文档介绍：交流调速系统的现状及发展趋势摘要随着电力电子器件的发展, 以及对效率的追求, 交流调速得到快速发展, 加上新技术、新理论不断渗透到交流调速之中,使其不断呈现新的面貌。关键词交流调速;脉宽调制;智能化 0 引言近年来,随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展, 交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一,电气传动技术面临着一场历史革命, 即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能, 高效率、高功率因数和节电效果, 广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向,具有十分积极的意义。 1 交流调速系统的发展及现状长期以来, 直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。直流电动机在额定转速以下运行时, 保持励磁电流恒定, 可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速; 在额定转速以上运行时, 保持电枢电压恒定, 可用改变励磁的方法实现恒功率调速。采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此,20 世纪 80 年代以前,在变速传动领域中, 直流调速一直占据主导地位。交流变频调速[1] 的优越性早在 20世纪 20 年代被人们所认识。但受当时电力电子器件的限制而未能广泛应用。从电力拖动的发展过程来看,交、直流两大调速系统一直并存于各个工业领域, 虽然由于各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同, 但它们始终是随着工业技术的发展, 特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争。随着电力电子器件, 单片机的迅速发展, 以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透, 为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。 电力电子器件是交流调速装置的支柱电力电子器件是现代交流调速装置的支柱, 其发展直接决定和影响交流调速技术的发展。迄今为止, 电力电子器件的发展经历了分立换流关断器件( 第一代)→自关断器件( 第二代)→功率集成电路 PIC (第三代)→智能模块 IPM ( 第四代) 四个阶段。 20 世纪 80 年代中期以前, 变频装置功率回路主要采用晶闸管元件。装置的效率、可靠性、成本、体积均无法与同容量的直流调速装置相比。 20 世纪 80 年代中期以后用第二代电力电子器件 GTR 、 GTO 、 VDMOS-IGBT 等创造的变频装置在性能与价格比上可以与直流调速装置相媲美。随着向大电流、高电压、高频化、集成化、模块化方向继续发展,第三代电力电子器件是 20 世纪 90 年代制造变频器的主流产品, 中、小功率的变频调速装置(1— 100kw) 主要是采用 IGBT , 中、大功率的变频调速装置(1000 — 10000kw) 采用 GTO 器件。 20世纪 90 年代至今, 电力电子器件的发展进入了第四代。主要实用的第四代器件为:(1) 高压 IGBT 器件, (2) IGCT 由于 GTR 、 GTO 器件本身存在的不可克服的缺陷, 功率器件进入第三代以来, GTR 器件已被淘汰不再使用。进入第四代后,GTO 器件也将被逐步淘汰。第四代电力电子器件模块化更为成熟。如智能化模块 IPM 、专用功率器件模块 ASPM 等。模块化功率器件将是 21 世纪主宰器件。需要指出的是, 以上所述的全控型开关功率器件主要应用于异步电动机变频调速系统中, 其原因众所周知。但是目前同步电动机变频调速系统中仍采用晶闸管。一代电力电子器件带来一代变频调速装置, 性价比一代高过一代。在人类社会进入信息化时代后, 电力电子技术连同电力传动控制与计算机技术一起仍是 21 世纪最重要的两大技术。 单片机技术实现交流调速的数字化随着单片机以及数字信号处理器 DSP 为控制核心的微机控制技术的迅速发展,使得交流调速系统的控制回路有模拟控制走向数字控制。当今模拟控制器也已经被淘汰, 全数字化的交流调速系统已普遍得到拥应用[2] 。数字化使得控制器对信息的处理能力的幅度提高,许多难以实现的复杂控制,如矢量控制中德复杂坐标变换运算、解耦控制、滑模变结构控制等, 因采用了微机控制技术后都得到了解决。同时, 微机控制技术又给交流调速系统增加了多方面的功能,特别是故障诊断技术得到了完全的实现。微机控制技术的应用提高了交流调速系统的可靠性和操作、设置的多样性和灵活性,大大降低了调速系统装置的成本和体积。 脉宽调制(PWM) 技术[6] 优化了变频装置的性能脉宽调制(PWM) 技术是种类很多,并且正在不断发展之中。基本上可分为四类, 即等宽 PWM 法、正弦 PWM 法(SPWM) 、磁链