變頻器的發(fā)展

1．主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化，開關(guān)頻率不斷提高，開關(guān)損耗進(jìn)一步降低。低壓小容量變頻器普遍采用的功率開關(guān)器件是：功率MOSFET、IG－BT（絕緣柵雙極度晶體管）和IPM（智能功率模塊）。中壓大容量變頻器采用有：GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）、SGCT（對(duì)稱門極換流晶閘管）、IEGT（注入增強(qiáng)柵晶體管）和高壓IGBT。
2．變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面：變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對(duì)低壓小容量的常采用6脈沖變流器，而對(duì)中壓大容量的采用多重化12脈沖以上的變流器。負(fù)載側(cè)變流器對(duì)低壓小容量的常采用兩電平的橋式逆變器，而對(duì)中壓大容量的采用多電平逆變器。值得注意的是，對(duì)于四象限運(yùn)行的傳動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器，出現(xiàn)了功率可雙向流動(dòng)的雙PWM變頻器，對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波，并使系統(tǒng)的功率因數(shù)接近于1，減少對(duì)電網(wǎng)的公害。目前，低、中壓變頻器都有這類產(chǎn)品。公用直流母線技術(shù)的采用使多臺(tái)（或多軸）傳動(dòng)系統(tǒng)能量更好利用，提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率，并可降低變頻器本身的價(jià)格。公用直流母線也可以有再生型和非再生型的。探索采用諧振直流環(huán)技術(shù)使變頻器的功率開關(guān)工作在軟開關(guān)狀態(tài)，器件損耗大大下降，開關(guān)頻率可進(jìn)一步提高，因電壓和電流尖峰引起的E－MI問題得到抑制，可取消緩沖電路。
3．脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法：正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）控制。消除次數(shù)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）。
4．交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)整控制方法的進(jìn)展：由標(biāo)量控制（V／f控制和轉(zhuǎn)差頻率控制）向高動(dòng)態(tài)性能的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展。開發(fā)無速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。
5．微處理器的進(jìn)步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，特別是交流電動(dòng)機(jī)高性能的控制需要存儲(chǔ)多種數(shù)據(jù)和快速實(shí)時(shí)處理大量信息。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機(jī)控制器（如ADI的ADMC3??系列、TI的TM S320C240和Motorola的DSP56F8??系列），價(jià)格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP的大速度為20～40MIPS，單周期指令執(zhí)行時(shí)間快達(dá)幾十納秒，它和普通的單片機(jī)相比，處理數(shù)字運(yùn)算能力增強(qiáng)10～15倍，確保系統(tǒng)有更*的控制性能。數(shù)字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷加強(qiáng)保護(hù)和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化（如有些變頻器具有自調(diào)整功能）。
6．交流同步電動(dòng)機(jī)已成為交流可調(diào)傳動(dòng)中的一顆新星，特別是永磁同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)獲得無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率保持同步。同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機(jī)在原理上和直流電機(jī)極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機(jī)的機(jī)械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時(shí)叫做“直流無換向器電機(jī)”或稱“無刷直流電動(dòng)機(jī)（BLDC）”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機(jī)的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機(jī)簡單。開關(guān)磁阻式電機(jī)（SR）是一種特殊類型的同步電機(jī)，定轉(zhuǎn)子為雙凸極結(jié)構(gòu)，結(jié)實(shí)無刷，輸出轉(zhuǎn)矩較大，由于SR電動(dòng)機(jī)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，電路簡單。傳統(tǒng)的SR電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)同樣需要位置檢測器，目前也正在開發(fā)無位置傳感器的SR調(diào)速系統(tǒng)。SR電機(jī)優(yōu)點(diǎn)突出，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，稍顯遜色的是：SR電動(dòng)機(jī)功率變換器輸出的是不規(guī)則電流脈沖，低速時(shí)導(dǎo)致運(yùn)行噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題較為突出，這有待于進(jìn)一步改進(jìn)控制方法。

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