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变频器技术的发展趋势
2006年3月27日 15:43  来源:中国制造业信息化门户网

    本文对变频器技术的发展趋势做了颇有见解的分析。 

    交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术,既要处理巨大电能的转换(整流、逆变),又要处理信息的收集、变换和传输,因此它的共性技术必定分成功率和控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题,后者要解决(基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略)的硬、软件开发问题(在目前状况下主要全数字控制技术)。

    其主要发展方向有如下几项。

    (1)实现高水平的控制。基于电动机和机械模型的控制策略,有矢量控制、磁场控制、直接传矩控制和机械扭振补偿等;基于现代理论的控制策略,有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器,在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等;基于智能控制思想的控制策略,有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种各样的自优化、自诊断技术等。

    (2)开发清洁电能的变流器。所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数为1,网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量,以减少对电网的公害和电动机的转矩脉动。对中小容量变流器,提高开关频率的PWM控制是有效的。对大容量变流器,在常规的开关频率下,可改变电路结构和控制方式,实现清洁电能的变换。 

    (3)缩小装置的尺寸。紧凑型变流器要求功率和控制元件具有高的集成度,其中括智能化的功率模块、紧凑型的光耦合器、高频率的开关电源,以及采用新型电工材料制造的小体积变压器、电抗器和电容器。功率器件冷却方式的改变(如水冷、蒸发冷却和热管)对缩小装置的尺寸也很效。
 
    (4)高速度的数字控制。以32位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法,Windows操作系统的引入使得可自由设计,图形编程的控制技术也有很大的发展。
 
    (5)模拟与计算机辅助设计(CAD)技术。电机模拟器、负载模拟器以及各种CAD软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。 

    主要的研究开发项目有如下各项。 

    (1)数字控制的大功率交-交变频器供电的传动设备。  

    (2)大功率负载换流电流型逆变器供电的传动设备在抽水蓄能电站、大型风机和泵上的推广应用。 
 
    (3)电压型GTO逆变器在铁路机车上的推广应用。
 
    (4)电压型IGBT、IGCT逆变器供电的传动设备扩大功能,改善性能。如4象限运行,带有电极参数自测量与自设定和电机参数变化的自动补偿以及无传感器的矢量控制、直接转矩控制等。
 
    (5)风机和泵用高压电动机的节能调速研究。众所周知,风机和泵改用调速传动后节约大量电力。特别是电压电动机,容量大,节能效果更显著。研究经济合理的高压电动机调速方法是当今重大课题。 

    主要的研究内容及关键技术有如下各项。 

    (1)高压、大电流技术:动态、静态均压技术(6kV、10kV回路中3英寸晶闸管串联,静动态均压系数大于0.9);均流技术,大功率晶闸管并联的均流技术,均流系数大于0.85);浪涌吸收技术(10 kV、6kV回路中);光控及电磁触发技术(电/光,光/电变换技术);导热与散热技术(主要解决导热及散热性好、电流出力大的技术,如热管散热技术);高压、大电流系统保护技术(抗大电流电磁力结构、绝缘设计);等效负载模拟技术。 

    (2)新型电力电子器件的应用技术:可关断驱动技术;双PWM逆变技术;循环变流 / 电流型交-直-交(CC / CSI0)变流技术(12脉波变频技术);同步机交流励磁变速运行技术;软开关PWM变流技术。 

    (3)全数字自动化控制技术:参数自设定技术;过程自优化技术;故障自诊断技术;对象自辨识技术。 

    (4)现代控制技术:多变量解耦控制技术;矢量控制和直接力矩控制技术;自适应技术。 

 
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