變頻器技術(shù)發(fā)展趨勢分析

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯變頻器技術(shù)發(fā)展趨勢分析 一、運動掌握系統(tǒng)的進展變頻器是運動掌握系統(tǒng)中的功率變換器，運動掌握系統(tǒng)是作為機電能量變換器的電氣傳動技術(shù)的進展。當今的運動掌握系統(tǒng)是包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的進展趨勢是：驅(qū)動的溝通化，功率變換器的高頻化，掌握的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，供應(yīng)可控的高性能變壓變頻的溝通電源而得到迅猛進展。二、變頻器技術(shù)的進展趨勢經(jīng)受大約三十年的研發(fā)與應(yīng)用實踐，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及掌握技術(shù)的進展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而廠家仍舊在不斷地提高牢靠性實現(xiàn)變頻器的進一步小型輕量

2、化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出溝通電壓的諧波對電機的影響，二要看對電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)，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(shù)上看在以下幾個方面會進一步得到進展：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)損耗進一步降低。低壓小容量變頻器普遍采納的功率開關(guān)器件是：功率MOSFET、IGBT（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納有：GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）、SGCT（對稱門極換流晶閘管）、IEGT（注入

3、增加?xùn)啪w管）和高壓IGBT。2變頻器主電路的拓撲結(jié)構(gòu)方面：變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對低壓小容量的常采納6脈沖變流器，而對中壓大容量的采納多重化12脈沖以上的變流器。負載側(cè)變流器對低壓小容量的常采納兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的采納多電平逆變器。值得留意的是，對于四象限運行的傳動，為實現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)約能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器，消失了功率可雙向流淌的雙PWM變頻器，對網(wǎng)側(cè)變流器加以適當掌握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，削減對電網(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)的采納使多臺（或多軸）傳動系統(tǒng)能量更好利用，提高系統(tǒng)的整體運行效率，

4、并可降低變頻器本身的價格。公用直流母線也可以有再生型和非再生型的。探究采納諧振直流環(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)頻率可進一步提高，因電壓和電流尖峰引起的EMI問題得到抑制，可取消緩沖電路。3脈寬調(diào)制變壓變頻器的掌握方法：正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）掌握。消退指定次數(shù)諧波的PWM掌握。電流跟蹤掌握。電壓空間矢量掌握（磁鏈跟蹤掌握）。4溝通電動機變頻調(diào)整掌握方法的進展：由標量掌握（Vf掌握和轉(zhuǎn)差頻率掌握）向高動態(tài)性能的矢量掌握和直接轉(zhuǎn)矩掌握進展。開發(fā)無速度傳感器的矢量掌握和直接轉(zhuǎn)矩掌握系統(tǒng)。5微處理器的進步使數(shù)字掌握成為現(xiàn)代掌握器的進展方向，運動掌握系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，

5、特殊是溝通電動機高性能的掌握需要存儲多種數(shù)據(jù)和快速實時處理大量信息。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數(shù)字信號處理器）為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機掌握所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機掌握器（如ADI的ADMC3××系列、TI的TM S320C240和Motorola的DSP56F8××系列），價格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，牢靠性提高。DSP的最大速度為2040MIPS，單周期指令執(zhí)行時間快達幾十納秒，它和一般的單片機相比，處理數(shù)字運算力量增加1015倍，確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的掌握性能。數(shù)字掌握使硬件簡化，柔性的掌握算法使

6、掌握具有很大的敏捷性，可實現(xiàn)簡單掌握規(guī)律，使現(xiàn)代掌握理論在運動掌握系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實，易于與上層系統(tǒng)連接進行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷加強愛護和監(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溝通同步電動機已成為溝通可調(diào)傳動中的一顆新星，特殊是永磁同步電動機，電機獲得無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相像，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采納交直交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機（BLDC）”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器

7、，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機的他控變頻方式也可采納矢量掌握，其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量掌握比異步電機簡潔。開關(guān)磁阻式電機（SR）是一種特別類型的同步電機，定轉(zhuǎn)子為雙凸極結(jié)構(gòu)，牢固無刷，輸出轉(zhuǎn)矩較大，由于SR電動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，電路簡潔。傳統(tǒng)的SR電動機調(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電機優(yōu)點突出，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，稍顯遜色的是：SR電動機功率變換器輸出的是不規(guī)章電流脈沖，低速時導(dǎo)致運行噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動問題較為突出，這有待于進一步改進掌握方法。溝通變頻調(diào)速技術(shù)是強弱電混合、機電一體的綜合性技術(shù)，

8、既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)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(shù)必定分勝利率和掌握兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，后者要解決（基于現(xiàn)代掌握理論的掌握策略和智能掌握策略）的硬、軟件開發(fā)問題（在目前狀況下主要全數(shù)字掌握技術(shù)）。其主要進展方向有如下幾項:（1）實現(xiàn)高水平的掌握?；陔妱訖C和機械模型的掌握策略，有矢量掌握、磁場掌握、直接傳矩掌握和機械扭振補償?shù)?；基于現(xiàn)代理論的掌握策略，有滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采納微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀看器，在某種指標意義下的最優(yōu)掌握技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設(shè)計方法等；基于智能掌握

9、思想的掌握策略，有模糊掌握、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。（2）開發(fā)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(shù)為1，網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)有盡可能低的諧波重量，以削減對電網(wǎng)的公害和電動機的轉(zhuǎn)矩脈動。對中小容量變流器，提高開關(guān)頻率的PWM掌握是有效的。對大容量變流器，在常規(guī)的開關(guān)頻率下，可轉(zhuǎn)變電路結(jié)構(gòu)和掌握方式，實現(xiàn)清潔電能的變換。（3）縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和掌握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、高頻率的開關(guān)電源，以及采納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轉(zhuǎn)變（如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管）對縮小

10、裝置的尺寸也很有效。（4）高速度的數(shù)字掌握。以32位高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字掌握模板有足夠的力量實現(xiàn)各種掌握算法，Windows操作系統(tǒng)的引入使得可自由設(shè)計，圖形編程的掌握技術(shù)也有很大的進展。（5）模擬與計算機幫助設(shè)計（CAD）技術(shù)。電機模擬器、負載模擬器以及各種CAD軟件的引入對變頻器的設(shè)計和測試供應(yīng)了強有力的支持。主要的討論開發(fā)項目有如下各項：（1）數(shù)字掌握的大功率交-交變頻器供電的傳動設(shè)備。（2）大功率負載換流電流型逆變器供電的傳動設(shè)備在抽水蓄能電站、大型風機和泵上的推廣應(yīng)用。（3）電壓型GTO逆變器在鐵路機車上的推廣應(yīng)用。（4）電壓型IGBT、IGCT逆變器供電的傳動設(shè)備擴大功能，改善

11、性能。如4象限運行，帶有電極參數(shù)自測量與自設(shè)定和電機參數(shù)變化的自動補償以及無傳感器的矢量掌握、直接轉(zhuǎn)矩掌握等。（5）風機和泵用高壓電動機的節(jié)能調(diào)速討論。眾所周知，風機和泵改用調(diào)速傳動后節(jié)省大量電力。特殊是電壓電動機，容量大，節(jié)能效果更顯著。討論經(jīng)濟合理的高壓電動機調(diào)速方法是當今重大課題。主要的討論內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)有如下各項：（1）高壓、大電流技術(shù)：動態(tài)、靜態(tài)均壓技術(shù)（6kV、10kV回路中3英寸晶閘管串聯(lián)，靜動態(tài)均壓系數(shù)大于0.9）；均流技術(shù)，大功率晶閘管并聯(lián)的均流技術(shù)，均流系數(shù)大于0.85）；浪涌汲取技術(shù)（10kV、6kV回路中）；光控及電磁觸發(fā)技術(shù)（電/光，光/電變換技術(shù)）；導(dǎo)熱與散熱技術(shù)（主要解決導(dǎo)熱及散熱性好、電流出力大的技術(shù)，如熱管散熱技術(shù)）；高壓、大電流系統(tǒng)愛護技術(shù)（抗大電流電磁力結(jié)構(gòu)、絕緣設(shè)計）；等效負載模擬技術(shù)。（2）新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)：可關(guān)