时间：2022-12-28 04:54:43
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电源技术发展论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
（一）供电系统的现状
通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能，从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。
（二）通信电源设备的更新换代
近年来，随着技术的进步，特别是功率器的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断改进，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，通信电源在系统的可靠性、稳定性，电磁兼容性，消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。
（三）现行通信电源的电路模型和控制技术
目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路，半桥电路和全桥电路，各有优缺点。一般认为，在中、小功率场合，采用双单端电路或半桥电路是适宜的；在大功率场合则采用全桥变换电路。
二、通信电源发展趋势
（一）开关器件的发展趋势
电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中，开关电源在电源技术中占有重要地位，从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级，开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。
（二）通信直流电源产品的技术发展市场需求发展
在需求与技术的共同推动下，通信直流电源产品体现了如下的发展态势：
体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构；功率变换模式也将维持现有的高频开关模式，暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。
功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高，推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高，但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定，一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。
更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟，以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入，通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。
按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律，一般而言，技术的生命周期包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，种种迹象表明，通信直流电源的核心技术，开关电源技术基本上开始步入成熟期：效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高，未来几年甚至十几年内，通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段，直至有一天，一种新的电源变换技术出现，通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展，就像开关稳压技术替代线性稳压技术，给电源带来了革命性的变化。
（三）通信用蓄电池技术研究的新进展
通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。
[论文关键词]：通信电源通信网现状发展趋势
[论文摘要]：通信电源是向通信设备提供交直流电的电能源，是整个通信电信网的能量保证。通信电源系统由交流供电系统、直流供电系统和相应的保护系统构成。通信电源系统的设备多，分布广，不仅单个电源设备的可靠性会影响系统的可靠性，电源系统的总体结构也会对自身的可靠性造成很大的影响。
一、通信电源的发展现状
（一）供电系统的现状
通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能，从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。
（二）通信电源设备的更新换代
近年来，随着技术的进步，特别是功率器的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断改进，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，通信电源在系统的可靠性、稳定性，电磁兼容性，消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。
（三）现行通信电源的电路模型和控制技术
目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路，半桥电路和全桥电路，各有优缺点。一般认为，在中、小功率场合，采用双单端电路或半桥电路是适宜的；在大功率场合则采用全桥变换电路。
二、通信电源发展趋势
（一）开关器件的发展趋势
电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中，开关电源在电源技术中占有重要地位，从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级，开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。
（二）通信直流电源产品的技术发展市场需求发展
在需求与技术的共同推动下，通信直流电源产品体现了如下的发展态势：
体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构；功率变换模式也将维持现有的高频开关模式，暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。
功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高，推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高，但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定，一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。
更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟，以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入，通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。
按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律，一般而言，技术的生命周期包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，种种迹象表明，通信直流电源的核心技术，开关电源技术基本上开始步入成熟期：效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高，未来几年甚至十几年内，通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段，直至有一天，一种新的电源变换技术出现，通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展，就像开关稳压技术替代线性稳压技术，给电源带来了革命性的变化。
（三）通信用蓄电池技术研究的新进展
通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。
1．钒电池（VanadiumRedoxBattery）。钒电池（VRB）是一种电解值可以流动的电池，目前正在逐步进入商用化阶段。
2．燃料电池。燃料电池是一种化学电池，也是一种新型的发电装置，它所需的化学原料由外部供给，如氢氧燃料电池，只要外部供给氢和氧，经过内部电极、催化剂和碱性电解液的作用，就能产生0.9V电压的直流电能，同时产生大量的热能.
3．电源监控系统的发展。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统，大量人力、物力被投入到网络设备的管理和维护工作上。不过通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便都会增大维护的难度，这对电源设备的监控管理提出了新的需求，保护通信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。此时，数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势，数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势.
4．通信电源的环保要求。环保问题，一方面的指标是通信电源的电流谐波要符合要求，降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减少给电网带来严重污染的情况，还可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面，是材料的可循环利用和环境的无污染，这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。
在通信电源开发、生产早期，人们主要集中研究电源的输出特性，较少考虑到电源的输入特性。例如：传统的在线式电源输入AC/DC部分通常采用桥式整流滤波电路，其输入电流呈脉冲状，导通角约为π/3，波峰因数大于纯电阻负载的1.4倍。这些谐波电流大的电源给电网带来了严重的污染，使电网波形失真，实际负荷能力降低，对于三相四线制的电网来说，还很有可能因中性线电流过大而出现不安全隐患。
参考文献：
[1]朱雄世，《通信电源的现状与展望》.
[2]《浅析全球通信电源技术发展趋势》.
[3]《通信直流电源发展趋势》.
[4]孙向阳、张树治，《国外通信用蓄电池技术研究的新进展》.
[5]《通信电源技术发展趋势及标准研究方向》.
[6]曾瑛，《浅谈通信电源》.
[7]王改娥、李克民，《谈我国通信电源的发展方向》.
[8]王改娥、李克民，《我国通信电源的发展回顾与展望》.
[9]侯福平，《UPS系统在通信网络中使用的特点及要求》.
[10]《全球通信电源技术发展呈现五大趋势》.
[11]《通信电源需求现状分析》.
[12]唐勇伟，《通信电源技术的发展》.
关键词：DSP变频；电源设计；变频电源
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）08-0048-03
1 概述
1.1 问题的提出
电动凿岩机是建筑、水利、采矿等行业的重要设备。相对于传统的凿岩设备，电动凿岩机所具有的突出优点是节省能源，其电能利用率高达50%～60%，而常用气动凿岩机仅为10%，此外，电动凿岩机还有噪声低、工作面空气新鲜、无废气污染等优点，极大的改善了劳动条件。但目前使用的电动凿岩机也有明显缺点：对同样硬度的岩石，它的转速只有气动凿岩机的50%～60%。目前大多数电动设备直接使用交流工频电源（50HZ），不能随着工作环境（岩石硬度、钻孔孔径、深度）改变输出转矩、转速，因此工作效率较低。为此，本文采用德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器设计一种新型的5KVA单相正弦波变频电源，通过输出可程控的交流电压，改变电动设备的输出转矩和转速。进而提高工作效率，改善电动设备的工作性能。
1.2 国内外研究现状
变频技术是国内外研究的一个热点。其原因一是由于市场需求。近年来，随着自动化技术程度的发展成熟和能源短缺问题日益突出，变频技术越来越得到重视，并广泛地应用。二是功率器件的发展。近年来各种高电压、大电流的功率器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使先进变频器的生产成为现实。三是现代控制理论和集成电子技术的发展。矢量控制、模糊控制等新的控制理论及神经网络技术为高性能的变频器研制提供了理论基础，而高速微处理器以及专用集成电路技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件平台。
目前国外的变频技术研究，以法、意、德、日等国领先。在大功率变频调速方面，法国的阿尔斯通公司、意大利的ABB公司分别研制出单机容量达数万千瓦的电气传动设备。在中功率变频调速技术方面，德国的西门子公司研制出的SimovertA电流型晶闸管变频调速设备和SimovertPGTOPWM变频调速设备，己实现全数字化控制；在小功率交流变频调速技术方面，日本的富士BJT变频器、IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。
国内研究方面，从总体上看我国变频调速的技术水平较国际先进水平有较大差距。目前在大功率交——交、无换向器电机等变频技术方面，国内虽有部分单位可研制生产，但在数字化程度及系统可靠性等方面还有待改进。对程控变频电源的理论和实践研究取得的成绩，可查主要有：王小薇、程永华对于基于DSP双环控制的逆变电源设计研究；余功军、钟彦儒、杨耕对IGBT变频器死区时间的补偿策略研究；程永华、杨成林、徐德鸿对于基于DSP变压变频电源设计研究；程曙、徐国卿、许哲雄对SPWM逆变器死区效应分析研究；赵勇对基于IGBT大功率变频电源的研究；李锋对基于DSP的SPWM变压变频电源的研究等。
同时由于目前我国采用的半导体功率器件和DSP等器件依然严重依赖进口，使得变频器的制造成本居高不下，无法形成有竞争力的产业，也是影响我国变频技术发展的一个主要原因。
2 基于DSP的新型单相正弦波变频电源设计
2.1 设计思路
本文以美国德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器为核心设计了一种新型的5KVA单相正弦波变频电源。通过输出不同频率、电压的电源信号，对异步电机的转速、转矩进行控制。从而实现了电动凿岩设备针对不同岩体提高钻孔效率的目的。该不安品电源的硬件部分主要由主电路、保护电路、控制电路等部分组成。主电路包括整流、滤波、逆变器、驱动电路等；保护电路包括过压欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等；控制电路则主要包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。在软件方面，考虑到SVPWM控制算法比较适合于数字控制系统，本文编制了基于SVPWM控制算法的控制软件。经过工作现场试验结果表明，该系统可以在30—300Hz范围内均匀调速，在不同的负载情况下，具有较好的稳定性和较强的抗干扰能力。
2.2 硬件系统结构
本文设计变频电源的硬件系统以Tl公司的TMS320LF2407A型DSP为控制芯片，由主电路、保护电路、控制电路等组成，其原理结构图如图1。
图1 硬件系统原理结构图
其中主电路包括整流、滤波、逆变器驱动电路等组成。其工作原理是把单相交流电通过整流模块变为直流电，整流后的脉动电压再经过滤波电容平滑后成为稳定的直流电压。再由逆变电路对该直流电压进行斩波，形成电压和频率可调的单相交流电提供给异步电机。由于IPM是IGBT的功率集成电路，需要有专门的驱动电路，本文采用调压电路把电压抬高到15伏来进行驱动。系统保护电路包括过压、欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等。控制电路包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。
2.3 整流和滤波电路
整流和滤波电路属于主电路的一部分，其结构图如图2所示。工作时，220V的交流电源经过四个二极管的全波整流，变为直流，其中电解电容C1为整流滤波电容，电阻R1为放电电阻，在断电情况下为C1提供放电回路，同时也为逆变器负载和直流电源之间的无功功率提供缓冲。
图2 整流和滤波电路
2.4 逆变电路设计
（a）逆变电路结构原理图（b）输出方波信号波形图
图3
本文即采用的是电压型逆变电路。因为本文设计变频电源主要应用在电动凿岩设备上的。所以我们采用的是单相全桥逆变电路。图3为单相电压桥式逆变电路的结构原理图及输出波形图。全控型开关器件T1和T4构成一对桥臂，T2和T3构成一对桥臂，T1和T4同时通、断；T2和T3同时通、断。T1（T4）与T2（T3）的驱动信号互补，即T1和T4有驱动信号时，T2和T3无驱动信号，反之亦然，两对桥臂各交替导通180°。从而得到需要的变频电压信号。
由于本变频电源主要应用电动凿岩设备方面，即一般情况下均是在在阻感负载下工作。因此在0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号，由于电流i0为负值，T1和T4不导通，D1、D4导通起负载电流续流作用，u0=+Ud。θ≤ωt≤π期间，i0为正值，T1和T4才导通。π≤ωt≤π+θ期间，T2和T3有驱动信号，由于电流i0为负值，T2、T3不导通，D2、D3导通起负载电流续流作用，u0=-Ud。π+θ≤ωt≤2π期间，T2和T3才导通
2.5 电平转换设计
由于DSPTMS320LF2407是低功耗芯片，必须采用3.3V供电，与驱动主电路的电平不匹配，易引起事故，损坏芯片。故本实用新型设计中包含了电平转换设计。本文采用的驱动芯片M57959L本身具备隔离输入作用，因此在电平转换设计中不必要增设隔离电路。本实用新型采用I/O直接输出转换设计。
图4 采用M57959L的电平转换驱动电路
2.6 软件部分设计
控制算法的软件化为交流调速系统控制算法的选择、复用提供了方便。本设计基于TMS320LF2407A事件管理器，采用DSP自带的汇编语言编写软件CCS进行编写，系统的软件设计可简单分为两个部分：一个是系统的初始化模块，另一个是控制算法模块。其中初始化只在系统上电时执行一次，而控制算法模块包括SVPWM的生成，速度反馈信号的采样和处理等。系统的整在程序初始化之后进入主循环程序，DSP产生SVPWM使电机开始运行。其调用的频率与PWM的输出频率一致。系统软件流程图如图5所示。
3 应用实验及展望
本文所设计制作的5KVA单相正弦波变频电源，可输出30～300HZ交流电压。所制作的样品在湘西同力机械公司、武陵电化总厂金属包装厂经过多次实验表明，应用本文设计变频电源控制异步电动机工作时，在不同频率、不同负载情况下，输出转速和转矩可基本实现实时控制，具有较好的工作稳定性和抗干扰能力。
未来，将从两方面对本设计进行改进，一是将改进硬件结构设计，逐步增大电源容量；二是改进软件算法设计，实现变频电源的最优实时控制。
图5 系统软件流程图
参考文献
[1] 王小薇，程永华.基于DSP双环控制的逆变电源设
计[J].电力电子技术，2004，38（3）.
[2] 冯勇，叶斌.IGBT逆变器吸收电路的仿真分析与
参数选择[J].电力机车技术，1999，（2）：12-14.
[3] 余功军，钟彦儒，杨耕一种IGBT变频器死区时间
的补偿策略[J].电力电子技术，1997，（4）：7-9.
[4] 程永华，杨成林，徐德鸿.基于DSP变压变频电源
设计[J].电力电子技术，2003，37（5）.
[5] 程曙，徐国卿，许哲雄.SPWM逆变器死区效应分
析[J].电力系统及其自动化学报，2002，14
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[6] 陈国呈.电压型PWM逆变器的波形失真及其补偿
方法[J].冶金自动化，1990，14（3）：11-14.
[7] 余功军，钟彦儒，杨耕一种IGBT变频器死区时间
的补偿策略[J].电力电子技术，1997（4）：7-9.
[8] 刘陵顺，尚安利，顾文锦.SPWM逆变器死区效
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[9] 赵勇.基于IGBT大功率变频电源的研制[D].山东
大学硕士论文，2006.
[10] 王鹏.基于单片机控制的车载高频链逆变电源的
研制[D].河北工业大学硕士论文，2007.
[11] 李锋.基于DSP的SPWM变压变频电源的设计
[D].湖南大学硕士论文，2008.
关键词：机电一体化，发展方向，技术应用
机电一体化技术是面向应用的跨学科的技术，它是机械技术、微电子技术、信息技术和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。
1机电一体化技术的发展状况 1.1 数控机床的问世,为机电一体化技术的发展写下了历史的第一页; 1.2 微电子技术为机电一体化技术的发展带来了勃勃生机; 1.3 可编程序控制器、'电力电子'等的发展为机电一体化技术的发展提供了坚强基础; 1.4 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化技术的发展跃上新台阶.
2机电一体化技术发展方向
机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 2.1 数字化
微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 2.2 智能化
即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。论文参考网。随着模糊控制、神经网络、灰色理论 、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 2.3 模块化
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 2.4 网络化
由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 2.5 人性化
机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受。
2.6 微型化
微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro ElectronicMechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
2.7 集成化
集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 2.8 带源化
是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。论文参考网。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 2.9 绿色化
绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。
3 典型的机电一体化产品 机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。典型的机电一体化基础元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。论文参考网。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。
4 机电一体化的技术应用
在重工业企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。
4.1 智能化控制技术(IC)
由于重工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经 网络等，智能控制技术广泛应用于重工业企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、冷连轧等。 4.2 分布式控制系统(DCS)
分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能将越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 4.3 开放式控制系统(OCS)
开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 4.4 计算机集成制造系统(CIMS)
重工业企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前重工业企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代重工业生产的要求。未来重工业企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。
4.5 现场总线技术(FBT)
现场总线技术(Fied Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如4～20mA，DC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器和现场就地控制站等的发展。 4.6 交流传动技术
传动技术在重工业中起着至关重要的作用。随着电力、电子、技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用，同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。
综上，我们不难发现机电一体化技术在现在的社会生产中占据了越来越多的行业和领域，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
【参考文献】
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2张华． 机电一体化技术应用[M]． 北京：电子工业出版社，2002．
3芮延年． 机电一体化系统设计[M]． 北京：机械工业出版社，2004．
4唐怀斌． 工业控制的进展与趋势 [J]．自动化与仪器仪表，1996（4）
5蔡庆苏,孟梅芳; 机电一体化技术及其应用研究 [J];科技创业月刊;2005(3)
关键词：智能配变电；监控系统；监控终端；设计应用
中图分类号：TM421 文献标识码：A
0引言
配变电监控系统采用先进的32位ARM技术和新型电能测量集成芯片ADE7758，简化了配变电安全监控系统的设计难度，可以做到全电子或真正的固体化、静止化，利于提高性能，降低成本。本论文主要针对配变电监控体系的开发设计进行研究，以期实现配电网的智能监控与管理，并和同行分享。
1配变电安全盆控系统的硬件没计
根据实际要求，采用模块化设计，将系统划分为电源模块、信号采集、数据处理和存储、通信模块、人机接口模块和系统调试模块，具体内容参见本章后续小节。各功能模块有机的结合，则构成了一个系统，总体框图如下图所示:
电源模块分为常用供电电源模块、电源监控模块和备用电源模块两部分。当常用供电电源突然下降时，电源监控模块检测一个低压值，此时CPU立即启动控制信号，启用备用电源，为CPU和FLASH模块提供电源，保障将CPU里面的数据全部转移到FLASH中。
信号采集模块采样新型高精度3相电能测量集成芯片ADE7758将电流互感器(CT)和电压互感器(VT)输出的模拟信号转换为数字信号并计算出三相电压、电流值，有功功率，无功功率，视在功率，有功电能，无功电能，功率因素，以及过零检测。
数据处理和存储主要是扩展FLASH和SRAM电路。通讯模块分为串口通讯(RS232和RS485)、无线模块、GPRS模块和USB模块。人机接口电路分为键盘输入指示灯和LCD显示。
1.1ARM技术特点。ARM技术具有很高的性能和功效，容易被厂商接受。同时，合作伙伴的增多，可获得更多的第三方工具、制造和软件支持，又使整个系统成本降低，使产品进入市场的时间加快，从而具有更大的竞争优势。
1.2ARM内核。传统的CISC结构有其固有的缺点，即随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越复杂，然而，在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的8既的指令却不经常使用，在程序设计中只占2既，显然，这种结构是不太合理的。基于以上的不合理性，1979年美国加州大学伯克利分校提出了租RISC的概念，RISC并非只是简单地去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度上。RISC体系的一般特点有:
1)体积小、低功耗、低成本、高性能；2)绝大多数操作都在寄存器中进行，通过Load/Store的体系结构在内存和寄存器之间传递数据；3)寻址方式简单；4)采用固定长度的指令格式；5)具有大量的寄存器；6)支持Thumb16位/ARM32位双指令集能很好的兼容8位/16位器件。
采用先进的32位ARM处理器LPC2214和新型高精度3相电能测量集成芯片ADE7758，研究出一种全周波交流采样电路和信号处理电路。系统不仅拥有更高的工作频率和数据处理能力，为谐波测量和FFT运算提供了保证，而且降低了设计难度，弥补了传统设计方案中的不足。系统不仅能够抵抗高强度的电磁干扰，而且为配变电安全监控提供了保障。
2配变电安全监控系统的软件设计
系统软件由汇编语言和C语言编写。汇编语言编写ARM启动代码，在芯片上电或复位时，完成系统初始化。系统初始化后，最重要的一个操作就是检测系统供电电源是否正常。如果系统供电电源不正常，而进行运作，会导致非常严重的后果，不过，系统此时会立即启动备用电源，将当前数据、日数据、月数据都保存到FLASH里面。如果数据都保存完后，还未恢复正常供电，则关闭备用电源，系统自动光机。若系统恢复正常供电，则进入初始化程序，置供电正常标志。此时，其他程序都是以秒间隔为标志有序的循环运行。
配变电实时监控。主站可以通过GPRS或无线模块向配变电安全监控系统发出“请求1类数据”命令，实时监控配变电安全监控系统或电力系统当前运行状况。以请求“FN25_当前三相及总有”无功功率、功率因数，三相电压、电流、零序电流”为例，叙述“请求1类数据”方法。
当前三相及总有无功功率、功率因数，三相电压、电流、零序电流菜单栏中的“负控命令”下拉选项中，选择“请求1类数据”。弹出“测试1类数据”窗口，“选择”栏内的信息类标识PN的下拉列表中，选择“FN25_当前三相及总有”无功功率、功率因数，三相电压、电流、零序电流”；信息点标识PN的下拉列表中，选择“PNI测量点号1”。然后点击”召唤数据”按键，请求配变电安全监控系统的相关信息。在”收发帧显示”框中，将显示“发送”和“接收”报文具体内容；在“响应显示”框中，将显示当前三相及总有无功功率、功率因数，三相电压、电流、零序电流相关信息。
3通信规约设计
主站和终端设备之间的远程通讯媒介原则上可以采用多种方式，本系统支持电话、载波、光纤、无线电台、以及目前流行的SMS短信、GPRS技术，用户可以根据其实际情况和当地网络情况综合考虑、选择。考虑到本系统针对对象是地域分布广、数量大的专用和一些公用配电网，综合考虑电磁干扰、抗雷击、实时性、可靠性、施工方便、投资成本以及通讯发展走向等因素，使用公用无线信道的 SMS、GPRS 通信方式无疑是一个比较好的选择。下面简单分析基于无线 GPRS 技术的配变电监控终端通信方式。
当开关监控单元 FTU 上的 GPRS 模块上电之后，即通过移动公司的网络连接到了互连网上，可以将其看作互连网上的一个客户端，当服务器端的 IP 地址及端口号确定之后，该FTU 终端即可连接上服务器，而在互连网上端到端的连接采用 Socket 套接字通信是比较成熟的方式。
socket 实质上提供了进程通信的端点。进程通信之前，双方首先必须各自创建一个端点，否则是没有办法建立联系并相互通信的。正如打电话之前，双方必须各自拥有一台电话机一样。在网间网内部，每一个 socket 用一个半相关描述：一个完整的 socket 有一个本地唯一的 socket 号，由操作系统分配。
在配电网自动化系统的 GPRS 通信中，应用程序的网络通信归根结底是利用相同的通信协议来完成信息的传输，应用程序和 Winsock 都工作在 Windows 的用户模式下，操作系统仅仅通过 Winsock 是不能完成网络间的通信，还需要底层的支持，而套接字仿真器（套接字核心模式驱动程序）和传输驱动程序接口是负责操作系统核心态环境下的网络通信，起到了 Winsock 和传输协议之间的通信桥梁作用，由于我们传输的对象多为配电系统的数据量文件，因此需要对系统的发送缓冲区和接收缓冲区作相应的设定，以保障大数据量的文件数据的发送和接收，从而实现在窄带环境下依然实现配电网自动化系统的相关数据的 GPRS 传输通信。
4总结
配变电安全监控系统具备计量电力参数、远程自动化实时抄表、电力异常信息自动报警、电能质量检测、用电检查和配电房温湿度调节等功能。系统能监控电力运行状况，自动进行无功补偿，减小供电线路中的有功损耗，降低变送电设备、供电线路、用电设备发热量，使得供电局工作人员迅速采取合理的措施，防止事故发生和遏止事故进一步扩大，防止灾害的发生。
参考文献:
[1]王斌，配电自动化系统终端的技术发展历程、现状和趋势[J].电气应用，2005，24(7):14一16.
[2]韦文祥，基于ARM和Uc/OS一11的远程配变监控终端的研究与设计[硕士学位论文][D]长沙:湖南大学，2006.
[Abstract] With the progress of economics, cars in the city are more and more with the urbanization. What is the development trend of the future about the car is really needed to be studied and discussed.
关键字：汽车电器；组成；现状与发展
[Keywords] vehicle electrical ; composition ; status and development
中图分类号：F407.471 文献标识码： A
1、汽车电器的主要组成部分
1.1电源系统
电源系统包括蓄电池、发电机、调节器。其中发电机为主电源，发电机正常工作时，由发电机向全车用电设备供电，同时给蓄电池充电。调节器的作用是使发电机的输出电压保持恒定。蓄电池为可逆的直流电源。在汽车上使用最广泛的是起动用铅蓄电池，它与发动机并联，向用电设备供电。
发电机是汽车电系的主要电源，它在正常工作时，对除起动机以外的所有的用电设备供电，并向蓄电池充电，以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。发电机可以说是历史上独一无二的最伟大的电学发明，现在汽车使用的发电机都是交流发电机。在汽车上，发电机既是用电器的电源，又是蓄电池的充电装置。为了满足用电器和蓄电池的要求对发电机的供电电压和电流变化范围也有一定的限制。直流发电机所匹配的调节器一般都是由电压调节器、电流限制器、截断继电器三部分组成。
1.2启动系统
美国物理学家亨利于1831年发现自感现象后，发表了介绍电动机的论文。根据发电机原理，做成与发电机原理相反的电动机（马达），这就是起动机。可以说，发电机技术进步的同时就有了起动机。起动机是用来起动发动机的，它主要由电机部分、传动机构（或称啮合机构）和起动开关三部分组成。
1.3照明系统
包括汽车内、外各种照明灯及其控制装置。用来保证夜间行车安全。主要有前照灯、雾灯、尾灯、制动灯、棚灯、电喇叭、转向灯闪光器等。1898年“哥伦比亚”号电动汽车首先把电用于前灯和尾灯。最初的前大灯不能调光，所以汽车在会车时有些晃眼，后来采用了附加光度调节器，并由美国异航灯具公司推广应用。这种前大灯可以在垂直方向上下移动，但驾驶员必须下车搬动夹具装置，非常不方便。1925年，导航灯具公司推广了双丝灯泡，远光和近光的调节通过开关来控制，才把这个问题彻底解决。
1.4仪表系统
包括各种电器仪表（电流表、充电指示灯或电压表、机油压力表、温度表、燃油表、车速及里程表、发动机转速表等）。用来显示发动机和汽车行驶中有关装置的工作状况。 最早的汽车仪表与信号是由一排外视器组成的，随后出现的仪表是精确计时仪。汽车仪表的作用是帮助驾驶员随时掌握汽车主要部分的工作情况，及时发现和排除可能出现的故障和不安全因素，以保证良好的行使状态。汽车常用仪表有电流表、水温表、发动机机油压力表、燃油油量表及车速里程表，有的汽车还有发动机转速表和制动系贮气筒气压表等。 目前，汽车仪表总的发展趋势正在向简洁明了的模拟式仪表和模仿模拟式仪表方向发展。
1.5辅助电器系统
包括电动刮水器、空调器、低温启动预热装置、收录机、点烟器、玻璃升降器等。 随着汽车辅助工业的发展和现代化技术在汽车方面的应用，现代汽车装用的辅助电气设备很多，除了汽车用音响设备，通讯器材和汽车电视等服务性装置外，都是一些与汽车本身使用性能有关的电气设备。如电动刮水器，电动洗窗器，电动玻璃升降器，暖风通风装置、电动座位移动机构，发动机冷却系电动风扇、电动燃料泵，冷气压缩机用电磁离合等等。
2、汽车电器系统的特点
①低压——汽油车多采用12V，柴油车多采用24V。②直流——主要从蓄电池的充电来考虑。③单线制——单线制即从电源到用电设备使用一根导线连接，而另一根导线则用汽车车体或发动机机体的金属部分代替。单线制可节省导线，使线路简化、清晰，便于安装与检修。④负极搭铁——将蓄电池的负极与车体相连接，称为负极搭铁。
3、汽车传感器的发展趋势
根据现代汽车的发展趋势，主要阐述一下传感器总的发展趋势，它
的趋势是向多功能化、集成化、智能化、微型化方向发展。
3.1发现新现象
利用物理现象、化学反应和生物效应等是各种传感器的基本原理，所以发现新现象与新效应是现代传感器发展的重要基础。
3.2开发新材料
功能材料是发展传感器技术的另一个重要基础。由于材料科学的进步，在制造各种材料时，人们可以任意控制他的成份，从而可以设计与制造出各种用于传感器的功能材料。例如控制半导体氧化物的成份，可以制造出各种气体传感器；光导纤维用于传感器是传感器功能材料的一个重大发现；有机材料作为功能材料，正引起国内外汽车电子化专家的极大关注。
3.3采用新工艺
传感器的敏感元件性能除了由其功能材料决定外，还与其加工工艺有关。随着半导体、陶瓷等新型材料用于传感器敏感元件，许多现代先进制造技术也引入汽车传感器制造技术，例如集成技术，微细加工技术，薄膜技术等，能制作出性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻的微型化敏感元件。近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统（MEMS）技术日渐成熟，利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现许多全新的功能，这些特点使得他们非常适合于汽车方面的应用。
3.4研究智能式传感器
智能传感器是一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器。与传统传感器相比，他具有很多特点。例如，他可以确定传感器工作状态，对测量资料进行修正，以便减少环境因素如温度引起的误差；用软件解决硬件难以解决的问题；世界各国都在车用传感器硬件的基础上，努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差（温度高、温度梯度大、污染厉害等）等问题造成的对汽车参数测量的影响。而且智能式传感器精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好，有的还带有自检功能。不少汽车大公司在该方面进行研制与开发，并取得了成就和应用。
[关键词]技术现状 工作原理 运行维护
中图分类号：TH715.193 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0237-01
1.电动机技术发展及现状
电机是利用电磁感应原理工作的机械。随着生产的发展而发展的，反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电机的基本结构变化不大，但是电机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机，控制电机具有高可靠性p好精确度p快速响应的特点，已成为电机学科的一个独立分支。
未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。一批"巨无霸’电机、一批"光怪陆奇"电机将同时展现在世人眼前。
2.三相异步电动机的工作原理
三相异步电动机转动的基本工作原理是：
（1）三相对称绕组中通过三相对称电流产生圆形旋转磁场。
（2）转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流；
（3）转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。
3.电动机启动时应该注意的问题
（1）接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待，更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动机和发生危险。
（2）启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，以及线路上的电流表和电压表的指示，若有异常现象，应立即断电检查，待故障排除后，载行启动。
（3）利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时，特别要注意操作顺序。一定要先将手柄推到启动位置，待电动机转速稳定后再拉到运转位置，防止误操作造成设备和人身事故。
（4）同一线路上的电动机不应同时启动，一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动，线路上电流太大。电压降低过多，造成电动机启动困难引起线路故障或使开关设备跳闸。
（5）启动时，若电动机的旋转方向反了，应立即切断电源，将三相电源线中的任意两相互换一下位置，即可改变电动机转向。
4.电动机运行中的注意事项
4.1注意电动机的振动、响声和气味
电动机正常运行时，应平稳、轻快、无异常气味和响声。若发生剧烈振动，噪音和焦臭气味，应停车进行检查修理。
4.2注意传动装置的检查
电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动，传动皮带是否有过紧、过松的现象等，如果有，应停车上紧或进行调整。
4.3注意轴承的工作情况
电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。若轴承声音不正常或过热，应检查情况是否良好和有无磨损。
4.4注意交流电动机的滑环或直流电动机的换向器火花
电动机运行中，电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。如果所发生的火花大于某一规定限度，尤其是出现放电性的红色电弧火花时，将产生破坏作用，必须及时加以纠正。
5.电动机的定期检查和保养
为了保证电动机正常工作，除了按操作规程正确使用，运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下：
（1）及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥，如使用环境灰尘较多，最好每天清扫一次。
（2）经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。
（3）定期测量电动机的绝缘电阻，若使用环境比较潮湿更应经常测量。
（4）定期用煤油清洗轴承并更换新油（一般半年更换一次），换油时不应上满，一般占油腔的1/2～1/3，否则，容易发热或甩出，油要从一面加人，可以把没有清洗干净的杂质，从另一面挤出来。
（5）定期检查启动设备，看触头和接线有无烧伤，氧化，接触是否良好等。
（6）绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异，所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在，都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏，使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰，发生这种故障，不仅影响电动机正常工作。还会危及人身安全。所以电动机在使用中，应经常检查绝缘电阻，还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。
（7）除了按上述几项内容对电动机定期维护外，运行一年后要大修一次。大修的目的在于，对电动机进行一次彻底、全面的检查、维护，增补电动机缺少、磨损的元件，彻底清除电动机内外的灰尘、污物，检查绝缘情况，清洗轴承并检查其磨损情况。
6.对电机轴电流的分析及防范
在电动机运行过程中，如果在两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流的存在，那么对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千小时，严重的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来极大的影响。同时由于轴承损坏及更换带来的直接和间接经济损失也不可小计。
6.1轴电压和轴电流的产生
轴电压是电动机两轴承端或电机转轴与轴承间所产生的电压，其产生原因一般有以下几种：
（1）磁不平衡产生轴电压
电动机由于扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽、通风孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压。
（2）逆变供电产生轴电压
电动机采用逆变供电运行时，由于电源电压含有较高次的谐波分量，在电压脉冲分量的作用下，定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，使转轴的电位发生变化，从而产生轴电压。
（3）静电感应产生轴电压
在电动机运行的现场周围有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的两端感应出轴电压。外部电源的介入产生轴电压由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、测量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。
（4）其他原因
如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。
6.2轴电流的防范
针对轴电流形成的根本原因，一般在现场采用如下防范措施：
（1）在轴端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电流。
（2）为防止磁不平衡等原因产生轴电流， 往往在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加绝缘隔板，以切断轴电流的回路。
（3）为了避免其他电动机附件导线绝缘破损造成的轴电流，往往要求检修运行人员细致检查并加强导线或垫片绝缘，以消除不必要的轴电流隐患。
一般通过以上处理，大多电动机的轴电流微乎其微，已对电动机构不成实质上危害。现场实践证明，经上述方式处理后实际使用寿命可由原几十个小时提高到上万小时，效果比较明显，尤其对高压电动机轴电流的防范效果好，对安全生产具有积极作用。
7.总结
由于电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。但是在日常使用过程中如何去维护好，其影响可见一斑。本文着重从电动机的技术发展及现状、工作原理、运行维护进行了初略的探讨和分析，通过此篇论文的写作，我对电机的了解又加深了许多，同时也感受到作为一名电气技术员肩上的重担。
参考文献
[1]孔祥东群主编.控制工程基础[M].武汉：机械工业出版社，2008
[2]李洋孙晋范翠香.电动机使用与维修[M].北京：人民邮电出版社，2007
[3]许晓峰.电机及拖动[M].北京：高等教育出版社，2007
当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。
关键词：数字图书馆 信息安全 防护策略
一、相关概念
（一）信息安全
信息安全是指信息网络的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不因偶然或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，使信息服务不中断。也可以说，所谓信息安全，一般是指在信息采集、存储、处理、传播和运用过程中，信息的自由性、秘密性、完整性、共享性等都能得到良好保护的一种状态。
（二）数字图书馆
数字图书馆，就是具有内容丰富的数字化信息资源、利用先进的计算机技术、网络通信技术、数字化技术，能为用户提供集成化的信息服务和知识服务，满足用户深层次的信息需求的服务机构，它是网络环境下图书馆进入高级发展阶段的新的形态。所以，数字图书馆信息安全是指其各系统不因偶然或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露、丢失，确保信息资源的自由性、秘密性、完整性、准确性、共享性，为读者提供正常的检索和查阅服务。
二、数字图书馆信息安全存在的问题
（一）环境问题
数字图书馆的机房是各类信息的中枢，放置有各类服务器、磁盘阵列、交换机、防火墙、UPS 不间断电源、机房空调、除湿机等重要设备，机房设计与施工的优劣直接关系到机房内整个信息系统是否能稳定可靠地运行，是否能保证各类信息通讯畅通无阻。所以机房环境要能防水、防火、防震、防雷、防盗，对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、噪音干扰都有很高的要求，相应的就要配备机房温湿度监控系统、机房温度报警器、浸水报警器、通风系统等来保障机房的安全。因而机房环境存在很多安全隐患。
（二）硬件问题
数字图书馆各类服务器、磁盘阵列、交换机、防火墙、UPS 不间断电源、空调、除湿机等设备都是7×24小时运行，工作负荷过大，其使用寿命缩短，容易造成硬件故障，导致部分设备损坏，或者是工作人员在操作过程中导致的设备损坏等。如常见的有磁盘、电源等。
（三）软件问题
软件包括系统软件和各种应用软件。这些软件在研发过程中，由于编程语言的局限性，设计时结构体系本身的缺陷，开发人员能力所限及疏忽等原因，这些软件本身就存在许多安全漏洞。黑客就可以利用这些漏洞，绕过安全机制，进行网络攻击，破坏和窃取数据资料，甚至破坏整个系统，导致数据丢失和系统瘫痪。
（四）人为问题
目前，国内数字图书馆系统管理员大多数都是高校毕业后就到图书馆工作，没有受过系统、科学的实战技术和安全管理培训，专业技术不精，缺乏专业的信息安全素养，在工作过程中容易操作失误，面对各种复杂的安全问题常常束手无策，对安全防范容易疏忽等。
其次，数字图书馆信息安全管理制度不健全，缺乏严格、细致、有效的安全管理规定，重技术，轻管理，岗位职责不明确，安全管理滞后于技术发展，导致事故频繁发生。
（五）病毒及黑客问题
计算机病毒是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者破坏数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码，具有破坏性、复制性、隐蔽性和传染性。数字图书馆的资源依赖于计算机技术、网络通信技术和数字技术，为网上成千上万的用户共享，用户可远程访问、获得所需的珍贵资料。因此，也为计算机病毒的传播提供了便利条件。
随着计算机技术和网络通信技术的发展，黑客攻击活动日益猖獗，数字化图书馆的开放式、共享性及网络化环境，加上软件自身存在的安全漏洞，系统管理员的疏于防范等，成为黑客屡屡攻击得手的原因。
三、数字图书馆信息安全防护策略
（一）制定严格有效的安全管理制度
在数字图书馆信息安全的建设过程中，技术与制度二者是相辅相成的，技术是一种硬手段，是基础；制度是一种规范性的软手段，是保障。
制定严格、细致、有效的安全管理制度，明确岗位职责，规范工作行为，健全信息安全监督审查机制，对工作人员进行常态化安全教育培训，增强制度执行力。只有这样，才能确保安全管理制度不流于形式，信息安全监督审查落到实处。
（二）良好的机房环境
机房的建设要按国家现行有关标准、规范实施，机房应铺设抗静电活动地板，地板支架要接地，预留排水口。必须满足计算机等各种微机电子设备和工作人员对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、噪音干扰、防水、防火、防震、防雷、防盗、防漏和接地等的要求。要配齐供配电系统、浸水报警器、应急照明、UPS不间断电源系统、空调系统、新风换气系统、气体式灭火器、消防报警系统、防盗报警系统、防雷接地系统等。
（三）防火墙技术
防火墙指的是在内部网和外部网之间、专用网与公共网之间构造的一个由软件和硬件设备组合而成的保护屏障。它能实现内网与外网、内网与内网之间风险的隔离，从而限制了局部重点或敏感网络安全问题对全局网络造成的影响，是抵御黑客入侵和防止未授权访问的有效手段之一。
（四）入侵检测或流量分析技术
入侵检测系统（IDS）通过对网络或系统中的不同关键点收集信息，分析信息，主动发现网络或系统中是否有违反安全策略的行为和遭到攻击的迹象，发出警报或采取防御措施。入侵检测系统是防火墙的重要补充，是积极主动的安全防御防御技术，提供对内部攻击、外部攻击和误操作的实时保护。
（五）数据加密及身份认证技术
数据加密就是对需要保护的信息经过加密钥匙（Encryption key）及加密函数转换，实现信息隐藏，从而起到保护信息安全。常采用的方法有链路加密、节点加密和端到端加密。身份认证就是对网络中各种应用的相关权限进行鉴别，阻止非法用户访问系统。
（六）数据备份技术
数据备份是容灾的基础，是为防止无法预料的结果导致数据丢失，而将全部或部分数据集合从应用主机的硬盘或阵列复制到其它的存储介质的过程。数据备份包括系统和数据备份，常见的备份策略有：完全备份、增量备份和差分备份。按操作方式又可分为离线备份和在线备份。图书馆应按照数据的价值划分类别，对不同类别的数据进行不同等级的备份。
四、结束语
数字图书馆信息安全是其向读者提供稳定、持续服务的重要保证，随着计算机技术、网络通信技术的飞速发展，信息安全问题越来越突出，各种病毒泛滥，网络攻击常态化等。因此，图书馆工作人员必须提升自身技术水平，提高安全防范意识，健全安全保障机制，才能为读者提供一个安全、稳定的学习环境。
参考文献：
[1]郝玉洁．信息安全概论[M]．成都：电子科技大学出版社．2007：2．
[2]孟朝辉．论数字图书馆的知识管理[D].[硕士学位论文]．湖南：湘潭大学，管理学院，2003．
【三峡电力职业学院】4月1日，三峡电力职业学院与中国葛洲坝集团股份有限公司签订人才培养协议，双方决定由该公司预定水利水电建筑工程、工程测量技术、工程起重机械运用与维护、发电厂及电力系统、电力系统继电保护与自动化、电力设备运行与维护、工程造价、机电一体化技术、建筑工程技术等专业学生300人。
【河海大学】4月12日，河海大学举行“新能源发电与智能电网学科创新引智基地”建设启动仪式暨学术报告会。引智基地以中国能源学会副理事长、国家杰出青年科学基金获得者、江苏省“333高层次人才培养工程”人选、河海大学副校长鞠平教授为负责人，汇聚英国皇家工程院院士麦克•斯德林爵士等10名国际大师、国外著名学者和河海大学10名专家教授组成学术团队，围绕新能源发电与智能电网设计、建设、运行与调度中的关键技术问题开展深入的国际合作研究。
【武汉大学】4月12日至13日，第八届中国高校电力电子与电力传动学术年会（SPEED 2014）暨第八届电力樱花论坛在武汉大学召开，论坛围绕电力电子技术发展的前沿问题进行了充分的交流。本届年会组委会主任、武汉大学电气工程学院副院长查晓明等国内外学者分别作了专题报告，内容涉及电力电子建模与控制、电机及其控制、电力电子新技术等多个方面。此次年会有国内外40余所高校200多名学者参加，投稿约200篇学术论文。
【华北电力大学】4月29日，华北电力大学与中国电科院联合成立电力系统继电保护联合研究中心。中心选取“分布式电源保护控制策略及故障特性研究”“特高压高补偿度串补系统继电保护关键技术研究”等5个项目作为首批启动的联合研发项目。
【华北电力大学】日前，根据北京市科委的《关于认定2014年北京市国际科技合作基地的通知》，华北电力大学新增4个北京市国际科技合作基地：智能电网安全北京市国际科技合作基地、高效聚光化合物太阳能电池北京市国际科技合作基地、火力发电过程节能与清洁运行北京市国际科技合作基地、能源与环境系统优化及工程应用北京市国际科技合作基地。
【山东大学】4月29日，山东大学电气工程学院与国家电网许继集团有限公司共同组建联合创新中心战略合作框架协议签约仪式举行。“中心”将在新能源发电、智能变电站、配电与微网、用电与能效、电动汽车充换电和电力电子技术领域开展深入研究，形成相关科技成果转化机制和模式，开展联合人才培养和技术服务工作。
论文关键词:无功补偿技术;作用;现状;发展趋势
无功功率补偿装置的主要作用是:提高负载和系统的功率因数,减少设备的功率损耗,稳定电压,提高供电质量。在长距离输电中,提高系统输电稳定性和输电能力,平衡三相负载的有功和无功功率等。
一、无功功率补偿的作用
1、改善功率因数及相应地减少电费
根据国家水电部,物价局颁布的“功率因数调整电费办法”规定三种功率因数标准值,相应减少电费:
(1)高压供电的用电单位,功率因数为0.9以上。
(2)低压供电的用电单位,功率因数为0.85以上。
(3)低压供电的农业用户,功率因数为0.8以上。
2、降低系统的能耗
功率因数的提高,能减少线路损耗及变压器的铜耗。
设R为线路电阻,ΔP1为原线路损耗,ΔP2为功率因数提高后线路损耗,则线损减少
ΔP=ΔP1-ΔP2=3R(I12-I22)(1)
比原来损失减少的百分数为
(ΔP/ΔP1)×100%=1-(I2/I1)2.100%(2)
式中,I1=P/(3U1cosφ1),I2=P/(3U2cosφ2)补偿后,由于功率因数提高,U2>U1,为分析方便,可认为U2≈U1,则
θ=[1-(cosφ1/cosφ2)2].100%(3)
当功率因数从0.8提高至0.9时,通过上式计算,可求得有功损耗降低21%左右。在输送功率P=3UIcosφ不变情况下,cosφ提高,I相对降低,设I1为补偿前变压器的电流,I2为补偿后变压器的电流,铜耗分别为ΔP1,ΔP2;铜耗与电流的平方成正比,即
ΔP1/ΔP2=I22/I12
由于P1=P2,认为U2≈U1时,即
I2/I1=cosφ1/cosφ2
可知,功率因数从0.8提高至0.9时,铜耗相当于原来的80%。
3、减少了线路的压降
由于线路传送电流小了,系统的线路电压损失相应减小,有利于系统电压的稳定(轻载时要防止超前电流使电压上升过高),有利于大电机起动。
二、我国电力系统无功补偿的现状
近年来,随着国民经济的跨越式发展,电力行业也得到快速发展,特别是电网建设,负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升,也使电网中无功功率不平衡,导致无功功率大量的存在。目前,我国电力系统无功功率补偿主要采用以下几种方式:
1.同步调相机:同步调相机属于早期无功补偿装置的典型代表,它虽能进行动态补偿,但响应慢,运行维护复杂,多为高压侧集中补偿,目前很少使用。
2.并补装置:并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置,但电容补偿只能补偿固定的无功,尽管采用电容分组投切相比固定电容器补偿方式能更有效适应负载无功的动态变化,但是电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功调节,不能实现无功的平滑无级的调节。
3.并联电抗器:目前所用电抗器的容量是固定的,除吸收系统容性负荷外,用以抑制过电压。
以上几种补偿方式在运行中取得一定的效果,但在实际的无功补偿工作中也存在一些问题:
1.补偿方式问题:目前很多电力部门对无功补偿的出发点就地补偿,不向系统倒送无功,即只注意补偿功率因素,不是立足于降低系统网的损耗。
2.谐波问题:电容器具有一定的抗谐波能力,但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响,甚至造成电容器的过早损坏;并且由于电容器对谐波有放大作用,因而使系统的谐波干扰更严重。
3.无功倒送问题:无功倒送在电力系统中是不允许的,特别是在负荷低谷时,无功倒送造成电压偏高。
4.电压调节方式的补偿设备带来的问题:有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的,线路电压的波动主要由无功量变化引起的,但线路的电压水平是由系统情况决定的,这就可能出现无功过补或欠补。
三、无功功率补偿技术的发展趋势
根据上述我国无功功率补偿的情况及出现的问题,今后我国的无功功率补偿的发展方向是:无功功率动态自动无级调节,谐波抑制。
1.基于智能控制策略的晶闸管投切电容器(TSC)补偿装置
将微处理器用于TSC,可以完成复杂的检测和控制任务,从而使动态补偿无功功率成为可能。基于智能控制策略的TSC补偿装置的核心部件是控制器,由它完成无功功率(功率因数)的测量及分析,进而控制无触点开关的投切,同时还可完成过压、欠压、功率因数等参数的存贮和显示。TSC补偿装置操作无涌流,跟踪响应快,并具有各种保护功能,值得大力推广。
2.静止无功发生器(SVG)
静止无功发生器(SVG)又称静止同步补偿器(STATCOM),是采用GTO构成的自换相变流器,通过电压电源逆变技术提供超前和滞后的无功,进行无功补偿,若控制方法得当,SVG在补偿无功功率的同时还可以对谐波电流进行补偿。其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件,谐波含量小,同容量占地面积小,在系统欠压条件下无功调节能力强,是新一代无功补偿装置的代表,有很大的发展前途。
3.电力有源滤波器
电力有源滤波器是运用瞬时滤波形成技术,对包含谐波和无功分量的非正弦波进行“矫正”。因此,电力有源滤波器有很快的响应速度,对变化的谐波和无功功率都能实施动态补偿,并且其补偿特性受电网阻抗参数影响较小。
电力有源滤波器的交流电路分为电压型和电流型。目前实用的装置90%以上为电压型。从与补偿对象的连接方式来看,电力有源滤波器可分为并联型和串联型。并联型中有单独使用、LC滤波器混合使用及注入电路方式,目前并联型占实用装置的大多数。
4.综合潮流控制器
上世纪50年代末晶闸管在美国问世，标志着电力电子技术就此诞生。第一代电力电子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我国70年代将其列为节能技术在全国推广。然而，SCR毕竟是一种只能控制其导通而不能控制关断的半控型开关器件，在交流传动和变频电源的应用中受到限制。70年代以后陆续发明的功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、功率MOS场效应管(PowerMOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等，它们的共同特点是既控制其导通，又能控制其关断，是全控型开关器件，由于不需要换流电路，故体积、重量较之SCR有大幅度下降。当前，IGBT以其优异的特性已成为主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
许多国家都在努力开发大容量器件，国外已生产6000V的IGBT。IEGT(injectionenhancedgatethyristor)是一种将IGBT和GTO的优点结合起来的新型器件，已有1000A/4500V的样品问世。IGCT(integratedgateeommutatedthyristor)在GTO基础上采用缓冲层和透明发射极，它开通时相当于晶闸管，关断时相当于晶体管，从而有效地协调了通态电压和阻断电压的矛盾，工作频率可达几千赫兹[2][3]。瑞士ABB公司已经推出的IGCT可达4500一6000V，3000一3500A。MCT因进展不大而引退而IGCT的发展使其在电力电子器件的新格局中占有重要的地位。与发达国家相比，我国在器件制造方面比在应用方面有更大的差距。高功率沟栅结构IGBT模块、IEGT、MOS门控晶闸管、高压砷化稼高频整流二极管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在国外有了最新发展。可以相信，采用GaAs、SiC等新型半导体材料制成功率器件，实现人们对“理想器件”的追求，将是21世纪电力电子器件发展的主要趋势。
高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(IPEM)是近期美国电力电子技术发展新热点。GTO和IGCT，IGCT和高压IGBT等电力电子新器件之间的激烈竞争，必将为21世纪世界电力电子新技术和变频技术的发展带来更多的机遇和挑战。
二、变频技术的发展过程
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换
技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。
VVVF变频器的控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。
矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交—交变频应运而生。
三、变频技术与家用电器
20世纪70年代,家用电器开始逐步变频化,出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等[4]。
20世纪末期期,家用电器则依托变频技术,主要瞄准高功能和省电。
首先是电冰箱,由于它处于全天工作,采用变频制冷后,压缩机始终处在低速运行状态,可以彻底消除因压缩机起动引的噪声,节能效果更加明显。其次,空调器使用变频后,扩大了压缩机的工作范围,不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制,达到降低电力消耗,消除由于温度变动而引起的不适感。近年来,新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化,而且利用高速运行能实现快速冷冻。
在洗衣机方面,过去使用变频实现可变速控制,提高洗净性能,新流行的洗衣机除了节能和静音化外,还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热,没有燃气和电加热的炽热部分,因此不但安全,还大幅度提高加热效率,其工作频率高于听觉之上,从而消除了饭锅振动引起的噪声。
四、电力电子装置带来的危害及对策
电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变,不但大大降低了系统的功率因数,还引起了严重的谐波污染。
另外,硬件电路中电压和电流的急剧变化,使得电力电子器件承受很大的电应力,并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EM1),而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准,国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也制定了限制谐波的有关规定[5]。
（一）谐波与电磁干扰的对策
1、谐波抑制
为了抑制电力电子装置产生的谐波,一种方法是进行谐波补偿,即设置谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波[3]。
传统的谐波补偿装置是采用IC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。其缺点是,补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。此外,它只能补偿固定频率的谐波,效果也不够理想。
电力电子器件普及应用之后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是,从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。
大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波,从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多,波形越接近正弦,但电路结构越复杂。小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数,一般采用二极管整流加PWM斩波,常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。
2、电磁干扰抑制
解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt,目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:
(1)开关器件上串联电感,这样可抑制开关器件导通时的di/dt,使器件上不存在电压、电流重叠区,减少了正关损耗;
(2)开关器件上并联电容,当器件关断后抑制du/dt上升,器件上不存在电压、电流重叠区,减少了开关损耗;
(3)器件上反并联二极管,在二极管导通期间,开关器件呈零电压、零电流状态,此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。
目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。
（二）功率因数补偿
早期的方法是采用同步调相机,它是专门用来产生无功功率的同步电机,利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而,由于它是旋转电机,噪声和损耗都较大,运行维护也复杂,响应速度慢。因此,在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。
另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点,但由于其铁心需磁化到饱和状态,损耗和噪声都很大,而且存在非线性电路的一些特殊问题,又不能分相调节以补偿负载的不平衡,所以未能占据静止无功补偿装置的主流。
随着电力电子技术的不断发展,使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展,其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点,而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后,可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是,静止无功发生器使用的抗器和电容元件小,大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。
五、结束语
我们相信，电力电子技术将成为21世纪重要的支柱技术之一，变频技术在电力电子技术领域中占有重要的地位，近年来在中压变频调速和电力牵引领域中的发展引人注目。随着全球经济一体化及我国加人世界贸易组织，我国电力电子技术及变频技术产业将出现前所未有的发展机遇。
参考文献:
[1]周明宝.电力电子技术[M].北京:机制工业出版社,1985.
[2]陈坚.电力电子学－电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社,2002.
[3]王兆安黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[4]陈国呈,周勤利.变频技术研究[J].上海大学自动化学院学报,1995(6):23-26.
关键词：焊接机器人 机器人 管道焊接
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：
1.国内外工业机器人的发展
机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段，它在提升企业技术水平、稳定产品质量、提高生产效率、实现文明生产等方面具有重大作用。大工业革命曾使人沦落为机器的奴隶，而机器人的诞生和广泛推广应用又重新使人类恢复了尊严。目前机器人技术已成为世界各发达国家竞相发展的高技术，其发展水平已成为衡量一个国家技术发展程度的重要标志之一。
美国是最早出现工业机器人的国家,1954年美国的G.C.戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文,第一次提出“工业机器人”和“示教再现”的概念。1959年美国Unimation公司推出第一台工业机器人。1967年日本从美国引进Unimate和Ver satran等类型的工业机器人以后，结合国情,面向中小企业,采取一系列鼓励使用工业机器人的措施,率先在汽车制造业的喷涂、焊接、装配等重要工序中得到应用。并以此为契机,向其它产业渗透。
在我国，人工焊接仍然占据焊接作业的主导地位，人工施焊时焊接工人经常会受到心理、生理条件变化以及周围环境的干扰。在恶劣的焊接条件下，操作工人容易疲劳，难以较长时间保持焊接工作稳定性和一致性，而焊接机器人则工作状态稳定，不会疲劳。因而，选择应用焊接机器人对产品进行焊接可以实现用稳定一致的工艺条件确保产品焊接强度和满足产品各项性能指标的要求，同时满足焊缝成型良好的产品外观质量要求。随着国外及国内对工业机器人在焊接方面的研究应用,我国也开始了焊接机器人的研究应用。在引进国外技术的基础上,中国于20世纪70年代末开始研究焊接机器人。1985年哈尔滨工业大学研制成功我国第一台HY-1型焊接机器人。1989年北京机床研究所和华南理工大学联合为天津自行车二厂研制出了焊接自行车前三脚架的TJR-G1型弧焊机器人,为“二汽”研制出用于焊接东风牌汽车系列驾驶室及车身的点焊机器人。上海交通大学研制的“上海1号”、“上海2号”示教型机器人也都具有弧焊和点焊的功能[3]。20世纪节式机器人。1999年北京机械工业自动化研究所机器人中心研制的AW-600型弧焊机器人工作站,采用PC工控机控制和PMAC可编程多轴控制系统,于1999年4月通过了国家机械工业局的鉴定。1999年7月15日,国家863计划智能机器人主题专家验收通过了由“一汽”集团、哈尔滨工业大学和沈阳自动化研究所联合开发的H-100A型点焊机器人。由此可见,我们国内的焊接机器人已开始走向实用化阶段。
2. 焊接机器人技术及现状
焊接机器人的应用，不但改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高升产效率，更主要原因是焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性，这对于保证批量生产的产品焊接质量至关重要。
通常情况下，焊接机器人系统由焊接机器人、机器人焊机、变位机以及回转工作台等周边装置、焊接夹具、安全装置等组成。焊接机器人的工作对象几乎和手工焊接一样广泛，可以焊接低碳钢、不锈钢、铝材、铜材等。焊接材料的厚度可以从零点几毫米到几毫米、十几毫米、直至几十毫米。并且能够灵活调整焊枪姿态，实现对工件的最佳焊接。
随着机器人控制技术的发展和焊接机器人应用范围的扩大，尤其为适应现代产品更新换代快和多品种小批量的需要，要求焊接机器人和变位机，弧焊电源等周边设备实现柔性化集成。这有助于减少辅助时间，是提高生产效率的关键之一。例如，在球形或椭圆形工件的径向焊缝或复杂形状工件的周边的卷边接头等状态下焊接时，为了使整条焊缝在焊接时都能使焊池水平或稍微下坡状态，焊接时变位机必须不断地变换工件位置和姿态。即变位机在焊接过程中不是静止不动的，而是要做相应的协调的运动。弧焊电源和工装夹具等也要在机器人统一控制下作相应的协调运动，才能保证整个系统的高效率，高质量的工作。
3. 焊接机器人的发展及前景
随着我国国民经济的发展和工业自动化水平的不断提高，特别是加入WTO,许多生产企业为提高产品质量和生产效率，争取尽快和国际市场接轨，在市场竞争中争取主动权，对在生产中采用机器人的要求越来越强烈，对应用机器人的呼声也越来越高，为焊接机器人市场的快速增长提供了一个良好的机会。机器人的需求量在逐年增加，中国近几年机器人市场将会一个大的跨越。
种种迹象表明，今后几年中国的焊接机器人市场将是技术不断提高，市场迅速扩大，应用工程项目市场竞争激烈的局面。预计今后的几年内，国内企业对点焊、弧焊机器人的需求量将以 30% 以上的速度增长。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人不断向智能化方向发展，机器人的感觉功能将实现多传感器信息的融合，控制系统从示教、离线编程向模糊控制发展，实现生产系统中机器人的群体协调和集成控制，从而达到更高的可靠性和安全性。从应用技术市场角度分析，性能和价格以及技术服务的质量将仍然是决定用户做出正确选择的主要因素。随着国内机器人公司自主品牌的性能价格比进一步提高，短期内将可以达到与国外产品抗衡的能力。从机器人应用范围来看，焊接机器人的应用在传统制造业领域的需求持续增长同时不断向其它行业扩散。国内外众多机器人厂家激烈竞争的结果将促进我国工业制造技术自动化水平的不断提高，应用焊接机器人的企业在高技术、高质量、低成本条件下获得高速发展。
4 .焊接机器人在生产中应用的主要经验和问题
弧焊机器人在实际生产中的应用及产业化仍有如下的关键问题等待进一步研究解决:
(1)弧焊机器人系统的柔性化集成及优化，减少辅助时间，提高生产效率;
(2)新型机器人用弧焊逆变电源结构和性能的优化及电流波形控制，使熔滴实现最佳过渡，减少飞溅;
(3)弧焊过程实用传感技术，快速准确地提取弧焊过程的特征信息，实现焊缝自动跟踪;
(4)实用化的弧焊动态过程和焊接质量的实时智能控制技术;
(5)弧焊机器人工程应用和产业化中的技术成果转化。
5 .结论
工业机器人技术的研究、发展与应用,有力地推动了世界工业技术的进步。特别是焊接机器人在高质高效的焊接生产中,发挥了极其重要的作用。我国焊接机器人技术的研究应用虽然较晚,但借鉴于国外的成熟技术,得到了迅速的发展。近年来,我国在焊缝跟踪、智能控制、信息传感、周边设备及机器人专用电源等方面进行了大量的研究与应用,取得了许多优秀的成果。随着智能机器人技术和人工智能理论的进一步发展,焊接机器人系统还有许多值得我们认真研究的问题,特别是多智能体系统、基于PC的控制器和模糊神经网络等方面将是研究的热点问题。
参考文献
