訪中國電力電子學(xué)科帶頭人,在人類所利用的能源當(dāng)中，電能是最清潔最方便的；電氣傳動(dòng)無疑有著很大的意義。本刊記者李海軍就電氣傳動(dòng)的有關(guān)問題對中國電力電于學(xué)科帶頭人王正元教授進(jìn)行了專訪。
李海軍：隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)正面臨著一場歷史革命。請介紹當(dāng)前電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

王正元：現(xiàn)在我們說電氣傳動(dòng)正面臨著一場革命，是說它正在向智能化邁進(jìn)，作為我們搞自動(dòng)化的同志來講，上百年來研究電動(dòng)機(jī)只是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，現(xiàn)在再進(jìn)人到一個(gè)智能化，也就是一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化的問題。優(yōu)化的焦點(diǎn)是把微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)融人到電氣傳動(dòng)的領(lǐng)域，這三者構(gòu)成“大電子體系”，只有這樣的大電子體系，才能帶動(dòng)、改造傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級換代。這樣的融人把物料流、能源流、信息流三者匯流在一起，形成當(dāng)代的智能化傳動(dòng)系統(tǒng)。

過去講調(diào)速，搞電機(jī)的人總是希望從電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)，結(jié)果是不理想的。有了變頻調(diào)速以后，這方面有了很大改進(jìn)。

所以我們已經(jīng)不能單純從電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部來解決傳動(dòng)的問題，我個(gè)人以為要把電機(jī)、調(diào)速裝置和用電器看成是一個(gè)整體，不是單純追求單機(jī)的高效，現(xiàn)在進(jìn)人智能化時(shí)代，我們要追求把單機(jī)額定工況點(diǎn)的高效提高到系統(tǒng)的高效。我們希望在很大的一個(gè)工作面上，通過調(diào)速都能達(dá)到電機(jī)和系統(tǒng)的高效，這是我們現(xiàn)代電氣傳動(dòng)的又一個(gè)特點(diǎn)。

國民經(jīng)濟(jì)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須節(jié)能，電機(jī)用在風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等通用機(jī)械里，采用了變頻調(diào)速，可以達(dá)到一個(gè)相當(dāng)可觀的節(jié)能效果，但實(shí)際上在電氣傳動(dòng)中，用于風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)大約只占到40％，這一部分的節(jié)能重要性不必再去懷疑。

要理解電氣傳動(dòng)的全部，還應(yīng)該包括工藝調(diào)速、牽引調(diào)速和精密調(diào)速。這些調(diào)速應(yīng)用的目的主要是提高產(chǎn)品的工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)產(chǎn)量和效率，達(dá)到產(chǎn)品制造工藝要求，比如軋鋼、印刷等都是圍繞怎么樣提高精度，達(dá)到工藝要求。這一部分也會(huì)有節(jié)能效果，但它不是主要的目的。以軋鋼為例，采用交流傳動(dòng)替代直流傳動(dòng)，雖然節(jié)能絕對量也不小，但是跟軋鋼產(chǎn)量的提高帶來的總效益來比，節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益大約占到7％一8％。交流傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)作時(shí)間就縮短，在軋鋼的時(shí)候，提高了工作效率，一小時(shí)產(chǎn)量大約可以提高20％，這對鋼廠來說就很了不得了，這個(gè)經(jīng)濟(jì)效益要比起節(jié)能來說大了許多。

在通用機(jī)械的領(lǐng)域里面，我們大家習(xí)慣強(qiáng)調(diào)的是變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能優(yōu)勢，我首先肯定這是對的，但是在很多國民經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)域中，它更多的應(yīng)用不完全是為了節(jié)能，而是為了滿足工藝上的要求以及生產(chǎn)技術(shù)改造上的要求。通用機(jī)械的節(jié)能調(diào)速對變頻裝置的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等性能的要求不高，倒是希望開發(fā)高可靠的經(jīng)濟(jì)型調(diào)速裝置。正是工藝調(diào)速（如軋鋼）、牽引調(diào)速（如電氣火車和電動(dòng)汽車廠）、精密調(diào)速（如機(jī)器人、柔性加工）才促使采用調(diào)速的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)不斷改

進(jìn)，成為電氣傳動(dòng)技術(shù)不斷發(fā)展的基本推動(dòng)力。

李海軍：近年來，交流調(diào)速在國內(nèi)外發(fā)展十分迅速。請介紹交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題。

王正元：作為交流傳動(dòng)來講，一般是交一直一交變頻，先把50Hi的交流電源變成直流電，直流再逆變成不同頻率的交流電，這是變頻調(diào)速的基礎(chǔ)，它的優(yōu)點(diǎn)大家總結(jié)了10多條，我們在此就不談了。但是它的缺點(diǎn)我們也不能遮掩，一般說來，交流變頻調(diào)速存在三個(gè)方面的問題，諧波問題首當(dāng)其沖，它污染電網(wǎng)、損害電機(jī)，這個(gè)損害首先表現(xiàn)為電機(jī)絕緣的疲勞性以及燒蝕軸承；其次是存在著這樣

那樣的可靠性問題；第三是價(jià)格偏高，特別是對通用機(jī)械的節(jié)能調(diào)速而言。我們現(xiàn)在搞交流變頻調(diào)速，開始是“交一直一交”，這三個(gè)問題，特別是前兩個(gè)問題是在一定程度上采用“交一直一交”互相聯(lián)系的。這就是變頻調(diào)速這么好的技術(shù)推廣卻非常緩慢的一個(gè)主要原因。

我們不能夠把它存在的問題藏起來或者遮掩掉，而應(yīng)該去發(fā)動(dòng)大家討論，應(yīng)該介紹解決這些問題的一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，給國內(nèi)的用戶和國內(nèi)的制造商介紹從電機(jī)到變頻器的保護(hù)措施。一方面是把諧波解決掉，一方面是把電機(jī)在采用變頻調(diào)速后出現(xiàn)的問題解決掉。其中采用“交一交矩陣式”變頻技術(shù)是將會(huì)逐步成熟起來的新調(diào)速方案。

采用變頻調(diào)速以后，還帶來一些設(shè)計(jì)觀念上的變化，我們過去長期以來設(shè)計(jì)制造電動(dòng)機(jī)的時(shí)候主要考慮起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，把起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大當(dāng)作一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)。鑒于增加啟動(dòng)電阻就增大了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，異步電動(dòng)機(jī)定子常采用雙籠或深槽結(jié)構(gòu)。在啟動(dòng)的時(shí)候，磁場對轉(zhuǎn)子強(qiáng)切割，產(chǎn)生的集膚效應(yīng)，把轉(zhuǎn)子電流排到外繞組中，外繞組電阻就很大，這樣啟動(dòng)電阻就大，以保證足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這么一來，轉(zhuǎn)子尺寸加大了，不光是轉(zhuǎn)子加大，定子也會(huì)加大，等于是材料要多了，重量增加了。

有了變頻調(diào)速后，隨頻率從低到高的變化，電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩自然會(huì)變得比較大。這樣一來，在電機(jī)設(shè)計(jì)制造思想上，可以擺脫啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的限制，按照新的或者說按變頻調(diào)速的工況來重新考慮，既可以使電機(jī)效率提高，還可以使電動(dòng)機(jī)小型化，這是我們走變頻專用電機(jī)高效的一條重要思路。這和為提高電動(dòng)機(jī)效率而必須使用更多銅、鐵材料的設(shè)計(jì)思路是不一樣的。

李海軍：網(wǎng)絡(luò)化控制與管理已經(jīng)成為電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

請談一談電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制與管理的發(fā)展水平及應(yīng)用現(xiàn)狀。

王正元：智能化實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)工程，是新技術(shù)的一個(gè)整體，其中特別是微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)一起用到變頻調(diào)速技術(shù)當(dāng)中，所以我比較傾向于用一個(gè)大電子的概念來談電氣傳動(dòng)，要把計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的概念融進(jìn)來。這就是說，我們所講的用電子技術(shù)來改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該講是一個(gè)大電子的概念，不能夠光靠微電子技術(shù)，實(shí)際上光有微電子是改造不成的，微電子的能量太小，只能給指令，幾十年的經(jīng)驗(yàn)證明單靠微電子技術(shù)，對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)的是有限的，它只能在小容量上以及傳遞信號方面發(fā)揮作用。在傳遞能量方面光靠微電子是不行的，必須和電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)相結(jié)合。這是當(dāng)前高科技同傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)合，形成新型先進(jìn)制造業(yè)的特點(diǎn)。

李海軍：變頻調(diào)速是最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。請分析變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢。

王正元：今天我們強(qiáng)調(diào)節(jié)能，變頻調(diào)速用于節(jié)能在眼前肯定是有很大市場，但是節(jié)能的傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)該往后繼續(xù)發(fā)展。在有些情況下，如風(fēng)機(jī)和泵并不需要非常精確的傳動(dòng)精度，在節(jié)能的大前提下要求進(jìn)一步提高可靠性，降低制造成本�？墒俏覀儸F(xiàn)在傳動(dòng)的發(fā)展方向，越搞功能越多、越搞精度越高，因此上我們不要把節(jié)能的優(yōu)勢看成是變頻器發(fā)展的唯一方向。

現(xiàn)在大家都說交流電機(jī)好，這是相對于傳統(tǒng)直流電機(jī)而言的。我認(rèn)為永磁電機(jī)有著潛在的優(yōu)勢，盡管今天永磁無刷電機(jī)還顯得功率很小，技術(shù)上也不十分成熟，但是永磁無刷電機(jī)將會(huì)隨著材料的進(jìn)步，隨著控制的進(jìn)步，而越來越顯示它的重大的優(yōu)越性，在非節(jié)能調(diào)速領(lǐng)域中將會(huì)占據(jù)一塊非常大的市場。

現(xiàn)在在家用電器領(lǐng)域中，采用永磁無刷電機(jī)的趨勢已見。將來要搞電動(dòng)汽車、要搞全電化艦船，最有發(fā)展的還是永磁無刷電機(jī)。

我們既然要討論發(fā)展方向，就不能局限在眼前的現(xiàn)實(shí)當(dāng)中。一般的電動(dòng)機(jī)大約有8％一10％能量是用來激磁的，永磁無刷電機(jī)就節(jié)約了這部分能量，它擁有交流機(jī)的結(jié)構(gòu)、直流機(jī)的性能。畢竟直流機(jī)的調(diào)速范圍是交流機(jī)無法比擬的，只不過今天永磁電機(jī)由于受到材料的限制，功率還不能做太大。到了本世紀(jì)40—50年代永磁無刷電機(jī)將會(huì)發(fā)揮越來越大的作用。未來的汽車就是電動(dòng)車，這是電氣傳動(dòng)的巨大新應(yīng)用市場。我們在現(xiàn)在和不久的將來，在傳動(dòng)產(chǎn)品方面，可能會(huì)看到一些新的東西，最后得到最佳解決方案。