Sparčiai plėtojant galios elektroniką ir kompiuterines technologijas, kintamosios srovės greičio reguliavimas tapo plėtros tendencija, pakeičiančia nuolatinės srovės greičio reguliavimą. Dažnio keitimo greičio reguliavimas pripažįstamas perspektyviausiu greičio reguliavimo metodu namuose ir užsienyje dėl puikaus greičio reguliavimo ir paleidimo bei stabdymo. Dažnio keitimo technologija yra pagrindinė kintamosios srovės greičio reguliavimo technologija, galios elektronika ir kompiuterių technologijos yra pagrindinė dažnio keitimo technologija, o galios elektroniniai prietaisai yra galios elektronikos technologijos pagrindas. Galios elektronikos technologija yra aukšta technologija, kuri pastaraisiais metais sparčiai vystėsi. Jis plačiai naudojamas mechatronikos, variklių perdavimo, aviacijos ir kt. Srityse. Dabar tai tapo aukšta technologija, kurios vystymuisi šalys konkuruoja. Ekspertai prognozuoja, kad XXI amžiuje labai išplėtotoje automatinio valdymo srityje kompiuterinės technologijos ir galios elektronikos technologijos yra dvi svarbiausios technologijos.
1. Elektrinių galios prietaisų kūrimo procesas
Tiristoriai pasirodė JAV praėjusio amžiaus penktojo dešimtmečio pabaigoje, žymėdami galios elektronikos technologijų gimimą. Pirmosios galios elektroninių prietaisų karta daugiausia yra siliciu valdomas lygintuvas (SCR), kuris 1970-aisiais mano šalyje buvo įtrauktas į energijos taupymo technologiją ir buvo populiarinamas visoje šalyje. Tačiau SCR yra pusiau valdomas perjungimo įtaisas, galintis valdyti tik jo įjungimą, bet ne jo išjungimą. Tai ribojama kintamosios srovės pavarų ir kintamo dažnio maitinimo šaltinių naudojimui. Galios tranzistoriai (GTR), vartų išjungimo tiristoriai (GTO), maitinimo MOS lauko tranzistoriai (PowerMOSFET), izoliuoti vartų tranzistoriai (IGBT), statiniai indukciniai tranzistoriai (SIT) ir statiniai indukciniai tiristoriai (SITH), išrasti po 1970-ųjų ir tt Jų bendras bruožas yra kontroliuoti jų laidumą ir išjungimą. Jie yra visiškai valdomi perjungimo įtaisai. Kadangi nereikia keitiklio grandinės, tūris ir svoris labai sumažėja, palyginti su SCR. Šiuo metu IGBT yra tapęs pagrindiniu įrenginiu, pasižyminčiu puikiomis savybėmis, o didelės talpos GTO taip pat turi tam tikrą poziciją.
Daugelis šalių stengiasi kurti didelės talpos įrenginius, o 6000 V IGBT buvo pagaminti užsienyje. IEGT (injectionenhancedgatethyristor) yra naujo tipo įrenginys, jungiantis IGBT ir GTO pranašumus. 1000A / 4500V pavyzdžiai jau išėjo. IGCT (IntegratedGateeommutatedthyristor) naudoja buferinį sluoksnį ir skaidrų spinduolį, pagrįstą GTO. Tai prilygsta tiristoriui, kai jis įjungiamas, ir tranzistoriui, kai jis yra išjungtas, tokiu būdu efektyviai koordinuojant prieštaravimą tarp būsenos įtampos ir blokuojančios įtampos, o veikimo dažnis gali siekti kelis kilohercus [2] [3 ]. Šveicarijos ABB kompanija išleido IGCT iki 4500-6000V, 3000-3500A. MCT pasitraukė iš darbo dėl menkos pažangos, o IGCT plėtra privertė užimti svarbią vietą naujajame galios elektroninių prietaisų modelyje. Palyginti su išsivysčiusiomis šalimis, mano šalyje įrenginių gamybos spraga yra didesnė nei taikymo srityje. Nauji galios įrenginiai, tokie kaip didelės galios tranšėjos vartų konstrukcijos IGBT moduliai, IEGT, MOS vartojami tiristoriai, aukštos įtampos galio arsenido aukšto dažnio lygintuvo diodai, silicio karbidas (SIC) ir kiti nauji maitinimo prietaisai, turi naujausius pokyčius užsienyje. Manoma, kad naujų puslaidininkinių medžiagų, tokių kaip GaAs ir SiC, naudojimas gaminant energijos įtaisus žmonėms realizuoti'&siekimas; idealūs prietaisai" bus pagrindinė elektrinių elektroninių prietaisų kūrimo tendencija XXI amžiuje.
Didelio patikimumo elektriniai elektroniniai blokai (PEBB) ir integruoti galios elektroniniai moduliai (IPEM) yra nauji centrai pastaruoju metu kuriant galios elektronines technologijas JAV. Aštri konkurencija tarp GTO ir IGCT, IGCT ir aukštos įtampos IGBT bei kitų naujų galios elektroninių prietaisų tikrai atneš daugiau galimybių ir iššūkių kuriant naujas galios elektronines technologijas ir dažnio keitimo technologijas XXI amžiuje.
2. Dažnio keitimo technologijos kūrimo procesas
Dažnio keitimo technologija gimė kaip atsakas į kintamosios srovės variklių greičio reguliavimo poreikį. Elektros elektronikos atnaujinimas skatina energijos keitimą
Nuolatinė technologijų plėtra. Iš pradžių dažnio keitimo technologija apsiribojo dažnio keitimu, o ne kintama įtampa. Nuo aštuntojo dešimtmečio impulsų pločio moduliacijos kintamos įtampos dažnio konversijos (PWM-VVVF) greičio reguliavimo tyrimai atkreipė žmonių dėmesį į' Devintajame dešimtmetyje PWM režimo optimizavimo problema, kaip dažnio keitimo technologijos pagrindas, pritraukė žmones' didelį susidomėjimą ir buvo gauta daugybė optimizavimo režimų, tokių kaip: moduliacijos bangos išilginio padalijimo metodas, fazinio nešlio PWM technologija, fazė - perjungta nešlio PWM technologija, nešlio moduliacija Bangų vienu metu atliekama fazių perjungimo PWM technologija ir pan.
VVVF keitiklio valdymas yra gana paprastas, jo mechaninės savybės taip pat geros. Jis gali atitikti sklandaus greičio reguliavimo reikalavimus, susijusius su bendru perdavimu, ir buvo plačiai naudojamas įvairiose pramonės srityse. Tačiau kai šis valdymo metodas yra žemas dažnis, nes išėjimo įtampa yra maža, statoriaus varžos įtampos kritimo įtaka yra reikšmingesnė, todėl maksimalus išėjimo sukimo momentas yra sumažintas.
Vektoriaus valdymo dažnio konvertavimo greičio reguliavimo metodas yra toks: asinchroninio variklio statoriaus kintamosios srovės Ia, Ib ir Ic trifazėje koordinačių sistemoje transformuojamos į nuolatines sroves Iml, Itl pagal sinchroninę besisukančių koordinačių sistemą per tris fazės į dviejų fazių transformaciją. Tada imituokite nuolatinės srovės variklio valdymo metodą, gaukite nuolatinės srovės variklio valdymo kiekį ir realizuokite asinchroninio variklio valdymą per atitinkamą atvirkštinę koordinačių transformaciją.
Tiesioginis sukimo momento valdymas tiesiogiai analizuoja kintamosios srovės variklio matematinį modelį statoriaus koordinačių sistemoje ir valdo variklio srauto ryšį ir sukimo momentą. Nereikia kintamosios srovės variklio paversti ekvivalentišku nuolatinės srovės varikliu, tokiu būdu pašalinant daugelį sudėtingų vektoriaus sukimosi transformacijos skaičiavimų; jam nereikia imituoti nuolatinės srovės variklio valdymo, taip pat nereikia supaprastinti matavimo modelio, skirto kintamosios srovės varikliui, norint jį atsieti.
VVVF dažnio konversija, vektorinio valdymo dažnio konversija ir tiesioginė sukimo momento valdymo dažnio konversija yra visa kintamosios ir nuolatinės kintamosios srovės dažnio konversija. Bendras trūkumas yra tas, kad įėjimo galios koeficientas yra mažas, harmoninė srovė yra didelė, nuolatinės srovės grandinei reikalingas didelis energijos kaupimo kondensatorius, o regeneracinė energija negali būti paduota atgal į tinklą, tai yra, negalima atlikti keturių kvadrantų operacijos . Dėl šios priežasties atsirado matricos kintamosios ir kintamosios srovės dažnio konversija.
3. Dažnio keitimo technologija ir buitinė technika
Aštuntajame dešimtmetyje buitiniai prietaisai pradėti konvertuoti į dažnio keitimą, elektromagnetiniai virimo aparatai, dažnio keitimo apšvietimo prietaisai, dažnio keitimo oro kondicionieriai, dažnio keitimo mikrobangų krosnelės, dažnio keitimo šaldytuvai, IH (indukcinio šildymo) ryžių bandelės, dažnio keitimo skalbimo mašinos ir kt. [4].
20-ojo amžiaus pabaigoje buitiniai prietaisai rėmėsi dažnio keitimo technologija, kurios pagrindinis tikslas buvo didelis funkcionalumas ir energijos taupymas.
Pirmasis yra šaldytuvas. Kadangi jis veikia visą dieną, priėmus dažnio keitimo šaldymą, kompresorius visada veikia mažu greičiu, o tai gali visiškai pašalinti kompresoriaus paleidimo keliamą triukšmą, o energijos taupymo efektas yra akivaizdesnis. Antra, oro kondicionieriui pritaikius dažnio keitimą, išsiplečiamas kompresoriaus darbinis diapazonas, o aušinimo ir šildymo valdymas gali būti realizuojamas be kompresoriaus veikimo pertraukiama būsena, kad būtų sumažinta energijos sąnaudos ir pašalintas temperatūros sukeliamas diskomfortas. pokyčiai. Pastaraisiais metais nauji dažnio keitimo šaldytuvai ne tik sumažino energijos suvartojimą ir pasiekė tylą, bet ir greitai užšalo naudodami greitą veikimą.
Skalbimo mašinoje anksčiau buvo naudojamas kintamo dažnio valdymas, kad būtų pasiektas kintamo greičio valdymas, siekiant pagerinti skalbimo efektyvumą. Be energijos taupymo ir tylos, naujai populiari skalbimo mašina taip pat pristatė naują valdymo turinį, užtikrinantį minkštą drabužių skalbimą; elektromagnetinėse viryklėse naudojama aukšto dažnio indukcija. Šildymas padaro puodą tiesiai be karštosios dujų ir elektrinio šildymo dalies, todėl jis yra ne tik saugus, bet ir labai pagerina šildymo efektyvumą. Jo darbinis dažnis yra didesnis nei klausos pojūtis, taip pašalindamas triukšmą, kurį sukelia ryžių puodo vibracija.
Ketvirta, galios elektroninių prietaisų ir atsakomųjų priemonių padaryta žala
Fazės valdomas taisymas ir nekontroliuojamas diodų taisymas galios elektroniniuose prietaisuose sukelia rimtus įėjimo srovės bangos formos iškraipymus, o tai ne tik labai sumažina sistemos galios koeficientą, bet ir sukelia rimtą harmoninę taršą.
Be to, dėl spartaus aparatūros grandinės įtampos ir srovės pokyčių elektros elektroniniai prietaisai patiria didelę elektros įtampą ir sukelia rimtus elektromagnetinius trukdžius (EM1) aplinkinei elektros įrangai ir radijo bangoms, ir padėtis blogėja. Daugelis šalių suformulavo nacionalinius standartus, kad apribotų harmoniką. Tarptautinis elektros ir elektronikos inžinierių institutas (IEEE), Tarptautinė elektrotechnikos komisija (IEC) ir Tarptautinė didelių elektros tinklų konferencija (CIGRE) paskelbė savo harmoninius standartus. Kinijos vyriausybė taip pat suformulavo atitinkamus reglamentus, kad apribotų harmoniką.
(1) Harmonikų ir elektromagnetinių trukdžių prevencijos priemonės
1. Harmoninis slopinimas
Norint nuslopinti galios elektroninių prietaisų generuojamas harmonikas, vienas iš būdų yra atlikti harmoninę kompensaciją, tai yra sukurti harmoninį kompensavimo įtaisą, kad įėjimo srovė taptų sinusine banga.
Tradiciniame harmonikos kompensavimo įrenginyje naudojamas IC sureguliuotas filtras, kuris gali kompensuoti tiek harmoniką, tiek reaktyviąją galią. Trūkumas yra tas, kad kompensavimo charakteristikoms turi įtakos tinklo impedancija ir veikimo būsena, todėl lengva turėti lygiagrečią rezonansą su sistema, o tai lemia harmoninį stiprinimą ir perkrauna ar net sudegina LC filtrą. Be to, jis gali kompensuoti tik fiksuoto dažnio harmonikas, o efektas nėra idealus.
Išpopuliarinus ir pritaikius elektrinius elektrinius prietaisus, aktyviosios galios filtrų naudojimas harmoninei kompensacijai tapo svarbia kryptimi. Principas yra aptikti harmoninę srovę iš kompensavimo objekto, tada generuoti tokio pat dydžio ir priešingo poliškumo kaip harmoninės srovės kompensavimo srovę, kad tinklo srovėje būtų tik pagrindinis bangos komponentas. Šis filtras gali stebėti ir kompensuoti harmonikas, kurių dažnis ir amplitudė keičiasi, o kompensavimo charakteristikoms neturi įtakos tinklo impedancija.
Pagrindinis didelės talpos keitiklio metodas sumažinti harmonikas yra naudoti kelias technologijas: uždėti kelias kvadratines bangas, kad būtų pašalintos žemesnės harmonikos, taip gaunant artimą sinusui žingsnio bangą. Kuo daugiau daugybės, tuo arčiau bangos forma yra sinusinė, bet tuo sudėtingesnė yra grandinės struktūra. Norėdami pasiekti mažą harmoniką ir didelį galios koeficientą, mažos talpos keitikliai paprastai naudoja diodų taisymą ir PWM smulkinimą, dažnai vadinamą galios koeficiento korekcija (PEC). Tipiškos grandinės yra „boost“ tipo, „down-down“ tipo, „buck-boost“ tipo ir pan.
2. Elektromagnetinių trukdžių slopinimas
Priemonė išspręsti EMI yra įveikti per didelį srovės padidėjimo greitį di / dt ir įtampos padidėjimo greitį du / dt, kurie atsiranda įjungiant ir išjungiant įjungimo įtaisą. Šiuo metu didesnis dėmesys skiriamas nulinės srovės perjungimui (ZCS) ir nulinės įtampos perjungimui (ZVS). ) Grandinė. būdas yra:
(1) Induktyvumas yra nuosekliai sujungtas su perjungimo įtaisu, kuris gali slopinti di / dt, kai įjungiamas perjungimo įtaisas, kad įrenginyje nebūtų įtampos ir srovės sutapimo zonos, ir sumažinti nuostolius į priekį;
(2) Lygiagrečiai kondensatoriai yra prijungti prie perjungimo įtaiso, kai prietaisas yra išjungtas, du / dt neleidžia kilti, o įrenginyje nėra įtampos ir srovės sutapimo zonos, o tai sumažina perjungimo nuostolius;
(3) Prie prietaiso prijungti antiparaleliai diodai. Diodų laidumo laikotarpiu perjungimo įtaisas yra nulinės įtampos ir nulio srovės būsenoje. Šiuo metu pavaros įrenginys įjungiamas arba išjungiamas, kad būtų pasiekti ZVS ir ZCS veiksmai.
Šiuo metu dažniausiai naudojamos programinės įrangos perjungimo technologijos apima dalinį rezonansinį PWM ir be nuostolių „snubber“ grandinę.
(2) Galios koeficiento kompensacija
Ankstyvasis metodas yra naudoti sinchroninį variklį, kuris yra sinchroninis variklis, specialiai naudojamas reaktyviajai galiai generuoti. Jis naudoja per didelį sužadinimą ir nepakankamą sužadinimą, kad atitinkamai skleistų skirtingus talpos arba indukcinės reaktyviosios galios kiekius. Tačiau kadangi tai yra besisukanti elektrinė mašina, triukšmas ir nuostoliai yra dideli, taip pat sudėtinga valdyti ir prižiūrėti, o reagavimo greitis yra lėtas. Todėl daugeliu atvejų ji negalėjo įvykdyti greito reaktyviosios galios kompensavimo reikalavimų.
Kitas būdas yra naudoti statinį reaktyviosios galios kompensavimo įrenginį su prisotintu reaktoriumi. Jis turi statinio tipo ir greito atsako greičio pranašumus, tačiau kadangi jo šerdį reikia įmagnetinti iki prisotintos būsenos, nuostoliai ir triukšmas yra dideli, be to, yra tam tikrų netiesinių grandinių problemų, todėl jo negalima reguliuoti fazė, skirta kompensuoti apkrovos disbalansą. Todėl jam nepavyko užimti pagrindinio statinio kintamosios kompensacijos įtaisų.
Nuolat tobulinant galios elektronikos technologiją, statiniai kintamosios kompensacijos įtaisai, naudojantys SCR, GTO ir IGBT, buvo sukurti šuoliais. Tarp jų statinis var generatorius yra pranašesnis. Jo pranašumai yra greitas reguliavimo greitis ir platus veikimo diapazonas, o pritaikius kelis, daugiapakopius ar PWM metodus, jis gali žymiai sumažinti harmonikos kiekį kompensacinėje srovėje. Dar svarbiau yra tai, kad statiniame var generatoriuje naudojami reaktoriai ir talpiniai komponentai yra maži, o tai labai sumažina prietaiso dydį ir kainą. Statinio reaktyviosios energijos generatorius atspindi dinaminių reaktyviosios galios kompensavimo įtaisų vystymosi kryptį.
Penkios, baigiamosios pastabos
Mes tikime, kad galios elektroninės technologijos taps viena iš svarbiausių ramsčių technologijų XXI amžiuje. Dažnio keitimo technologija užima svarbią vietą galios elektronikos technologijų srityje. Pastaraisiais metais dėmesio sulaukė plėtra vidutinės įtampos dažnio keitimo greičio reguliavimo ir elektrinės traukos srityje. Integruojant pasaulinę ekonomiką ir mano šaliai įstojus į Pasaulio prekybos organizaciją, mano šalies elektros elektronikos ir dažnio keitimo technologijų pramonė turės precedento neturinčias plėtros galimybes.