变频器技术发展趋势

时间:2019-02-05 21:01:19 来源:金口河农业网 作者:匿名



I.运动控制系统的开发变频器是运动控制系统中的功率转换器。运动控制系统是电驱动技术作为机电能量转换器的发展。今天的运动控制系统是一个具有多个学科的技术领域。总的发展趋势是:驱动通信,高频电源转换器,数字控制,智能和网络。因此,变频器作为系统的重要功率转换部件,提供了可控的高性能可变电压变频交流电源,并得到了迅速发展。

其次,逆变器技术的发展趋势经历了大约30年的研发和应用实践。随着新型电力电子器件和高性能微处理器的发展以及控制技术的发展,逆变器的性价比越来越高。体积越来越小,制造商仍在不断努力,不断提高逆变器的可靠性,以实现更紧凑,重量轻,高性能,多功能和无污染。逆变器的性能取决于输出交流电压的谐波对电动机的影响。其次,它取决于电网的谐波污染和输入功率因数。第三,能量损失(即效率)是多少?这里,我们仅以大型交叉交叉变频器为例。从技术角度来看,它将在以下几个方面进一步发展:

1.主电路功率开关元件的自关断,模块化,集成和智能化,开关频率不断提高,开关损耗进一步降低。通常用于低压小容量逆变器的功率开关器件是:功率M OSFET,IG-BT(绝缘栅双极晶体管)和IPM(智能功率模块)。中压大容量逆变器采用:GTO(栅极关断晶闸管),IGCT(集成栅极换向晶闸管),SGCT(对称栅极换向晶闸管),IEGT(注入增强栅极晶体管)和高压IG BT。

2.就逆变器主电路的拓扑结构而言:逆变器的电网侧转换器通常使用6脉冲转换器用于低压和小容量,而逆变器的脉冲数超过12脉冲。电压和大容量。负载侧转换器通常使用两级桥式逆变器用于低压和小容量,以及多级逆变器用于中压和大容量。值得注意的是,对于四象限驱动,为了实现逆变器的再生能量反馈到电网并节约能源,网侧变流器应该是逆变器,并且双PWM逆变器具有功率出现双向流动。适当控制电网侧转换器可以使输入电流接近正弦波,使系统的功率因数接近1,减少对电网的污染。目前,中低压变频器都有这样的产品。使用通用直流总线技术可以更好地利用多个(或多轴)传输系统能量,提高系统的整体运行效率,并降低逆变器本身的价格。常见的直流母线也有再生和非再生两种版本。探索利用谐振直流环路技术使逆变器的电源开关工作在软开关状态,大大降低器件损耗,进一步提高开关频率,以及电压和电流引起的E-MI问题抑制尖峰,可以取消缓冲电路。3.脉宽调制变压器变换器的控制方法:正弦波脉冲宽度调制(SPWM)控制。消除指定数量谐波的PWM控制。当前跟踪控制。电压空间矢量控制(磁通跟踪控制)。

4.交流电机变频控制方法的进展:从标量控制(V/f控制和滑差频率控制)到高动态性能矢量控制和直接转矩控制。开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统。

微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统,尤其是交流电机。高性能控制需要存储多个数据并实时处理大量信息。近年来,国外主要公司推出了基于DSP(数字信号处理器)的内核,具有电机控制所需的外围功能电路,以及集成在单芯片中的DSP单片电机控制器(如ADI公司的ADMC3××系列,TI的TM S320C240)而摩托罗拉的DSP56F8××系列产品价格大大降低,尺寸紧凑,结构紧凑,使用方便,可靠性提高。 DSP的最大速度为20~40MIPS,单周期指令的执行时间快达数十纳秒。与普通单片机相比,它可以将数字计算能力提高10~15倍,保证了系统的更好的控制性能。数字控制使硬件简化。灵活的控制算法使控制具有很大的灵活性,可以实现复杂的控制规律,使现代控制理论在运动控制系统中变得实用,并且易于与上位系统连接进行数据传输,便于故障诊断。增强保护和监控功能,使系统智能化(如某些逆变器具有自动调节功能)。

交流同步电动机已成为交流可调传动中的新星,特别是永磁同步电动机。电机采用无刷结构,功率因数高,效率高。转子速度与电源频率严格同步。同步电动机变频调速系统有两类:控制变频和自动控制变频。自控变频同步电动机原理上与直流电动机非常相似。电源换向器用于替换直流电机的机械换向器。例如,当使用AC-DC-AC变压器时,它被称为“DC无换向器电动机”。或“无刷直流电机(BLDC)”。传统的自控变频同步电机速度控制系统有一个转子位置传感器,正在开发一个没有转子位置传感器的系统。同步电动机的控制方式也可以采用矢量控制,其根据转子磁场方向的矢量控制比异步电动机简单。开关磁阻电动机(SR)是一种特殊类型的同步电动机。固定转子具有双凸极结构,坚固无刷,输出扭矩大。由于SR电机的绕组仅需要单向电流,因此它是通电的。仅需要单极电源转换器,电路简单。传统的SR电动机速度控制系统还需要位置检测器,并且目前正在开发没有位置传感器的SR速度控制系统。 SR电机的优点非常突出,应用领域不断扩大。稍差的是SR电机功率转换器输出不规则电流脉冲。在低速时运行噪声和转矩脉动的问题更加突出,这需要进一步改进控制方法。交流变频调速技术是强弱电混合和机电一体化的综合技术。它必须处理巨大电能的转换(整流,逆变器),以及收集,转换和传输信息。因此,其共同的技术必须分为电力和控制两大部分。前者应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。后者应解决硬件和软件开发问题(基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略)。全数字控制技术)。

主要发展方向如下。

(1)实现高水平的控制。基于电机和机械模型,矢量控制,磁场控制,直接转矩控制和机械扭转振动补偿的控制策略;控制策略基于现代理论,滑模变结构技术,模型参考自适应技术,微分几何理论非线性解耦,鲁棒观测器,最优控制技术和反奈奎斯特阵列设计方法在某些指标意义上;控制策略基于智能控制理念,模糊控制,神经网络,专家系统和各种自我优化,自诊断技术。

(2)开发清洁电能转换器。所谓的清洁能量转换器意味着转换器的功率因数为1,并且电网侧和负载侧具有尽可能低的谐波分量,以减少对电网的污染和电动机的转矩脉动。对于中小容量转换器,PWM控制以提高开关频率是有效的。对于大容量转换器,在传统的开关频率下,可以改变电路结构和控制模式以实现清洁电能的转换。

(3)减小设备的尺寸。紧凑型转换器需要高度集成的电源和控制组件,包括智能电源模块,紧凑型光耦合器,高频开关电源以及由新电气材料制成的小体积变压器和电抗器。和电容器。功率器件的冷却模式的变化(例如水冷,蒸发冷却和热管)在减小器件尺寸方面也是有效的。

(4)高速数字控制。基于32位高速微处理器的数字控制模板具有足够的实现各种控制算法的能力。 Windows操作系统的引入使其可以自由设计,并且图形编程的控制技术也得到了很大的发展。(5)仿真和计算机辅助设计(CAD)技术。电机模拟器,负载模拟器和各种CAD软件的引入为变频器的设计和测试提供了强有力的支持。

主要研发项目有以下几项。

(1)数字控制的大功率AC-AC逆变器供电的传输设备。

(2)大功率负载转换电流型逆变器驱动的输电设备在抽水蓄能电站,大型风机和水泵中的推广应用。

(3)铁路机车电压式GTO逆变器的推广应用。

(4)电压型IGBT和IGCT逆变器供电的传输设备扩展功能以提高性能。如4象限运行,具有自动调节电极参数自测量和自动设定以及电机参数变化,无传感器矢量控制,直接转矩控制等功能。

(5)风机,水泵用高压电机节能调速研究。众所周知,风扇和泵使用变速驱动器来节省大量电力。特别是,电压电动机容量大,节能效果更显着。研究经济上合理的高压电动机速度控制方法是当今的一个主要问题。

主要研究内容和关键技术如下。

(1)高压,大电流技术:动态和静态电压均衡技术(6kV晶闸管系列在6kV,10kV回路,静态和动态均衡系数大于0.9);均流技术,大功率晶闸管并联均流技术,均流系数大于0.85);浪涌吸收技术(10 kV,6kV回路);光控和电磁触发技术(电/光,光/电转换技术);热和热技术(主要解决热传导和散热,当前强大的技术,如热管冷却技术);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)新型电力电子器件应用技术:关断驱动技术;双PWM逆变技术;循环变流器/电流型AC-DC-AC(CC/CSI0)变换器技术(12脉冲变频技术);同步电机交流励磁变速运行技术;软开关PWM转换器技术。

(3)全数字自动控制技术:参数自动设定技术;过程自优化技术;故障自诊断技术;对象自识别技术。(4)现代控制技术:多变量解耦控制技术;矢量控制和直接转矩控制技术;自适应技术。

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