电气控制技术及其发展趋势

电气控制技术及其发展趋势

摘要

本文主要分析了霓气控制技术的现状及发展趋势，重点介绍了以电气控制

技术中心，各个领域的应用状况，现在的电气控制技术不仅有着更加高超的水

平，而且具有较高的通用性以及灵活性，它能更充分的与现代网络控制技术进

行接触。通过对电气控制技术的研究，不断推动实践中生产力的发展，进而促

进我国科学技术的发展。

关键词：电气控制技术；应用现状；发展趋势

前言

电气技术开始时沿着信息传送（弱电）和电能利用（强电）两个方向发展，现代

电气控制的特点是以弱电控制强电，使两支洪流又汇合起来。

电气控制的应用范围极广，从控制对象工艺过程上看，大体可分为电气传

动控制和电气仪表过程控制两大部类，它们在控制规律上有许多相似之处。

电气控制的目标是保证生产过程和产品质量的优化、节约能源、提高可靠

性和自动化水平，是现代化生产中提高生产力的必要途径。

随着我国科技水平的不断进步，使得我国的电气控制技术也在不断进步，

所应用的领域也在不断扩大，与人们的日常生活也联系的越来越紧密，当然，

随之而来的是人们也对电气控制技术的要求也不断提高，这就要求电气控制技

术要不断进行改革发展，针对现在各领域中应用电气技术的现状，将每个问题

逐步击破，从而使得电气控制技术的发展水平不断领先。

1.历史回顾

早期的电气传动控制只是利用电器来控制电动机的起动、制动、正反转和

分级调速。

随着技术的进步，生产工艺对电气传动提出了越来越高的要求，诸如精确

稳定的运行速度、无级调速、快速反向、准确定位等等。

直流电机变压和弱磁调速可以比较好地满足这些要求，于是诞生了旋转变

流机组供电的直流调速系统（ward-leonard系统

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对调速性能要求再高时，则引入电机型放大器、磁放大器、电子放大器等

放大装置进行反馈控制。

到本世纪五十年代，机组供电直流调速系统的控制技术发展到了巅峰的阶

段，也正是它的缺点暴露得最充分的时候，它的设备多、体积大、费用高、效

率低、安装须地基、运行有噪音、维护不方便等等日益成为生产上的负担。

为了解决这个矛盾，人们开始采用水银整流器(大容量)和闸流管(小容量)等

静止变流装置来代替旋转变流机组，形成所谓的离子传动控制系统。

1957年，可控的大功率半导体器件一晶闸管问世，由它组成的静止式可控

整流装置无论在运行性能上还是可靠性上都具有明显的优势，60年代成了晶闸

管的时代，使离子传而仅仅成为一位历史上的浮云过客而己。

七十年代以来，国际上电力电子技术(即大功率半导体技术)突飞猛进，推出

了新一代的开和关都能控制的“全控式”电力电子器件，如门极可关断晶闸管

(GTO)、大功率晶体管(GTR)、场效应晶闸管(P-MOSFET)等。

新型的脉宽调制式(pwm)变压装置使直流电源以1八・4khz的频率交替地导

通和关断，用改变脉冲电压宽度来改变平均输出电压，从而调节电动机的转速。

与老式电器开关控制相比，新的pwm开关在形式上是静止的，开关频率高,

装置体积小，调节性能好，运行十分可靠。

从电器开关到连续调压，再到电子开关，电气传动控制的历史在螺旋式地

前进。

如上所述，电气控制手段经历了几代的演变，而直流电动机本身却基本上

依然故我，虽然它具有优良的可控性能，但它的机械式换向器始终是构上和运

行中的薄弱环节。

交流电机尤其是鼠笼式异步电机没有这个问题，因此在直流传动控制技术

发展的同时，人们一直在憧憬着具有优越控制性能的交流传动系统，业为此付

出了艰苦的努力，但直到电力电子技术蓬勃发展以前，始终未能如愿。

当晶闸管组成的可控整流装置获得广泛应用以后，乂发明了晶闸管逆变电

路和变频装置，“全控式”电力电子器件的出现，使变频装置的结构大为简化，

交流变频调速系统才逐渐具备大量应用的价值。

1971年提出了矢量控制技术，使交流调速得到了可与直流调速媲美的高性

能，石油战引起的国际能源危机更促进了节能交流传动的开发。

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工业上应用的交流传动装置迅速增长，80年代可以说是推广交流传动的时

代了。

2.2020s的国际水平

2.1.以电子计算机和其它电子装置为主要控制手段

无论是电气传动控制，还是电气仪表过程控制，尽管它们在很长一段时间

里采用着很不同的控制手段，到后来都找到了电子装置和电子计算机。

这决不是偶然的巧合，这正是技术进步的结果。

自晶体管问世以来，电子器件从分立元件发展到小、中、大、甚大规模的

集成电路，韭在此基础上制成微处理机和微型计算机。

在七十年代的十年中，元件的集成度越来越高，因而从四位机、八位机、

十六位机发展到八十年代初的三十二位机，动态存储器的容量日益增大，指令

平均执行时间日益缩短，而器件的成本则大幅度降低，从1974年以后的六年中,

每个门的平均费用下降为原来的1%。

八十年代将进一步实现系统集成化，即使操作系统、ij。处理功能等都咋为

集成化的对象，以减轻用户在软件上的负担。

可以预计，微型计算机将会继续迅猛地发展。

2.2.以电力电子装置为弱电控制强电的媒介

在各种电气控制设备中，能够实现弱电控制强电的关犍是电力电子装置。

如果说，计算机是现代化生产设备的大脑，那么电力电子装置就是支配手

足动作的肌肉与神经。

近十年来由于微电子制造技术的进步，给电力电子器件生产以极大的推动

力，各种新型电力电子器件如雨后春笋，韭且向着高电压、大功率、高动态参

数和高可靠性的方向发展。

2.3.以自动控制理论和信息传输理论为电气控制技术的理论基础

由无源或有源的线性电路构成的P【D调节器在电气控制系统中已经沿月了

四十多年，结构简单，能满足一般控制性能的要求，在理论和实践上都已经很

成熟了。

不少人曾尝试应用其它控制规律改善系统的性能，取得了一定的成果，但

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在控制器的复杂性上也付出了不小的代价。

自从计算机用于炙时控制之后，提供了实现各种控制规律的方便，情况发

生了根本的变化。

举例来说，变结构控制在线性电路的基础上实现起来比较麻烦，用软件来

实现就容易得多。

计算机的高速运算能力使现代控制理论中较复杂的控制规律都能够得到实

时的应用。

3.电气控制技术在行业中的使用状况

3.1.在铁路起重机中的应用

作为应用于铁路落门救援的一种重要机器，铁路起重机在处理事故现场，

挽救人们生命上起到非常关键的作用.

从前使用的铁路起重机的控制系统十分复杂，在进行组装或是运输的过程

中，步骤十分繁琐，耽误了宝贵的救援时间。

而在出现故障时，维修人员也需要对复杂的控制系统进行调试，这样一来

影响了起重机的整体性能。

因此，要想促进铁路起重机的发展，就需要提升起重机中的电气控制技术

水平。

铁路起重机可以应用以plc为核心的电气控制技术。

该系统能够大幅度地减少起重机的制作成本，同时简化了维修的步骤，维

修人员可以有效地提升维修的效率。

3.2.在环境保护工程中的应用

由于经济发展，环境污染加重，对环境进行保护和治理的任务十分艰巨。

因此，环保工程获得了国家的大力支持。

在环保工程中，许多地方都要使用电气控制技术。

以常见的煤炭脱硫为例。

由于我国是一个煤炭消耗大国，每年因为煤炭燃烧产生的污染物、毒气数

量十分庞大，严重影响了人们的生活，还给人们的健康造成了隐患。

但是在经济发展过程中，煤炭的使用又是必不可少的，因此，协调煤炭在

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支持经济发展与破坏环境之间的关系就显得尤为重要。

通过煤炭脱硫程序，可以有效减少煤炭燃烧过程中产生的污染性气体。

而电气控制技术可以对煤炭的脱硫程序进行准确的控制，大大提升了煤炭

脱硫的效率以及准确性。

3.3.在钢铁冶金行业的应用

电气控制技术在炼钢行业中的应用也十分广泛。

仅以高炉鼓风机为例，作为炼钢行业中应用十分广泛的一种机器，高炉鼓

风机具有良好的生产能力。

在炼钢行业中，高炉鼓风机通常用来提升钢水的提取量。

但是该机器有一个突出的缺点，就是一旦出现故障，需要付出高昂的维修

费用。

同时，维修所需时间较长，耽误了正常的炼钢。

因此，将电气控制技术应用于高炉鼓风机的控制系统中，与低压跳闸、瞬

间断电等问题相结合，能够提升高炉鼓风机使用的稳定性能。

4.电气控制技术发展的现状

4.1.电气控制技术应用的领域更加广泛

现在的电气控制技术不同于以往的电气控制技术，现在所发展的电气控制

技术与现代网络信息控制技术有着密不可分的联系，因而它的应用领域由传统

的电气工程领域扩大到我们日常生活的方方面面，例如，生产领域，医疗领域，

建筑领域等都有电气控制这一技术的应用，而且班着现代信息技术的发展，电

气控制技术也随着科技的脚步而不断进行了延伸，出现了电子电力，数字电子

以及电子通信等。除了科技推动的因素外，现在的电气控制技术已经逐渐发展

到稳定的状态，有着安全，操作简易，调节精准和节能环保等特点，并将这几

个特点融为一体，形成现代电子控制技术不可多得的优势条件，也正因为它所

具备的这些优点，才会在各大领域内大量应用，随着电子控制技术的应用领域

不断扩大，许多行业的相关从业人员的工作压力也被大大减小，有了更充足的

空余时间，改善了人们的生活方式，也提高了人们的生活水平，促进了我国电

气控制技术的良好发展。

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4.2.在应用过程中出现了不可避免的问题

电气控制技术简单来说就是将理论与实际相结合的一种控制技术，它所广

泛的应用在生活方方面面的实践生产中主要是为了提高实践的生产力，提高生

产力的发展，它时时刻刻都在影响着人们的衣食住行，对促进生产力发展和改

善人们的生活方式起着非常重要的作用。但在应用过程中，不得不提的就是电

气控制技术的安全问题，任何技术的使用都离不开安全问题，安全问题包括的

不仅是生命安全和财产安全的问题，更重要的是信息安全问题，严重危及到国

家的信息安全。所以，在应用电气控制技术的过程中，一定要重视安全问题，

不断加强电气系统的安全运行，集中精力解决现在电气控制技术应用中所遇到

的电气控制设备问题，电气控制系统问题和电气监控等问题，将安全隐患降到

最低，最大程度确保应用的安全。

5.电气控制技术发展的趋势

5.1.更加网络智能化

由于现代信息技术的不断发展，网络社会也己经成形，而电气控制技术作

为现代信息社会的产物，势必会与网络更加紧密结合，同时发挥网络和电气控

制优势，更好地服务于人民生活，时人们的日常生活更加智能化便捷化，此外，

电气控制技术与网络结合后，将会给人们生活以及生产的各个领域带来新的体

验，通过一些智能化的操作，及时了解信息，或者及时解决出现的问题，使各

行各业的生产效率得到更大提升，推动生产生活的智能化发展⑴。

5.2.更加公开公平化

因为网络与电气控制技术的结合应用，人们对生产，生活的公开化需求也

越来越高，而且现在的社会是法制社会，人们对自身权利的意识也不断在提高，

运用自身所拥有的权利，对一些以前从来没有正面公开的行业内幕进行公开，

希望更多的去了解与人们生命息息相关的各个方面，对于侵害自己权利的行为

将会积极进行维护，来保护自身权益，因而之后电气控制技术的发展会越来越

趋向于公开公平透明化。另外，随着各行各业的运作过程不断公开化，人们对

电气控制技术的了解也越来越多，从而推动电气控制技术的应用也越来越广泛

深入⑵。

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5.3.更加安全化

随着现代电气控制技术应用领域的不断深入，电气控制技术在应用过程中

的安全问题也得到不断解决，一些专业的技术人员对电气控制技术所产生的安

全问题的设备将进行不断深入研究，不断减少发生安全问题的设备隐患，保证

相关设备在使用过程中更加安全；除了保证人们的生命财产安全，信息安全也

会得到保障，通过网络技术与电气控制技术的结合，对人们的个人信息进行设

限，阻止不法分子盗取用户的个人信息，不断保护人们个人信息安全。

6.我国的现状与发展展望

从整体来看，我国自产电气控制装置的水平与国际先进水乎相比大约落后

二十年。

具体分析一下，我们在控制软件设计和控制理论应用上都有一定基础，能

力韭不很弱，在理论研究的某些方面还有领先的成就，计算机和控制装置的硬

件是我们主要的薄弱环节，其中更根本的弱点在于元器件一大规模集成电路和

新型电力电子器件。

前者己经受到国家很大的重视，发展势头较大，而后者尚未得到足够的重

视，只有本行业在努力。

当前我国电力电了器件的生产水平与前面列出的国际水平相比可以看出其

差距。

此外，在设计方法上，基本上仍处于图板加计算器的状况，数字仿真与计

算机辅助设计的应用韭不普遍。

为了加快发展速度，在引进和消化之后，关键还在于自己要