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大容量高性能交流电机调速节能技术

大容量高性能交流电机调速节能技术

点击数:7943 次   录入时间:03-04 12:01:58   整理:http://www.55dianzi.com   电动机-发电机

    2.1 传统的PWM控制技术及其发展

    传统的PWM 控制技术多用于两电平逆变器的门极驱动控制,其主要方法是依靠载波和调制波的比较,得出交点,或采用微机计算方法得到门极触发脉冲控制信号。正弦脉宽调制SPWM,调制波为正弦波,实现的典型方法有自然采样PWM,规则采样PWM,等面积PWM 等方法。三电平电路中,若采用两个正弦波与一个三角波比较,可得到双向DIPolar调制PWM[14],可大大减少相间电压的谐波。以上这些方法都可以在多电平电路中加以使用。且根据结构的不同,实现的方法也不同。

    2.2 优化PWM技术

    近年来,优化PWM技术得到了迅速发展。它是根据谐波含量,谐波畸变率(THD)最小,转矩脉动最小等目标函数,寻求PWM 控制波形。最优化PWM有一般PWM方法不具备的特殊优点,如电压利用率高,开关次数少及可实现特定优化目标等。优化PWM可用于多电平逆变器,而且可利用NPC逆变器的特点对每个开关器件的控制规律进行优化以提高整体性能,降低电机损耗。

    2.3 多电平逆变器与空间电压矢量PWM

    空间电压矢量PWM 法,是以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁通为基准,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由比较结果决定逆变器的开关顺序,形成所需的PWM波形。电压矢量PWM法消除谐波效果类似于多电平SPWM。对于三电平、五电平逆变器,开关模式容易计算,易于数字化实现。但随电平数增加,开关模式的计算量剧增,而且所需内存增加很多。由于开关模式选择冗余度大,选择合适矢量,可达到消除共模电压作用,而且对于二极管箝位式多电平逆变器,可消除或减小直流侧电容电压的不平衡性。

    随着多电平逆变器的出现,空间电压矢量SVPWM有了进一步的发展。比如对三电平中点箝位式逆变器,选取适当的空间矢量组合和电压矢量导通时间,可得到很逼近圆形的磁通。根据选择矢量的不同还可以有多种SVPWM 控制方案,各种方法得到的调制矢量角各不相同,控制性能也各不相同。比起双电平空间矢量,其矢量选择范围大,能更好地逼近正弦磁通,控制电机能获得更好的性能。同时,其良好的拓扑结构使系统容量变大,可靠性提高,损耗减少。

    三电平逆变器存在直流侧的高压,因此对器件仍有潜在的高压威胁,可靠性受到一定的限制。另外,直流侧电容电压的均衡问题是控制上比较棘手的地方。这种逆变器也存在网侧的谐波,用特殊的处理方法,比如双PWM技术可以得到很好的结果。在某些场合(比如UPS 中),多电平逆变器还可采用电流滞回控制PWM方法。

    3 结论及展望

    由于在功率器件研制及拓扑结构方面取得的突破性进展,大容量交流电机调速技术的发展呈现着崭新的面貌,蕴藏着巨大的发展机遇。

    传统大功率逆变电路由于体积大,性能差,并对电网产生较多谐波,因此应用领域越来越多地受到限制。而新型多电平逆变器由于具有动态性能好,对电网和电机产生的谐波较少,可以升高电压等优点,受到越来越多的重视。当PWM技术应用于多电平逆变器时,产生一些改进方案,对高性能大容量逆变器的应用起了重要作用。

    目前我国电动机调速技术的特点是以低压、小容量调速对象为主,高压、高效的变频调速装置以进口为主。面对节能、改善工艺的迫切需求和巨大的市场前景,国产高压大功率变频器产品的生产还基本上刚刚起步。然而,困难与希望同在,挑战与机遇共存。国际上具有生产、研制新型大功率变频调速装置能力的均是世界知名的大电工电气公司,由于他们在电力电子技术发展的过程中一直是按部就班进行的,形成了从功率半导体器件到整机生产的全套工业环节,市场惯性和企业本身的庞大机构使得他们不会马上转产全新的产品。而我国是一个新兴的发

    展中国家,尽管在老技术方面有一些投资,但投资相对较小,包袱不大,可以马上转入最新技术的开发和利用,借鉴别人的经验,跨过他们已经走过的路程。

    在最新领域取得研究成果的基础上尽快产业化,可大大缩短与先进国家的差距,在某些方面甚至还可以超过他们。从目前看,大容量交流电机调速技术应用的时机业已成熟,国内只要在体制改革、生产管理和经营决策方面走上轨道,其发展前途不可限量。



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