Med den hurtige udvikling af kraftelektronik og computerteknologi er AC-hastighedsregulering blevet en udviklingstendens til at erstatte DC-hastighedsregulering. Frekvensomregningshastighedsregulering er anerkendt som den mest lovende hastighedsreguleringsmetode hjemme og i udlandet for sin fremragende hastighedsregulering og start- og bremseevne. Frekvensomdannelsesteknologi er kerneteknologien inden for vekselstrømsregulering, strømelektronik og computerteknologi er kernen i frekvensomdannelsesteknologi, og magtelektroniske enheder er grundlaget for magtelektronikteknologi. Power elektronik teknologi er en high-tech, der har udviklet sig hurtigt i de senere år. Det er meget brugt inden for mekatronik, motortransmission, rumfart og så videre. Det er nu blevet en højteknologi, som lande konkurrerer om at udvikle. Eksperter forudsiger, at inden for det højt udviklede felt med automatisk kontrol i det 21. århundrede er computerteknologi og magtelektronik-teknologi de to vigtigste teknologier.
1. Udviklingsprocessen for elektriske elektroniske enheder
Thyristorer kom ud i USA i slutningen af 1950'erne og markerede fødslen af kraftelektronikteknologi. Den første generation af kraftelektroniske enheder er hovedsageligt siliciumstyret ensretter (SCR), som blev opført som en energibesparende teknologi i mit land i 1970'erne og promoveret landsdækkende. SCR er dog en semi-kontrolleret koblingsenhed, der kun kan styre dens tænding, men ikke dens slukning. Det er begrænset i anvendelsen af vekselstrømsdrev og strømforsyninger med variabel frekvens. Power transistorer (GTR), gate-off-thyristorer (GTO), power MOS field effect transistors (PowerMOSFET), isolerede gate transistorer (IGBT), statisk induktionstransistorer (SIT) og statisk induktionstyristorer (SITH), opfundet successivt efter 1970'erne osv. Deres fælles træk er at kontrollere deres ledning og slukning. De er fuldt kontrollerede koblingsenheder. Da der ikke kræves nogen omformerkredsløb, reduceres volumen og vægt kraftigt sammenlignet med SCR. På nuværende tidspunkt er IGBT blevet en mainstream-enhed med sine fremragende egenskaber, og GTO med stor kapacitet har også en vis position.
Mange lande arbejder hårdt på at udvikle enheder med stor kapacitet, og der er produceret 6000V IGBT'er i udlandet. IEGT (injectionenhancedgatethyristor) er en ny type enhed, der kombinerer fordelene ved IGBT og GTO. Prøver på 1000A / 4500V er allerede kommet ud. IGCT (integreret gate-kommuteret thyristor) bruger et bufferlag og en gennemsigtig emitter på basis af GTO. Det svarer til en tyristor, når den er tændt, og en transistor, når den er slukket, hvilket effektivt koordinerer modsætningen mellem on-state spændingen og blokeringsspændingen, og driftsfrekvensen kan nå flere Kilohertz [2] [3 ]. Det schweiziske ABB-firma har lanceret IGCT op til 4500-6000V, 3000-3500A. MCT trak sig tilbage på grund af ringe fremskridt, og udviklingen af IGCT fik det til at indtage en vigtig position i det nye mønster af magtelektroniske enheder. Sammenlignet med udviklede lande har mit land et større hul i enhedsproduktion end i anvendelse. Nye strømforsyningsenheder som IGBT-moduler med høj effekt, grøftportkonstruktion, IEGT, MOS-gatede tyristorer, højspændings galliumarsenid højfrekvente ensretterdioder, siliciumcarbid (SIC) og andre nye elektriske enheder har den seneste udvikling i udlandet. Det antages, at brugen af nye halvledermaterialer, såsom GaAs og SiC, til at gøre strømindretninger til at realisere folks' s forfølgelse af" ideelle enheder" vil være den vigtigste tendens i udviklingen af elektriske elektroniske enheder i det 21. århundrede.
Elektroniske byggeklodser (PEBB) med høj pålidelighed og integrerede effektelektroniske moduler (IPEM) er nye hotspots i den nylige udvikling af strømelektronisk teknologi i USA. Den hårde konkurrence mellem GTO og IGCT, IGCT og IGBT med høj spænding og andre nye kraftelektroniske enheder vil helt sikkert give flere muligheder og udfordringer for udviklingen af nye strømelektroniske teknologier og frekvensomdannelsesteknologier i det 21. århundrede.
2. Udviklingsprocessen for teknologi til frekvensomdannelse
Frekvensomdannelsesteknologi blev født som svar på behovet for trinløs hastighedsregulering af vekselstrømsmotorer. Fornyelse af kraftelektronik fremmer kraftkonvertering
Den kontinuerlige udvikling af teknologi. I første omgang var frekvensomdannelsesteknologien begrænset til frekvensomdannelse og ikke variabel spænding. Siden 1970'erne har forskningen i pulsbreddemodulation af variabel spændingsfrekvensomregning (PWM-VVVF) hastighedsregulering tiltrukket folks&# 39s opmærksomhed. I 1980'erne tiltrak PWM-tilstandsoptimeringsproblemet som kernen i frekvenskonverteringsteknologi folk' s stærke interesse, og der blev opnået mange optimeringsformer, såsom: moduleringsbølge-længdefordelingsmetode, fase-bærer-PWM-teknologi, fase -skiftet bærer PWM-teknologi, bærermodulation Wave samtidig faseskiftende PWM-teknologi og så videre.
Styringen af VVVF-inverteren er relativt enkel, og dens mekaniske egenskaber er også gode. Det kan opfylde kravene til regulering af jævn hastighed ved generel transmission og er blevet brugt i vid udstrækning inden for forskellige brancher. Men når denne kontrolmetode er ved lav frekvens, fordi udgangsspændingen er lille, er indflydelsen af statormodstandsspændingsfaldet mere signifikant, så det maksimale udgangsmoment reduceres.
Metoden til regulering af vektorstyringsfrekvensomregningshastighedsregulering er: statorens AC-strømme Ia, Ib og Ic af den asynkrone motor i det trefasede koordinatsystem omdannes til DC-strømme Iml, Itl under det synkrone roterende koordinatsystem gennem tre- fase til to-fase transformation. , Efterlign derefter DC-motorens styremetode, opnå DC-motorens kontrolmængde, og realiser styringen af den asynkrone motor gennem den tilsvarende inverterede koordinattransformation.
Direkte momentstyring analyserer direkte den matematiske model af vekselstrømsmotoren i statorkoordinatsystemet og styrer motorens fluxforbindelse og drejningsmoment. Det behøver ikke at omdanne vekselstrømsmotoren til en ækvivalent jævnstrømsmotor, hvilket eliminerer mange komplicerede beregninger i vektorrotationstransformationen; det behøver ikke at efterligne styringen af jævnstrømsmotoren, og det er heller ikke nødvendigt at forenkle den matematiske model af vekselstrømsmotoren til afkobling.
VVVF frekvenskonvertering, vektor kontrol frekvens konvertering og direkte moment kontrol frekvens konvertering er alle AC-DC-AC frekvens konvertering. Den almindelige ulempe er, at indgangseffektfaktoren er lav, den harmoniske strøm er stor, jævnstrømskredsen kræver en stor energilagringskondensator, og den regenerative energi kan ikke føres tilbage til nettet, dvs. . Af denne grund opstod matrix AC-AC frekvensomdannelse.
3. Frekvensomdannelsesteknologi og husholdningsapparater
I 1970'erne begyndte husholdningsapparater at blive konverteret til frekvensomdannelse og elektromagnetiske madlavningsapparater, belysningsapparater til frekvensomdannelse, klimaanlæg til frekvensomdannelse, mikrobølgeovne til omregning af frekvenser, køleskabe til frekvensomdannelse, IH-risboller, frekvensomformningsvaskemaskiner osv. dukkede op [4].
I slutningen af det 20. århundrede var husholdningsapparater afhængige af frekvensomdannelsesteknologi, der primært sigter mod høj funktionalitet og strømbesparelse.
Den første er køleskabet. Fordi det fungerer hele dagen, kører kompressoren altid med lav hastighed efter vedtagelse af frekvenskonverteringskøling, hvilket helt kan eliminere støj forårsaget af kompressorens start, og den energibesparende effekt er mere tydelig. For det andet, efter at klimaanlægget bruger frekvensomdannelse, udvides kompressorens arbejdsområde, og køle- og opvarmningskontrollen kan realiseres, uden at kompressoren kører i en intermitterende tilstand for at reducere strømforbruget og eliminere ubehag forårsaget af temperaturen ændringer. I de senere år har de nye frekvensomformerkøleskabe ikke kun reduceret strømforbruget og opnået støjsvaghed, men også opnået hurtig frysning ved hjælp af højhastighedsdrift.
I vaskemaskinen blev der tidligere anvendt variabel frekvensstyring til at opnå variabel hastighedskontrol for at forbedre vaskeevnen. Ud over energibesparelse og stilhed introducerede den nyligt populære vaskemaskine også nyt kontrolindhold for at sikre blød vask af tøj; elektromagnetiske komfurer bruger højfrekvent induktion Opvarmning gør gryden varm direkte uden den varme del af gas og elektrisk opvarmning, så det er ikke kun sikkert, men forbedrer også varmeeffektiviteten betydeligt. Dets arbejdsfrekvens er højere end den auditive sans, hvilket eliminerer støj forårsaget af rispottens vibrationer.
For det fjerde skader forårsaget af elektroniske enheder og modforanstaltninger
Den fasestyrede berigtigelse og den ukontrollerbare dioderigtigelse i elektroniske effektanordninger forårsager alvorlig forvrængning af indgangsstrømbølgeformen, hvilket ikke kun reducerer systemets effektfaktor i høj grad, men også medfører alvorlig harmonisk forurening.
Derudover får de hurtige ændringer af spænding og strøm i hardwarekredsløbet de elektriske enheder til at bære stor elektrisk stress og forårsage alvorlig elektromagnetisk interferens (EM1) til det omgivende elektriske udstyr og radiobølger, og situationen bliver værre. Mange lande har formuleret nationale standarder for at begrænse harmoniske. Det Internationale Institut for Elektriske og Elektroniske Ingeniører (IEEE), Den Internationale Elektrotekniske Kommission (IEC) og den internationale konference om store kraftnet (CIGRE) har lanceret deres egne harmoniske standarder. Den kinesiske regering har også formuleret relevante regler for at begrænse harmoniske.
(1) Modforanstaltninger for harmoniske og elektromagnetiske interferenser
1. Harmonisk undertrykkelse
For at undertrykke de harmoniske genererede af kraftelektroniske enheder er en metode at udføre harmonisk kompensation, det vil sige at oprette en harmonisk kompensationsanordning for at gøre indgangsstrømmen til en sinusbølge.
Den traditionelle harmoniske kompensationsenhed bruger et IC-tunet filter, som kan kompensere for både harmoniske og reaktive effekter. Ulempen er, at kompensationsegenskaberne påvirkes af impedansen i nettet og driftstilstanden, og det er let at have parallel resonans med systemet, hvilket fører til harmonisk forstærkning, og overbelaster eller endda brænder LC-filteret. Derudover kan det kun kompensere for en fast frekvenss harmoniske, og effekten er ikke ideel.
Efter popularisering og anvendelse af elektriske elektroniske enheder er brugen af aktive effektfiltre til harmonisk kompensation blevet en vigtig retning. Princippet er at detektere den harmoniske strøm fra kompensationsobjektet og derefter generere en kompensationsstrøm med samme størrelse og modsat polaritet som den harmoniske strøm, så netstrømmen kun indeholder den grundlæggende bølgekomponent. Dette filter kan spore og kompensere overtoner, hvis frekvens og amplitude ændres, og kompensationsegenskaberne ikke påvirkes af gitterets impedans.
Den vigtigste metode til konvertering med stor kapacitet til at reducere harmoniske er at bruge flere teknologier: overlejre flere firkantede bølger for at eliminere lavere harmoniske og derved opnå en trinbølge tæt på sinus. Jo mere mangfoldighed, jo tættere er bølgeformen på sinus, men jo mere kompleks er kredsløbsstrukturen. For at opnå lave harmoniske og høje effektfaktorer bruger konvertere med lille kapacitet generelt dioderektifikation og PWM-hakning, ofte kaldet effektfaktorkorrektion (PEC). Typiske kredsløb inkluderer boost-type, step-down-type, buck-boost-type og så videre.
2. Undertrykkelse af elektromagnetisk interferens
Foranstaltningen til løsning af EMI er at overvinde den for høje strømstigningshastighed di / dt og spændingsstigningshastighed du / dt, der vises, når omskifterenheden tændes og slukkes. På nuværende tidspunkt er der mere opmærksomhed på nulstrømskift (ZCS) og nulspændingskontakt (ZVS). ) Kredsløb. vejen er:
(1) Induktansen er forbundet i serie med omskifterenheden, som kan undertrykke di / dt, når omskifterenheden er tændt, så der ikke er nogen spændings- og strømoverlappingsareal på enheden og reducerer fremadgående tab;
(2) Parallelle kondensatorer er forbundet til skifteindretningen, når enheden er slukket, forhindres du / dt i at stige, og der er ingen spændings- og strømoverlappende område på enheden, hvilket reducerer skiftetabet;
(3) Anti-parallelle dioder er forbundet til enheden. I løbet af diodeledningsperioden er skifteindretningen i nul spænding og nul strømtilstand. På dette tidspunkt tændes eller slukkes drevenheden for at opnå ZVS- og ZCS-handlinger.
På nuværende tidspunkt inkluderer de mere almindeligt anvendte softwareskiftteknologier delvis resonant PWM og tabsfrit snubber-kredsløb.
(2) Effektfaktorkompensation
Den tidlige metode er at bruge en synkron motor, som er en synkron motor, der specielt bruges til at generere reaktiv effekt. Det bruger over-excitation og under-excitation til henholdsvis at udsende forskellige mængder kapacitiv eller induktiv reaktiv effekt. Men fordi det er en roterende elektrisk maskine, er støj og tab stort, drift og vedligeholdelse er også kompliceret, og reaktionshastigheden er langsom. Derfor har det i mange tilfælde ikke været i stand til at opfylde kravene til hurtig reaktiv effektkompensation.
En anden metode er at bruge en statisk reaktiv effektkompensationsanordning med en mættet reaktor. Det har fordelene ved statisk type og hurtig reaktionshastighed, men fordi kernen skal magnetiseres til en mættet tilstand, er tabet og støj stort, og der er nogle specielle problemer med ikke-lineære kredsløb, og det kan ikke justeres i fase for at kompensere for lastens ubalance. Derfor undlod det at besætte mainstream af statiske var-kompensationsanordninger.
Med den kontinuerlige udvikling af kraftelektronik-teknologi er statiske var-kompensationsanordninger, der bruger SCR, GTO og IGBT, blevet udviklet med stormskridt. Blandt dem er den statiske var generator den mest overlegne. Det har fordelene ved hurtig justeringshastighed og bredt driftsområde, og efter vedtagelse af flere, multi-level eller PWM teknikker kan det i høj grad reducere det harmoniske indhold i kompensationsstrømmen. Mere vigtigt er, at reaktoren og de kapacitive komponenter, der anvendes i den statiske var-generator, er små, hvilket i høj grad reducerer enhedens størrelse og omkostninger. Den statiske generator for reaktiv effekt repræsenterer udviklingsretningen for dynamiske reaktive kompensationsanordninger.
Fem afsluttende bemærkninger
Vi tror på, at kraftelektronisk teknologi vil blive en af de vigtige søjleteknologier i det 21. århundrede. Frekvensomdannelsesteknologi indtager en vigtig position inden for kraftelektronikteknologi. I de senere år har udviklingen inden for mellemreguleringsfrekvensomregning af frekvensomregning og elektrisk trækkraft tiltrukket opmærksomhed. Med integrationen af den globale økonomi og mit lands tiltrædelse af Verdenshandelsorganisationen vil mit lands kraftelektronik- og frekvenskonverteringsteknologiske industrier have hidtil usete udviklingsmuligheder.