0.1　電機(jī)及電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述

眾所周知，電能在現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應(yīng)用。而電機(jī)是生產(chǎn)、傳輸、分配及應(yīng)用電能的主要設(shè)備。在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，電力拖動(dòng)系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程所必不可少的傳動(dòng)系統(tǒng)，是生產(chǎn)過程電氣化、自動(dòng)化的重要前提。

0.1.1　電機(jī)

電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置，它應(yīng)用廣泛、種類繁多、性能各異，分類方法也很多。電機(jī)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(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器和控制電機(jī)四大類。發(fā)電機(jī)的功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；電動(dòng)機(jī)的功能則是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，它可以作為拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)力，是國民經(jīng)濟(jì)各部門應(yīng)用最多的動(dòng)力機(jī)械，也是最主要的用電設(shè)備；變壓器的功能是將一種電壓等級的電能轉(zhuǎn)換為同頻率另一種電壓等級的電能；控制電機(jī)主要用于完成信號的變換與傳遞，通常用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，做檢測、校正及執(zhí)行元件之用，如國防工業(yè)、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、機(jī)器人和音像設(shè)備等均大量使用控制電機(jī)。

另一種分類方法是按照電機(jī)的結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分類，可分為變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。變壓器為靜止不旋轉(zhuǎn)電機(jī)；根據(jù)電源電流的不同旋轉(zhuǎn)電機(jī)又分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類。交流電機(jī)又可分為異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類，它們的工作原理和運(yùn)行特性有很大差別。同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速始終與所接電網(wǎng)的頻率之間存在著嚴(yán)格不變的關(guān)系，不隨負(fù)載的大小變化，電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)幾乎都是同步電機(jī)；異步電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)。

綜合以上2種分類方法，可歸納如下：

0.1.2　電力拖動(dòng)系統(tǒng)

用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)，稱為電力拖動(dòng)系統(tǒng)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制設(shè)備及電源5個(gè)部分組成。其中電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（或直接）驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械工作；生產(chǎn)機(jī)械是執(zhí)行某一生產(chǎn)任務(wù)的機(jī)械，是電力拖動(dòng)的對象；控制設(shè)備由各種控制電氣元件、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器等組成，用來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，對生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；電源為電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備提供電能，是不可缺少的部分。

按照電動(dòng)機(jī)的種類不同，電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)和交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩大類。

縱觀電力拖動(dòng)的發(fā)展過程，交流、直流2種拖動(dòng)方式并存于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。各個(gè)時(shí)期科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平不同，所處的地位也有所不同，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，在相互競爭、相互促進(jìn)中發(fā)生著深刻的變革。在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動(dòng)是唯一的一種電力拖動(dòng)方式。19世紀(jì)末，由于研制出了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的交流電動(dòng)機(jī)，使交流電力拖動(dòng)在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是精密機(jī)械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過程的進(jìn)步，對電力拖動(dòng)在啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度與范圍等靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)方面提出了新的、更高的要求。由于交流電力拖動(dòng)比直流電力拖動(dòng)在技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)這些要求，所以20世紀(jì)以來，在可逆、可調(diào)速與高精度的拖動(dòng)領(lǐng)域中，在相當(dāng)長一個(gè)時(shí)期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動(dòng)，而交流電力拖動(dòng)則主要用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。

雖然直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能優(yōu)異這一突出優(yōu)點(diǎn)，但是由于它具有電刷與換向器，使得它的故障率較高，電動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境受到限制，其電壓等級、額定轉(zhuǎn)速、單機(jī)容量的發(fā)展也受到限制。所以在20世紀(jì)60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速的不斷進(jìn)步和完善，在調(diào)速性能方面由落后狀態(tài)發(fā)展到可與直流調(diào)速媲美。現(xiàn)在，交流調(diào)速在很多場合已取代直流調(diào)速。在不遠(yuǎn)的將來，交流調(diào)速將完全取代直流調(diào)速，可以說這是一種必然的發(fā)展趨勢。

0.1.3　電機(jī)及電力拖動(dòng)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用

在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中，電機(jī)工業(yè)是機(jī)械工業(yè)的一個(gè)重要組成部分，電機(jī)是機(jī)電一體化中機(jī)和電的結(jié)合部位，是機(jī)電一體化的一個(gè)很重要的基礎(chǔ)，電機(jī)可稱為電氣化的心臟。電機(jī)對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的作用，并隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。

電機(jī)的發(fā)展又與電能的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。電能是現(xiàn)代社會(huì)一種最主要的能源，這主要是由于它的生產(chǎn)和變換比較經(jīng)濟(jì)，傳輸和分配比較容易，使用和控制比較方便，而要實(shí)現(xiàn)電能的生產(chǎn)、變換、傳輸、分配、使用和控制都離不開電機(jī)。

在電力工業(yè)中，發(fā)電機(jī)和變壓器是電站和變電所的主要設(shè)備。在電站，利用發(fā)電機(jī)可將原始能源（如：水能、風(fēng)能、熱能、化學(xué)能、太陽能、核能等）轉(zhuǎn)換為電能；在變電所，電能在遠(yuǎn)距離傳輸前，利用升壓變壓器把發(fā)電機(jī)發(fā)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(wǎng)的高電壓變換成低電壓后才能安全使用。在機(jī)械、冶金、化工等工業(yè)企業(yè)中，大量應(yīng)用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，去拖動(dòng)機(jī)床、起重機(jī)、軋鋼機(jī)、電鏟、抽水機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等各種生產(chǎn)機(jī)械。在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，電力排灌、播種、收割等農(nóng)用機(jī)械都需要規(guī)格不同的電動(dòng)機(jī)去拖動(dòng)。在交通運(yùn)輸業(yè)中，電車、地鐵、電梯、飛機(jī)、輪船等也需要各種電動(dòng)機(jī)。在醫(yī)療器械及家用電器中也離不開功能各異的小功率電動(dòng)機(jī)。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程的各種要求，需要廣泛采用各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械。拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用氣動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。由于電力拖動(dòng)具有控制簡單、調(diào)節(jié)性能好、損耗小、經(jīng)濟(jì)、能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此電力拖動(dòng)已成為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)中最廣泛的拖動(dòng)方式。而且隨著近代電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及自動(dòng)控制理論的應(yīng)用，電力拖動(dòng)控制裝置的特性品質(zhì)正在得到不斷的提高，從而可提高生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性、可靠性、快速性和生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，便于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，所以電力拖動(dòng)也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)電氣自動(dòng)化的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。