變頻器的發(fā)展

1．主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化，開關頻率不斷提高，開關損耗進一步降低。低壓小容量變頻器普遍采用的功率開關器件是：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（注入增強柵晶體管）和高壓IGBT。
2．變頻器主電路的拓撲結構方面：變頻器的網(wǎng)側變流器對低壓小容量的常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量的常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的采用多電平逆變器。值得注意的是，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)省能量，網(wǎng)側變流器應為可逆變流器，出現(xiàn)了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網(wǎng)側變流器加以適當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。公用直流母線技術的采用使多臺（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，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。探索采用諧振直流環(huán)技術使變頻器的功率開關工作在軟開關狀態(tài)，器件損耗大大下降，開關頻率可進一步提高，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．脈寬調制變壓變頻器的控制方法：正弦波脈寬調制（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．交流電動機變頻調整控制方法的進展：由標量控制（V／f控制和轉差頻率控制）向高動態(tài)性能的矢量控制和直接轉矩控制發(fā)展。開發(fā)無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統(tǒng)。
5．微處理器的進步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向，運動控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數(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）為基礎的內核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內的稱為DSP單片電機控制器（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，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP的大速度為20～40MIPS，單周期指令執(zhí)行時間快達幾十納秒，它和普通的單片機相比，處理數(shù)字運算能力增強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，可實現(xiàn)復雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運動控制系統(tǒng)中應用成為現(xiàn)實，易于與上層系統(tǒng)連接進行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷加強保護和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化（如有些變頻器具有自調整功能）。
6．交流同步電動機已成為交流可調傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機獲得無刷結構，功率因數(shù)高，效率也高，轉子轉速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調速系統(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似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交—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速系統(tǒng)有轉子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。開關磁阻式電機（SR）是一種特殊類型的同步電機，定轉子為雙凸極結構，結實無刷，輸出轉矩較大，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，電路簡單。傳統(tǒng)的SR電動機調速系統(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調速系統(tǒng)。SR電機優(yōu)點突出，應用領域日益擴大，稍顯遜色的是：SR電動機功率變換器輸出的是不規(guī)則電流脈沖，低速時導致運行噪聲和轉矩脈動問題較為突出，這有待于進一步改進控制方法。

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