电气工程中的电机与电气控制技术及其应用

前言

电机与电气控制技术在电气工程中有着十分广泛的应用，涉及工业自动化，能源管理，交通运输，智能建筑，新能源发电等诸多关键领域，通过电机与电气控制技术的融合，能够达成高效又节能的动力推动，而且提升设备的运行效能和稳定程度，给社会现代发展提供强有力的科技支撑，伴随科技不断发展，电机与电气控制技术会越发智能化，高效化且环保化，从而为人类社会的持续发展作出更多贡献。

1.电机与电气控制技术概述

电机与电气控制技术作为现代工业以及日常生活中必不可少的关键技术范畴，电机是把电能转换成机械能或者反过来把机械能转换成电能的装置，在各种各样的机械设备当中起着非常重要的作用，电气控制技术则是借助电路和控制元件来完成对电机以及其他电气设备的精确操作与管理，电机种类多种多样，有直流电机，交流电机，同步电机，异步电机等等，每一种电机都有自己的独特之处，适用范围也不尽相同，比如直流电机有着较好的调速性能，常常被用在那些对速度控制有着较高要求的地方，而交流电机因为其结构比较简单并且便于保养的缘故，所以它在各种工业设备和家用电器当中被普遍采用。

电气控制技术的关键之处在于通过各种控制元件及电路来完成对电机的启动、停止、调速、反转等操作，传统电气控制系统大多通过继电器、接触器之类的元件，借助简单的逻辑电路达成基本的控制目标，不过，由于电子技术与计算机技术迅猛发展，现代电气控制技术已踏入一个崭新的阶段，可编程逻辑控制器（PLC）、变频器、微处理器这些先进设备得到普遍应用以后，电气控制系统就能做到更为复杂，精确且智能化的控制，变频器利用改变电机的供电频率来执行无极调速，从而明显优化电机的运行效能和灵活程度；PLC 按照预先编好的程序以及输入信号，对电机及其他设备展开自动化控制，达成繁杂的生产流程和工艺需求。一旦出现故障迹象就会发出警报，延长设备的使用寿命，缩减维修次数[1]。

2.电气工程中电机与电气控制技术的应用研究

2.1 工业自动化方面的应用

在工业自动化方面，电机和电气控制技术是把生产过程自动化，智能化的关键要素，电机充当动力来源，其性能直接影响生产设备的运作效能和产品质量，高效电机的使用，永磁同步电机，无刷直流电机等，不但提升电机的转换效率，缩减能量损失，而且通过改良电磁设计，采用性能优越的材料，使得电机寿命得以延长。变频调速技术作为电气控制技术在电机推动中的关键应用，它可以根据生产过程的实际需求，及时调节电机的转速，做到节能运行。以工业生产线上为例，装上变频器以后，电机就会根据生产速度的变动，自行调节功率，如此一来就避开传统电机由于固定转速引发的能量浪费。软启动技术还可以减小电机启动时的电流冲击，保护电机以及电网设备。PLC（可编程逻辑控制器）与 DCS（分布式控制系统）作为电气控制技术的关键组成部分，它们通过编程来达成对各类设备的逻辑控制，能够根据输入信号产生对应的输出信号，进而对电机、传感器、执行器等设备实施精确控制，以自动化生产线为例，PLC 可以按照传感器检测到的物料位置和状况，操控机械臂的活动以及电机的开闭，做到自动化生产，DCS 则适合于大规模工业生产流程的监督与管理，它把控制功能分散到很多控制节点上，从而对复杂的生产流程实施细致的控制，提升生产效率并保证产品质量[2]。

2.2 新能源方面的应用

在新能源方面，电机与电气控制技术起着十分关键的作用.随着全球对于清洁能源的需求增多，电机和电气控制系统在新能源汽车，太阳能发电，风力发电等领域中的应用也越发普遍，在电动汽车中，电机同电池系统是主要部件，高效电机加上先进的控制技术成为高性能与长续航的关键所在，永磁同步电机利用其高效率和高功率密度在电动汽车的驱动系统中得到广泛应用，通过变频调速技术，电机可以按照驾驶需求来改变功率输出，从而达到节能又高效的目的。而且，电机还具有再生制动的功能，当车辆制动时，动能会被转换成电能，再回馈给电池，这样就能提升能源的利用效率。太阳能、风力发电系统中，电机、电气控制系统用于实现能量转换与传输，太阳能光伏发电系统中的逆变器把直流电转变成交流电，通过电气控制系统做到并网运转，风力发电系统中的发电机把风能变成电能，利用变频器和控制器达成稳定电力输出，这些系统中的电机、电气控制系统既改善能源转换效率，又保证系统的稳定运转，给新能源的大规模应用提供技术支撑[3]。

2.3 智能建筑方面的应用

在智能建筑方面，电机及电气控制技术的应用主要涉及照明控制、暖通空调（HVAC）控制、电梯控制等几个方面。智能照明系统利用传感器和控制器对照明设备实施自动化控制，利用环境光照、人员活动等情况自动调节灯光的亮度和开关状态。比如，大体量的商业建筑中，智能照明系统可按照不同区域的使用需求。根据时间段，分区对照明加以控制，大幅度减轻照明用电开支，暖通空调（HVAC）系统作为建筑能耗占据很大比重的部分。通过电气控制技术，HVAC 系统可以利用室内外温度，湿度和人员活动状况，自行调适空调设备运转状态，达到节能并营造舒适的环境。比如说，采用变频调速技术，空调风机和水泵可以依据实际需要灵活改变转速，削减多余的能耗；智能控制系统通过网络把各种设备联在一起，做到集中监视与经营，从而改善体系的运作水平。电梯作为高层建筑必不可少的设备，通过电气控制系统，电梯可以做到智能调配并达成节能运行，电梯利用群控系统按照乘客呼梯信号自动安排电梯，削减乘客等候时日，电梯用变频调速技术按照载重及运行状态变动电动机功率，达成节能运转，智能电梯系统利用传感器感知电梯的运行情况，预先察觉故障，改进电梯的安全性与可靠性。

2.4 交通运输方面的应用

除了电动汽车应用非常广泛之外，电机和电气控制系统在轨道交通、船舶推进等交通运输领域也有着重要的作用。在轨道交通中，牵引电机和电气控制系统是列车的主体，通过对电机转速和功率的控制，完成列车的平稳启动、加速、制动和运行过程，地铁列车上使用的交流牵引电机和变频控制系统，可以随着列车运行状态的不同对电机的输出功率进行调整，实现节能运行。船舶推进系统中电机与电气控制系统用来推动船舶的螺旋桨，用变频调速技术达到无级调速的目的，进而提升船舶的航行效率和航行灵活性，电机与电气控制系统同样在航空航天领域有重要用途，飞机的辅动力系统，电动飞行器推进系统等等，也为交通运输绿色化和智能化提供技术支持。

结语

电机与电气控制技术作为现代科技的重要部分，它在工业生产，交通运输，能源利用，日常生活等诸多领域都有着广泛的用途，伴随着技术持续进步，电机与电气控制技术会变得越发智能，高效且环保，从而给人类社会的发展提供更多动力和支撑。

参考文献：

[1]王航宇,高峰.电气控制系统永磁同步电机 FOSMC 无差拍预测控制[J].探测与控制学报,2025,47(03):142-149.

[2]丁浩.基于MCGS 和PLC 的码垛机器人电气控制系统设计[J].中国宽带,2025,21(08):139-141.

[3]吴涛.电气工程及自动化控制技术在混合动力汽车领域的应用[J].汽车知识,2025,25(07):22-24.