 为交流电感电压矢量； 为交流侧电流矢量。

稳态矢量关系图见图6。

3. 结论

文中采用了对比的方法（将三段不等分半控桥整流器和四象限变流器进行比较），使大家对交流传动技术有一个比较深入的认识和理解。在实际应用中，交流传动技术具有很多优点，例如：黏着性能好，功率大、牵引力大，可靠性高、维修简便，效率高、利用率高、使用灵活性强，节能、功率因数高等。可以预见，交流传动机车不久之后将会全面取代采用直流传动技术的韶山系列电力机车，成为今后较长一段时间内机车的主要形式，交流传动技术也将成为今后的主要研究和发展方向。

参考文献

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中图分类号： F407.6文献标识码： A

目前，电动机已经成为大部分机械实现传动的主要方式，所以电动机传动为工业化生产奠定了基础。经历了几十年的研究，现在电动机已经完成自动化的蜕变过程，但是因为现代科技信息技术、智能化技术不断发展，电气传动技术正面临着一场前所未有的大改革，一些先进技术，例如传感技术、微电子技术以及电力电子技术等研究融入到了该领域，这三者负责推动大电子体系进行升级换代，最终有利于电气传动技术跨入全信息化、智能化时代。

1、 电气传动控制的主要手段是数据通信与数字控制

机械控制是电气传动最早采用的手段，在后来的发展中逐渐被电子控制与电气控制替代。而且电子控制被采用频率较高，主要有数字控制与模拟控制两种。从20世纪70 年代开始，集成电路微处理器被大规模采用与商业领域，其具备成本低、耗能少、功能强大、较可靠等优势。它的采用将电子传动控制技术推上了一个新的台阶，正式把微处理器作为现代化电气传动控制器的核心技术。

2、逐步取代可控交流电气传动是基本趋势 我国要实现可持续发展，节约能量是必须的。变频调速对节约电能相当可观。在实际应用中，风机、泵、压缩机的电动机大约40%应用电气传动，但应用变频调速的只有约5%。可见，今后交流变频调速还需要大力推广。变频调速采用的使设计观念有所改变，过去设计制造电动机主要考虑起动转矩大的问题。由于增加启动电阻就增大了启动转矩，异步电动机定子常采用双笼或深槽结构。启动后磁场对转子强切割，产生的集肤效应，把转子电流排到外绕组中，外绕组电阻就很大，这样启动电阻就大，以保证足够的启动转矩。同时转子尺寸加大了，转子、定子也会加大，相当于材料多，重量加。有了变频调速频率从低到高，电机的启动转矩自然会变得比较大。从此在电机设计制造思想上有了变革，摆脱启动转矩，按变频调速的工况考虑，不仅提高电效率，同时实现电动机小型化，有利于实现走变频专用电机高效，这个设计思路与为提高电动机效率而使用更多铜、铁材料有所不同。 虽然在19世纪直流电气传动和交流电气传动先后诞生，但到20世纪以后的年代里，由于二者性能不同，应用情况也有所区别，比如直流传动具有优越的可控性能，于是高性能可调速传动一般都用直流电机，而约占电气传动总容量80%的不变速传动则采用交流电机，这种分工格局是客观的。但是到了1970年以后，电力电子变换器的高效交流变频传动开发成功，优点很多，结构简单、维护方便、效率高、成本低廉，工作可靠、转动惯量小的交流笼型电机进入了可调速领域，打破了交直流传动按调速分工的格局。交流调速传动发展方向和应用体现三方面；一是一般性能的节能调速和工艺调速；二是高性能交流调速系统；三是特大容量、极高转速的交流传动。国内外在交流调速上发展都非常快，交流传动中一般采用交——直——交变频。所谓变频调速，即把50HZ的交流电源变成直流电，再把直流电逆变成不同频率的交流电，将由变换后的电源频率来控制电动机的转速的调速方法。

3、物质能量流与信息流之间必需的接口

由于电力电子变换器的普及，使得谐波和无功电流给供电电网造成一定的“电力公害”，必须采取相应措施：一是采用有源滤波和无功补偿；二是开发“绿色”电力电子变换器，这是一种治本的办法，因为它要求功率因数可控，各次谐波分量小于国际和国家标准允许的限度。现在实际应用的绿色变换器有：双PWM交——直——交变换器、多单元串联的中压变换器、多电平中压变换器等多种。被看好并会被开发的有：交一，交矩阵式变换器，它具有输入电流和输出电压都接过正弦波、能量传输可逆、可省去直流滤波电容等优点。由于有电力电子变换，才有弱电控制强电的接口，否则信息始终就是信息，不可能真正用来控制物质产生，所以，电力电子技术是信息流与物质能量流之间的重要纽带。当今正是电力电子技术蓬勃发展时期，许多新的电力电子器件和变换技术正在大量涌现。其中电力电子器件的发展大体分三个阶段：开始是晶闸管(SCR)；其次是GTR和CTO；第三是IGBT。现在市场上IGBT能够广泛供应，但由于其电压和电流容量有限，所以只能在中、小容量的低压电气传动使用。如果容量再大，必须采用GTO，由于GTO的可靠性不很高，所以，现在各国电力电子企业和研究所都在努力开发新型的高压功率开关器件，并且有的已经问世了。例如，IGCT．IEGT以及3300-6000V的IGBT等，这些都可供中压、大容量电气传动使用。从总的看，电力电子器件的基本发展方向是，模块化、集成化、高频化、改善封装和采用新材料(如SIC)等，这种发展为电气传动的信息化、智能化的控制提供了重要基础和保障。在电力电子变换器中，主要是由全控器件组成的斩波器或PWM变换器以及晶闸管相控整流器。用于控制直流电机。变压变频器主要用于控制交流电机，其中中、小容量的多为PWM变换器。

4、变频调速技术优势

现在我们说电气传动正面临着一场革命，是说它正在向智能化迈进，作为我们搞自动化的同志来讲，上百年来研究电动机只是实现了自动化，现在再进人到一个智能化，也就是一个系统优化的问题。优化的焦点是把微电子技术、电力电子技术、传感技术融人到电气传动的领域，这三者构成“大电子体系”，只有这样的大电子体系，才能带动、改造传动产业升级换代。这样的融人把物料流、能源流、信息流三者汇流在一起，形成当代的智能化传动系统。过去讲调速，搞电机的人总是希望从电机内部结构性能的改进来实现，结果是不理想的。有了变频调速以后，这方面有了很大改进。所以我们已经不能单纯从电动机的内部来解决传动的问题，我个人以为要把电机、调速装置和用电器看成是一个整体，不是单纯追求单机的高效，现在进人智能化时代，我们要追求把单机额定工况点的高效提高到系统的高效。我们希望在很大的一个工作面上，通过调速都能达到电机和系统的高效，这是我们现代电气传动的又一个特点。国民经济要实现可持续发展，就必须节能，电机用在风机、泵、压缩机等通用机械里，采用了变频调速，可以达到一个相当可观的节能效果，但实际上在电气传动中，用于风机、泵、压缩机的电动机大约只占到40％，这一部分的节能重要性不必再去怀疑。要理解电气传动的全部，还应该包括工艺调速、牵引调速和精密调速。这些调速应用的目的主要是提高产品的工艺水平、产品质量、生产产量和效率，达到产品制造工艺要求，比如轧钢、印刷等都是围绕怎么样提高精度，达到工艺要求。这一部分也会有节能效果，但它不是主要的目的。以轧钢为例，采用交流传动替代直流传动，虽然节能绝对量也不小，但是跟轧钢产量的提高带来的总效益来比，节能经济效益大约占到7％一8％。交流传动的优点是转动惯量小，动作时间就缩短，在轧钢的时候，提高了工作效率，一小时产量大约可以提高20％，这对钢厂来说就很了不得了，这个经济效益要比起节能来说大了许多。在通用机械的领域里面，我们大家习惯强调的是变频调速技术节能优势，我首先肯定这是对的，但是在很多国民经济的领域中，它更多的应用不完全是为了节能，而是为了满足工艺上的要求以及生产技术改造上的要求。

5、结语

电气传动技术发展要随着信息化、智能化技术不断发展，将向着网络化控制与管理的方向迈进。

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就当前我国在电力电子技术方面的发展而言，其研究的主要内容包括以下四个方面：（1）电力电子元器件以及功率集成电路。（2）电力电子变换器技术。该技术研究的内容主要包括新能源的节约、电力能源的节约、新能源电力电子、空间以及军事应用中的特殊电力电子变换器技术等。（3）电力电子技术的应用。在其应用方面研究的主要内容是将超高功率转换器应用于钢铁、电力牵引、可再生能源发我国电力电子与电力传动系统发展问题和方向的分析代维菊黑龙江省绥化学院电气工程学院152061电、电力、船舶推进、冶金等工业方面以及电力电子系统的网络化、信息化发展。（4）电力电子系统的集成。在系统集成方面，其研究内容主要包含标准化电力电子模块、多芯片系统的集成、单芯片系统的集成、集成电力电子系统的可靠性以及稳定性研究等。

2我国电力电子在发展过程中遇到的问题

目前，我国在研究电力电子技术方面还存在着诸多的问题，这些问题都严重的制约了我国经济的发展。主要问题有：现今我国电力电子产品大多是采用的晶闸管，虽然利用晶闸管可以创造出一部分科技含量较高的产品和设备，但是这些产品和设备多使用的是国外的生产设备以及多组分组集成制造法，特别是很多先进的全控型电力电子器件，几乎全都需要从国外进口，才能满足国内的技术要求，尤其是很多关系着我国的经济发展以及社会安全的关键领域中的核心技术、设备、软件等。另外，我国电力电子技术与国外发达国家的差距甚大，这在一定程度上影响着我国与国外经济的合作。在过去的几十年中，我国经济发展的各部门都先后从欧美发达国家中引进了先进的电力电子技术，并且开始重视国内技术的发展。就目前的发展情况而言，虽然表面上显示出我国在很多技术方面可以满足国内的要求，但实际上在很多关键技术领域，我国的电力电子技术依然需要进口，国内的技术水平依然相对较低。国内与国外发达国家在电力电子技术方面的主要区别在于电力电子技术的发展依然存在着技术含量低、产品可靠性差、数字控制水平满足不了社会的要求、系统控制软件的水平低、应用程序的控制技术差、重大项目领域缺乏经验等问题。这就使得我国必须要依赖从国外进口高性能、高功率的电力电子转换器设备才能满足国内的使用。

3提高我国电力传动系统性能的主要方法

现今，我国电力传动系统研究工作主要围绕着交流传动系统进行。伴随着交流电动机调速装置的性能越来越完善以及调速理论的重大突破，电动机的调速技术渐渐从直流发电机—电动机组调速、晶闸管可控整流器、直流调压调速向交流电动机变频调速转变。之所以交流传动系统发展的这么迅速，其原因与我国在功率半导体器件的制造技术、交流电动机控制技术、以大规模集成电路和微型计算机为基础的数字化控制技术、电力变换技术等关键性技术方面的突破有关。要提高交流传动系统的整体性能，可从以下三个方面开展研究工作：（1）PWM技术的应用随着电压型PWM逆变器在高性能交流驱动系统中的广泛应用，我国对PWM技术的研究更为深入。PWM功率半导体器件的开关控制主要采用是高频技术，一般来说，PWM技术可分为三类进行研究，即随机PWM、正弦PWM以及优化PWM。正弦PWM的开关频率对于提升电力电子器件的功率有着非常突出的作用，这使得该技术在中小功率交流驱动系统中的应用极为广泛。不过，这种技术不适用于容量过大的电源转换设备，因为高开关频率将会引起极大的开关损失。（2）直接转矩、矢量控制技术的应用对于交流电机的交流驱动系统而言，其具有强耦合、多变量、非线性等特点，这就使得其控制工作变得十分的动态化，不过我国目前在这方面的研究还是较为成功的。在上世纪七八十年代，我国就提出了交流电机的动态控制理论，该理论要求不仅要对各个变量的振幅进行全面的控制，同时还要对各个阶段进行控制。直接转矩控制技术以及矢量控制技术是我国在交流驱动系统控制中的主要技术，此外，随着科学技术的发展，神经网络控制、模糊控制等智能控制技术也在我国逐渐发展起来，对提高交流传动系统的控制精确度有着极其重要的作用。（3）微电子技术的应用微电子技术对于提高我国数字控制处理芯片的运算能力以及可靠性有着极大的作用。当前，适合用在交流传动系统中的微处理器有ApplicationSpecificIntegratedCircuit—ASIC、DigitalSignalProcessor—DSP、单片机等。其中，高性能计算机的结构形式主要采用的是多总线结构、多处理器结构以及流水线结构等。

4结束语

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行走驱动系统是工程机械的重要组成部分。与工作系统相比，行走驱动系统不仅需要传输更大的功率，要求器件具有更高的效率和更长的寿命，还希望在变速调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的能力。于是，采用何种传动方式，如何更好地满足各种工程机械行走驱动的需要，一直是工程机械行业所要面对的课题。尤其是近年来，随着我国交通、能源等基础设施建设进程的快速发展，建筑施工和资源开发规模不断扩大，工程机械在市场需求大大增强的同时，更面临着作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂等所带来的挑战，也进一步推动着对其行走驱动系统的深入研究。

这里试图从技术构成及性能特征等角度对液压传动技术在工程机械行走驱动系统的发展及其规律进行探讨。

1.基于单一技术的传动方式

工程机械行走系统最初主要采用机械传动和液力机械传动（全液压挖掘机除外）方式。现在，液压和电力传动的传动方式也出现在工程机械行走驱动装置中，充分表明了科学技术发展对这一领域的巨大推动作用。

1.1机械传动

纯机械传动的发动机平均负荷系数低，因此一般只能进行有级变速，并且布局方式受到限制。但由于其具有在稳态传动效率高和制造成本低方面的优势，在调速范围比较小的通用客货汽车和对经济性要求苛刻、作业速度恒定的农用拖拉机领域迄今仍然占据着霸主地位。

1.2液力传动

液力传动用变矩器取代了机械传动中的离合器，具有分段无级调速能力。它的突出优点是具有接近于双曲线的输出扭矩-转速特性，配合后置的动力换挡式机械变速器能够自动匹配负荷并防止动力传动装置过载。变矩器的功率密度很大而负荷应力却较低，大批生产成本也不高等特点使它得以广泛应用于大中型铲土运土机械、起重运输机械领域和汽车、坦克等高速车辆中。但其特性匹配及布局方式受限制，变矩范围较小，动力制动能力差，不适合用于要求速度稳定的场合。

1.3液压传动

与机械传动相比。液压传动更容易实现其运动参数（流量）和动力参数（压力）的控制，而液压传动较之液力传动具有良好的低速负荷特性。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点，液压传动在工程机械中得到了广泛的应用。几乎所有工程机械装备都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。极限负荷调节闭式回路，发动机转速控制的恒压，恒功率组合调节的变量系统开发，给液压传动应用于工程机械行走系提供了广阔的发展前景。

1.4电力传动

电力传动是由内燃机驱动发电机，产生电能使电动机驱动车辆行走部分运动，通过电子调节系统调节电动机轴的转速和转向，具有凋速范围广，输人元件（发电机）、输出元件（电动机）、及控制装置可分置安装等优点。电力传动最早用于柴油机电动船舶和内燃机车领域，后又推广到大吨位矿用载重汽车和某些大型工程机械上，近年来又出现了柴油机电力传动的叉车和牵引车等中小型起重运输车辆。但基于技术和经济性等方面的一些原因，适用于行走机械的功率电元件还远没有像固定设备用的那样普及，电力传动对于大多数行走机械还仅是“未来的技术”。

2.液压与机械和液力传动的复合

2.1串联方式

串联方式是最为简单和常见的复合方式，是在液压马达或液压变速器的输出端和驱动桥之间设置机械式变速器以扩大调速的高效区，实现分段的无级变速。目前已广泛用于装载机、联合收获机和某些特种车辆上。对其的发展是将可在行进间变换传动比的动力换挡行星变速器直接安装在驱动轮内，实现了大变速比的轮边液压驱动，因而取消了驱动桥，更便于布局。

2.2并联方式

即为通常所称的“液压机械功率分流传动”，可理解为一种将液压与机械装置“并联”分别传输功率流的传动系统，也就是是利用多自由度的行星差速器把发动机输出的功率分成液压的和机械的两股“功率流”，借助液压功率流的可控性，使这两股功率流在重新汇合时可无级调节总的输出转速。这种方式将液压传动的无级调速性能好和机械传动的稳态效率高这两方面的优点结合起来，得到一个既有无级变速性能，又有较高效率和较宽高效区的变速装置。

2.3分时方式

对于作业速度和非作业状态下转移空驶速度相差悬殊的专用车辆，采用传统机械变速器用于高速行驶、附加液压传动装置用于低速作业的方式能很好地满足这两种工况的矛盾要求。机械―液压分时驱动的方式在此类车辆上的应用已很普遍，这一技术也已被应用机除冰车和田间移栽机等需要“爬行速度”的车辆和机具上。

2.4分位方式

把液压马达直接安装在车轮内的“轮边液压驱动装置”是一种辅助液压驱动装置，可以解决工程机械需要提高牵引性能，但又无法采用全轮驱动方式，难以布置传统的机械传动装置的问题。液压传动的无级调速性能使以不同方式传动的驱动轮之间能协调同步，这在某种意义上也可视为一种功率分流传动：动力机的功率被分配到几组驱动轮上，经地面耦合后产生推动车辆运动的牵引力。目前，许多工程机械制造厂商将这一技术用于具有部分自走驱动能力的，诸如自走式平地机和铲运机这样的工程机械上。

2.5液压与电力传动的复合

由于现代技术的发展，电子技术在信号处理的能力和速度方面占有很大的优势，而液压与电力传动在各自功率元件的特性方面各有所长。因此，除了现在已普遍存在的“电子神经+液压肌肉”这种模式外，两者在功率流的复合传输方面也有许多成功的实例，如：由变频或直流调速电机和高效、低脉动的定量液压泵构成的可变流量液压油源，用集成安装的电动泵-液压缸或低速大扭矩液压马达构成的电动液压执行单元，以及混合动力工业车辆的驱动系统等。

2.6二次调节静液传动系统

二次调节静液传动技术是通过对液压元件所进行的调节来实现液压能与机械能互相转换。一般来说，它的实现是以压力耦联系统为基础的，在一次元件（泵）及二次元件（马达）间采用定压力偶合方式，依靠实时调节马达排量来平衡负荷扭矩。目前，对二次调节静液传动技术进行研究的出发点是对传动过程进行能量的回收和能量的重新利用，从宏观的角度对静液传动总体结构进行合理的配置以及改善其静液传动系统的控制特性。

为了使不具备双向无级变量能力的液压马达和往复运动的液压缸也能在二次调节系统的恒压网络中运行，出现了利用二次调节技术的“液压变压器”，它类似于电力变压器用来匹配用户对系统压力和流量的不同需求，从而实现液压系统的功率匹配。

二次调节静液传动系统与传统静液传动系统相比，其优点是更便于控制，能在四个象限中工作，可在不转变能量形式情况下回收能量，进行能量的存储，利用液压蓄能器加速可大大提高加速功率，且系统中无压力峰值，由于一次元件和二次元件分开安装，可通过一个泵站给多个液压动力元件提供油源，减少了冷却费用，设备的制造成本降低，系统效率高。

二次调节静液传动与电力传动相比，具有闭环控制动态响应快、功率密度高、重量轻、安装空间小等优点。

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【关键词】 电气传动技术 电动机 电力电子变换器 交流变频调速 发展趋势

电气传动技术是指通过电动机将电能转化为机械能，然后带动各种类型的交通车辆、生产机械和生活设备等运行。自十九世纪发明电动机以来，电气传动技术被广泛地应用于电力、冶金、水力、化工和石油等行业中，成为工业现代化的重要基础和推动力。近年来随着电力电子技术、传感技术和微电子技术的快速发展，电气传动技术正面临着一场历史革命，交流调速取代直流调速已经成为发展趋势，这促使电气传动技术向着智能化和信息化的方向不断发展。

1 电气传动的分类

按照所使用的传动装置类型，可将电气传动分为直流电气传动和交流电气传动，两者所使用的电动机分别为直流电动机和交流电动机。在二十世纪八十年代以前，直流电气传动在高性能的电气传动领域占据了绝对的统治地位，其虽然有较好的优越性，但是也有一些直流电动机本身难以克服的缺点，主要是容量、电流和电压的上限值所带来的约束。二十世纪八十年代以后，伴随着计算机控制技术和电力电子技术的发展，交流电气传动的应用日益增多，其在高性能的电气传动领域多占比例不断上升。

（1）直流电气传动。直流电动机有三种调速方式，分别为弱磁升速、调压调速和变电阻调速。由于现代工业企业的低压供电系统多使用交流供电，因此调压调速方式目前的应用最为广泛。自应用以来，直流电气传动经历了如下的发展历程：开环控制单闭环控制多闭环控制；硬件控制软件控制；模拟电路控制数模电路混合控制数字电路控制；分立元件电路控制小规模集成电路控制大规模集成电路控制。

（2）交流电气传动。交流异步电动机有三种调速方式，分别为转差功率回馈型调速、转差功率消耗型调速和转差功率不变型调速，其中转差功率不变型调速是目前应用最广和效率最高的调速方式。自应用以来，交流电气传动经历了如下的发展趋势：分立元件电路控制小规模集成电路控制大规模集成电路控制；硬件控制软件控制；模拟电路控制数字电路控制；转速开环的恒压频比控制转速闭环转差频率控制矢量控制解耦控制模糊控制。

2 电气传动控制的主要措施

机械控制是最早的自动控制措施，后来逐渐被电子控制和电气控制所取代。二十世纪七十年代以后，成本低、体积小、能耗低、速度快和可靠性高的大规模集成电路微处理器逐渐商品化，这极大地促进了电子控制的发展，目前电气传动系统控制器的主要方式已经是以微处理器为核心的数字控制方式。作为最为常用的电子控制方式，数字控制和模拟控制具有不同的适用范围和优点，但毋庸置疑地，数字控制正在不断取代模拟控制：数字控制系统能够进行故障的自我诊断，从而提高诊断结果的可靠性和诊断过程的智能化；数字控制器能够实现模拟控制所无法实现的多种复杂控制策略。

3 交流变频调速的发展

随着小功率晶体管和普通晶闸管的实用化，交流变频调速以其优异的制动性能、高功率因素和低能耗逐渐成为了交流调速的主流。作为既有弱电存在又有强电存在的综合调速技术，交流变频调速要同时处理信息的可靠传输和电能向机械能的转换，因此它的共性技术包括控制和功率两个部分，其核心是解决智能功率模块和新型嵌入式控制器件的应用技术问题，以及硬件和软件开发的相关技术问题。近年来随着微电子技术和电力电子技术的发展，交流变频调速正在向着如下方向不断演变：

（1）向着大容量和特大容量等级的方向不断发展。交流变频调速系统已由中小容量发展到大容量和特大容量等级，其性能指标问题也得到了解决，从而弥补了直流调速系统在特大容量调速时的空白。

（2）向着长期连续运行和高可靠性的方向不断发展。交流变频调速的可靠性不断提高，同时可以长期连续运行，从而满足某些场合不停机检修的要求或是对可靠性的特殊要求。

（3）向着高精度转速控制的方向不断发展。相较于直流调速，交流变频调速除了控制部分具有同样良好的性能，其异步电动机本身固有的优点极大地提高了整个系统的控制性能。此外，使用数字锁相控制的异步电动机变频调速系统，其调速精度可达到0.002%，这是直流调速所无法实现的。

4 系统化、绿色化和集成化的发展

电气传动技术日后的发展必然是将逆变器、电网、整流器、控制系统和生产机械作为一个整体，从系统上进行整体考虑，例如要求和上位控制的可编程控制器通过串行通信连接，一般具有串行通讯标准功能（RS-485、RS-232），此外还通过专用的开放总线方式来运行。

近年来越来越多的学者和厂家将研究重点放在了清洁电能变流器的开发上，致力于使变流器的功率因素接近于1，通过减少负载侧和网侧的谐波分量来降低对电网的危害和电动机的转矩脉动。目前已经投入使用的清洁电能变流器有：多单元串联的中压变换器、双PWM交-直-交变换器、多电平中压变换器等。从这个意义上而言，电气传动技术日益向着绿色化的方向不断发展。

紧凑型变流器要求控制元件和功率具有较高的集成度，其中包括紧凑型的光耦合器、智能化的功率模块、使用新型电工材料的小体积变压器和电容器、高频率的开关电源等。这就意味着，电气传动技术向着集成化的方向不断发展，相关装置的尺寸不断缩小。

5 电力电子变换器是物质能量流和信息流间必需的接口

作为物质能量流和信息流间必需的接口，电力电子变换器经历了如下发展历程：晶闸管GTR和GTOIGBT，其中IGBT目前的电流和电压容量还比较有限，一般只适用于小中容量的低压电气传动使用，而GTO适合于大容量的低压电气传动，但是GTO的可靠性还有待提高。日后电力电子变换器的发展方向是集成化、模块化、改善封装、高频化和使用新型材料等，它可以为电气传动的智能化和信息化提供强有力的保障。在电力电子变换器中，主要由全控器件组成的斩波器/PWM变换器、晶闸管相控整流器来控制直流电机，由变压变频器来控制交流电机。

综上所述，电气传动技术在我国经济和社会的发展中发挥着举足轻重的作用，随着现代科学技术的不断发展，越来越多的先进技术（如微电子技术和传感技术等）融入到电气传动技术的研究中，这促使电气传动技术不断向着实用化、智能化、信息化、交流化、数字化、集成化和绿色化的方向发展。

参考文献：