0.1　電機及電力拖動系統概述

眾所周知，電能在現代化工農業生產及整個國民經濟的各個領域獲得了極為廣泛的應用。而電機是生產、傳輸、分配及應用電能的主要設備。在現代化生產過程中，電力拖動系統是為了實現各種生產工藝過程所必不可少的傳動系統，是生產過程電氣化、自動化的重要前提。

0.1.1　電機

電機是利用電磁感應原理進行能量轉換的機械裝置，它應用廣泛、種類繁多、性能各異，分類方法也很多。電機常用的分類方法主要有如下2種：

一種分類方法是按功能用途分，可分為發電機、電動機、變壓器和控制電機四大類。發電機的功能是將機械能轉換為電能；電動機的功能則是將電能轉換為機械能，它可以作為拖動各種生產機械的動力，是國民經濟各部門應用最多的動力機械，也是最主要的用電設備；變壓器的功能是將一種電壓等級的電能轉換為同頻率另一種電壓等級的電能；控制電機主要用于完成信號的變換與傳遞，通常用于自動控制系統中，做檢測、校正及執行元件之用，如國防工業、數控機床、計算機外圍設備、機器人和音像設備等均大量使用控制電機。

另一種分類方法是按照電機的結構或轉速分類，可分為變壓器和旋轉電機。變壓器為靜止不旋轉電機；根據電源電流的不同旋轉電機又分為直流電機和交流電機兩大類。交流電機又可分為異步電機和同步電機兩大類，它們的工作原理和運行特性有很大差別。同步電機運行時轉子轉速始終與所接電網的頻率之間存在著嚴格不變的關系，不隨負載的大小變化，電力系統中的發電機幾乎都是同步電機；異步電機處于電動機運行狀態時轉速低于同步轉速，處于發電機運行狀態時轉速高于同步轉速。異步電機主要用作電動機。

綜合以上2種分類方法，可歸納如下：

0.1.2　電力拖動系統

用電動機作為原動機來拖動生產機械運行的系統，稱為電力拖動系統。電力拖動系統一般由電動機，生產機械的工作機構、傳動機構，控制設備及電源5個部分組成。其中電動機把電能轉換為機械能，通過傳動機構（或直接）驅動生產機械工作；生產機械是執行某一生產任務的機械，是電力拖動的對象；控制設備由各種控制電氣元件、工業控制計算機、可編程控制器等組成，用來控制電動機的運動，對生產機械的運動實現自動控制；電源為電動機和控制設備提供電能，是不可缺少的部分。

按照電動機的種類不同，電力拖動系統分為直流電力拖動系統和交流電力拖動系統兩大類。

縱觀電力拖動的發展過程，交流、直流2種拖動方式并存于各個生產領域。各個時期科學技術的發展水平不同，所處的地位也有所不同，隨著工業技術的發展，在相互競爭、相互促進中發生著深刻的變革。在交流電出現以前，直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式。19世紀末，由于研制出了經濟實用的交流電動機，使交流電力拖動在工業中得到了廣泛的應用。但是隨著生產技術的發展，特別是精密機械加工與冶金工業生產過程的進步，對電力拖動在啟動、制動、正反轉以及調速精度與范圍等靜態特性和動態響應方面提出了新的、更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術上難以實現這些要求，所以20世紀以來，在可逆、可調速與高精度的拖動領域中，在相當長一個時期內幾乎都是采用直流電力拖動，而交流電力拖動則主要用于恒轉速系統。

雖然直流電動機具有調速性能優異這一突出優點，但是由于它具有電刷與換向器，使得它的故障率較高，電動機的使用環境受到限制，其電壓等級、額定轉速、單機容量的發展也受到限制。所以在20世紀60年代以后，隨著電力電子技術的發展，交流調速的不斷進步和完善，在調速性能方面由落后狀態發展到可與直流調速媲美。現在，交流調速在很多場合已取代直流調速。在不遠的將來，交流調速將完全取代直流調速，可以說這是一種必然的發展趨勢。

0.1.3　電機及電力拖動在國民經濟中的作用

在國民經濟生產中，電機工業是機械工業的一個重要組成部分，電機是機電一體化中機和電的結合部位，是機電一體化的一個很重要的基礎，電機可稱為電氣化的心臟。電機對國民經濟的發展起著重要的作用，并隨著國民經濟和科學技術的發展而不斷發展。

電機的發展又與電能的發展緊密聯系在一起。電能是現代社會一種最主要的能源，這主要是由于它的生產和變換比較經濟，傳輸和分配比較容易，使用和控制比較方便，而要實現電能的生產、變換、傳輸、分配、使用和控制都離不開電機。

在電力工業中，發電機和變壓器是電站和變電所的主要設備。在電站，利用發電機可將原始能源（如：水能、風能、熱能、化學能、太陽能、核能等）轉換為電能；在變電所，電能在遠距離傳輸前，利用升壓變壓器把發電機發出的低壓交流電變換成高壓交流電，而電能在供給用戶使用前，利用降壓變壓器把來自高壓電網的高電壓變換成低電壓后才能安全使用。在機械、冶金、化工等工業企業中，大量應用電動機把電能轉換為機械能，去拖動機床、起重機、軋鋼機、電鏟、抽水機、鼓風機等各種生產機械。在現代化農業生產中，電力排灌、播種、收割等農用機械都需要規格不同的電動機去拖動。在交通運輸業中，電車、地鐵、電梯、飛機、輪船等也需要各種電動機。在醫療器械及家用電器中也離不開功能各異的小功率電動機。

在現代工業生產中，為了實現生產工藝過程的各種要求，需要廣泛采用各種各樣的生產機械。拖動各種生產機械運轉，可以采用氣動、液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單、調節性能好、損耗小、經濟、能實現遠距離控制和自動控制等一系列優點，因此電力拖動已成為現代工農業中最廣泛的拖動方式。而且隨著近代電力電子技術和計算機技術的發展以及自動控制理論的應用，電力拖動控制裝置的特性品質正在得到不斷的提高，從而可提高生產機械運轉的準確性、可靠性、快速性和生產過程的自動化程度，便于提高勞動生產率和產品質量，所以電力拖動也是實現工業電氣自動化的基礎，在國民經濟發展中發揮著越來越重要的作用。