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    變頻器技術(sh)亟需明確發(f)展方向

    作者ygdqq  發(f)布時(sh)間2015/6/6 18:02:12    

    變頻器是運動(dng)控制系統中的功率變換器運動(dng)控制系統是作為機電能量變換器的電氣傳動(dng)技術(sh)的發(f)展當今的運動(dng)控制系統是包含多種學(xu)科的技術(sh)領(lng)域總的發(f)展趨勢是驅動(dng)的交流化功率變換器的高頻化控制的數字化智能化和網(wng)絡(lu )化因此變頻器作為系統的重要功率變換部件提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(f)展

    經(jng)歷大約三十年的研發(f)與應用實(sh)踐隨著(zh)新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術(sh)的發(f)展變頻器的性能價(ji)格比越來(li)越高體積越來(li)越小而廠(chng)家仍然在不斷地提高可靠性實(sh)現變頻器的進(jn)一步小型輕量化高性能化和多功能化以及無(w)公害化而做著(zh)新的努力變頻器性能的優(yu)劣一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響二要看對電網(wng)的諧波污染和輸入功率因數三要看本身的能量損耗即效率如何這里僅以量大面廣的交直交變頻器為例從技術(sh)上看在以下幾個(g)方面會(hu )進(jn)一步得到發(f)展

    脈寬調制變壓變頻器的控制方法正弦波脈寬調制SPWM控制消除指定次數諧波的PWM控制電流跟蹤控制電壓空間矢量控制磁鏈跟蹤控制交流電動(dng)機變頻調整控制方法的進(jn)展由標量控制Vf控制和轉差頻率控制向高動(dng)態(ti)性能的矢量控制和直接轉矩控制發(f)展開(ki)發(f)無(w)速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統

    微處理器的進(jn)步使數字控制成為現代控制器的發(f)展方向運動(dng)控制系統是快速系統特別是交流電動(dng)機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實(sh)時(sh)處理大量信息近幾年來(li)國外各大公司紛紛推出以DSP數?#20013;?#34399;處理器為基礎的內核配以電機控制所需的外圍功能電路集成在單一芯片內的稱(chng)為DSP單片電機控制器如ADI的ADMC3系?#23567;TI的TM S320C240和Motorola的DSP56F8系列價(ji)格大大降低體積縮小結構緊湊使用便捷可靠性提高

    DSP的最大速度為2040MIPS單周期指令執行時(sh)間快達幾十納秒它和普通的單片機相比處理數字運算能力增強1015倍確保系統有更優(yu)越的控制性能數字控制使?#24067;?#31777;(jin)化柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性可實(sh)現復雜控制規律使現代控制理論在運動(dng)控制系統中應用成為現實(sh)?#23376;?#33287;上層系統連接進(jn)行數據傳輸便于?#25910;?#35386;斷加強保護和監視功能使系統智能化如有些變頻器具有自調整功能

    主電路功率開(ki)關(gun)元件的自關(gun)斷化模塊化集成化智能化開(ki)關(gun)頻率不斷提高開(ki)關(gun)損耗進(jn)一步降低低壓小容量變頻器普遍采用的功率開(ki)關(gun)器件是功率M OSFETIGBT絕緣柵雙極?#26579;?#39636;管和IPM智能功率模塊

    中壓大容量變頻器采用有GTO門(mn)極可關(gun)斷晶閘管IGCT集成門(mn)極換流晶閘管SGCT對稱(chng)門(mn)極換流晶閘管IEGT注入增強柵晶體管和高壓IGBT變頻器主電路的拓撲結構方面變頻器的網(wng)側變流器對低壓小容量的常采用6脈沖變流器而對中壓大容量的采用多重化12脈沖以?#31995;?#35722;流器

    負載側變流器對低壓小容量的常采用兩電平的橋式逆變器而對中壓大容量的采用多電平逆變器值得注意的是對于四象限運行的傳動(dng)為實(sh)現變頻器再生能量向電網(wng)回饋和節省能量網(wng)側變流器應為可逆變流器出現了功率可雙向流動(dng)的雙PWM變頻器對網(wng)側變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波并使系統的功率因數接近于1減少對電網(wng)的公害

    目前低中壓變頻器都有這類(li)產(chn)品公用直流母線(xin)技術(sh)的采用使多臺或多軸傳動(dng)系統能量更好利用提高系統的整體運行效率并可降低變頻器本身的價(ji)格公用直流母線(xin)?#37096;?#20197;有再生型和非再生型的探索采用諧振直流環(hun)技術(sh)使變頻器的功率開(ki)關(gun)工作在軟開(ki)關(gun)狀態(ti)器件損耗大大下降開(ki)關(gun)頻率可進(jn)一步提高因電壓和電流尖峰引起的EMI問(wn)題得到抑制可取消緩沖電路

    交流同步電動(dng)機已成為交流可調傳動(dng)中的一顆新星特別是永磁同步電動(dng)機電機獲得無(w)刷結構功率因數高效率也高轉子轉速?li)?#26684;與電源頻率保持同步同步電機變頻調速系統有他控變頻和自控變頻兩大類(li)

    自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器如采用交直交變壓變頻器時(sh)叫做直流無(w)換向器電機或稱(chng)無(w)刷直流電動(dng)機BLDC傳統的自控變頻同步機調速系統有轉子位置傳感器現正開(ki)發(f)無(w)轉子位置傳感器的系統

    同步電機的他控變頻方式?#37096;?#37319;用矢量控制其按轉子磁場(chng)定向的矢量控制比異步電機簡(jin)單開(ki)關(gun)磁阻式電機SR是一種特殊類(li)型的同步電機定轉子為雙凸極結構結實(sh)無(w)刷輸出轉矩較大由于SR電動(dng)機的繞組只需單方向電流因此給它供電的只需單極性功率變換器就可以了電路簡(jin)單

    傳統的SR電動(dng)機調速系統同樣需要位置檢測器目前也正在開(ki)發(f)無(w)位置傳感器的SR調速系統SR電機優(yu)點(din)突出應用領(lng)域日益擴大稍顯遜色的是SR電動(dng)機功率變換器輸出的是不規則電流脈沖低速時(sh)導致運行噪聲和轉矩脈動(dng)問(wn)題較為突出這有待于進(jn)一步改進(jn)控制方法

    交流變頻調速技術(sh)是強弱電混合機電一體的綜合性技術(sh)既要處理巨大電能的轉換整流逆變又要處理信息的收集變換和傳輸因此它的共性技術(sh)必定分成功率和控制兩大部分前者要解決與高壓大電流有關(gun)的技術(sh)問(wn)題和新型電力電子器件的應用技術(sh)問(wn)題后者要解決基于現代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬軟件開(ki)發(f)問(wn)題在目前狀況下主要全數字控制技術(sh)

    其主要發(f)展方向有如下幾項實(sh)現高水平的控制

    基于電動(dng)機和機?#30340;?#22411;的控制策略有矢量控制磁場(chng)控制直接傳矩控制和機械扭振補?#25976;ȣ?#22522;于現代理論的控制策略有滑模變結構技術(sh)模型參考自適應技術(sh)采用微分幾何理論的非線(xin)性解耦魯棒觀(gun)察器在某種指標意義下的最優(yu)控制技術(sh)和逆奈奎斯特陣列設計方法等

    基于智能控制思想的控制策略有模糊控制神經(jng)元網(wng)絡(lu )專(zhun)家系統和各種各樣的自?xn)?yu)化自診斷技術(sh)?#21462;?#32302;小裝置的尺寸

    緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度其中包括智能化的功率模塊緊湊型的光耦合器高頻率的開(ki)關(gun)電源以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器電抗器和電容器功率器件冷卻方式的改變如水冷蒸發(f)冷卻和熱管對縮小裝置的尺寸也很有效高速度的數字控制

    以32位高速微處理器為基礎的數字控制模板有足夠的能力實(sh)現各種控制算法Windows操作系統的引入使得可自由設計圖形編程的控制技術(sh)也有很大的發(f)展模擬與計算機輔助設計CAD技術(sh)

    開(ki)發(f)清潔電能的變流器所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數為1網(wng)側?#25299;?#36617;側有盡可能低的諧波分量以減少對電網(wng)的公害和電動(dng)機的轉矩脈動(dng)對中小容量變流器提高開(ki)關(gun)頻率的PWM控制是有效的對大容量變流器在常規的開(ki)關(gun)頻率下可改變電?#26041;Y構和控制方式實(sh)現清潔電能的變換

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