Jõuelektroonika ja arvutitehnoloogia kiire arenguga on vahelduvvoolu kiiruse reguleerimisest saanud arengutrend alalisvoolu kiiruse reguleerimise asendamiseks. Sageduse teisendamise kiiruse reguleerimine on tunnustatud kõige lootustandvamaks kiiruse reguleerimise meetodiks kodu- ja välismaal suurepärase kiiruse reguleerimise ning käivitus- ja pidurdustõhususe poolest. Sagedusmuundamise tehnoloogia on vahelduvvoolu kiiruse reguleerimise põhitehnoloogia, jõuelektroonika ja arvutitehnoloogia on sagedusmuundamise tehnoloogia tuum ning jõuelektroonikaseadmed on jõuelektroonika tehnoloogia alus. Jõuelektroonika tehnoloogia on kõrgtehnoloogia, mis on viimastel aastatel kiiresti arenenud. Seda kasutatakse laialdaselt mehhatroonika, mootoriülekande, kosmosetööstuse ja nii edasi. Nüüd on sellest saanud kõrgtehnoloogia, mille arendamise nimel riigid konkureerivad. Eksperdid ennustavad, et 21. sajandi kõrgelt arenenud automaatjuhtimise valdkonnas on arvutitehnoloogia ja jõuelektroonika tehnoloogia kaks kõige olulisemat tehnoloogiat.
1. Elektriliste elektriseadmete arendusprotsess
Türistorid tulid Ameerika Ühendriikides välja 1950. aastate lõpus, tähistades jõuelektroonika tehnoloogia sündi. Esimese põlvkonna jõuelektroonikaseadmed on peamiselt räniga juhitav alaldi (SCR), mis oli minu riigis 1970. aastatel energiasäästliku tehnoloogiana loetletud ja mida reklaamiti üleriigiliselt. Kuid SCR on pooljuhitav lülitusseade, mis saab kontrollida ainult selle sisselülitamist, kuid mitte väljalülitamist. See on piiratud vahelduvvooluajamite ja muutuva sagedusega toiteallikate rakendamisel. Pärast 1970. aastaid leiutatud võimsustransistorid (GTR), värava väljalülitamistüristorid (GTO), MOS-väljatransistorid (PowerMOSFET), isoleeritud väravatransistorid (IGBT), staatilised induktsioontransistorid (SIT) ja staatilised induktsioontüristorid (SITH) jne. Nende ühine omadus on juhtimise ja väljalülitamise kontrollimine. Need on täielikult juhitavad lülitusseadmed. Kuna muundurahelat pole vaja, on maht ja kaal SCR-iga võrreldes oluliselt väiksemad. Praegu on IGBT-st saanud oma suurepäraste omadustega peavooluseade ning kindla positsiooniga on ka suure võimsusega GTO.
Paljud riigid töötavad suure võimsusega seadmete väljatöötamise nimel kõvasti ja välismaal on toodetud 6000 V IGBT-sid. IEGT (injectionenhancedgatethyristor) on uut tüüpi seade, mis ühendab IGBT ja GTO eelised. 1000A / 4500V proovid on juba välja tulnud. IGCT (integratedgateeommutatedthyristor) kasutab puhverkihti ja läbipaistvat emitterit GTO põhjal. See on samaväärne türistoriga, kui see on sisse lülitatud, ja transistoriga, kui see on välja lülitatud, koordineerides seeläbi tõhusalt olekupinge ja blokeerimispinge vastuolu ning töösagedus võib ulatuda mitme kilohertsini [2] [3 ]. Šveitsi ABB ettevõte on käivitanud IGCT kuni 4500-6000V, 3000-3500A. MCT jäi väheste edusammude tõttu pensionile ja IGCT areng muutis selle elektriliste elektroonikaseadmete uues mustris oluliseks. Arenenud riikidega võrreldes on minu kodumaal seadmete tootmisel suurem vahe kui rakendustel. Uutel seadmetel, nagu näiteks suure võimsusega kraavivärava struktuuriga IGBT moodulid, IEGT, väravatega türistorid, kõrgepinge galliumarseniidi kõrgsageduslikud alaldidioodid, ränikarbiid (SIC) ja muud uued elektriseadmed, on uusimad arengud välismaal. Arvatakse, et uute pooljuhtmaterjalide, nagu GaAs ja SiC, kasutamine energiaseadmete valmistamiseks inimeste realiseerimiseks'&jälitamine; ideaalsed seadmed" saab 21. sajandil elektriliste elektroonikaseadmete väljatöötamise peamine suundumus.
Kõrge töökindlusega elektrilised elektroonilised ehitusplokid (PEBB) ja integreeritud toiteelektroonilised moodulid (IPEM) on Ameerika Ühendriikides hiljuti arenenud elektrielektroonika tehnoloogia uued leviala. Tihe konkurents GTO ja IGCT, IGCT ning kõrgepinge IGBT ja muude uute elektriliste elektroonikaseadmete vahel toob kindlasti rohkem võimalusi ja väljakutseid uute elektrooniliste tehnoloogiate ja sagedusmuundamise tehnoloogiate väljatöötamisele 21. sajandil.
2. Sageduse muundamise tehnoloogia arendusprotsess
Sageduse teisendamise tehnoloogia sündis vastusena vahelduvvoolumootorite astmeteta kiiruse reguleerimise vajadusele. Jõuelektroonika uuendamine soodustab jõu muundamist
Tehnoloogia pidev areng. Alguses piirdus sageduse teisendamise tehnoloogia sageduse muundamise ja mitte muutuva pingega. Alates 1970. aastatest on impulsi laiuse modulatsiooni muutuva pinge sageduse muundamise (PWM-VVVF) kiiruse reguleerimise uuringud äratanud inimeste tähelepanu' 1980. aastatel äratas PWM-režiimi optimeerimise probleem kui sagedusmuundamise tehnoloogia tuum inimesi' s suurt huvi ja saadi palju optimeerimisrežiime, näiteks: modulatsioonilaine pikisuunalise jagamise meetod, faasilise kandja PWM tehnoloogia, faas - nihutatud kandja PWM-tehnoloogia, kanduri modulatsioon Laine samaaegne faasinihke PWM-tehnoloogia ja nii edasi.
VVVF-muunduri juhtimine on suhteliselt lihtne ja ka selle mehaanilised omadused on head. See suudab täita üldise ülekande sujuva kiiruse reguleerimise nõudeid ja seda on laialdaselt kasutatud erinevates tööstusharudes. Kui see juhtimismeetod on madalal sagedusel, kuna väljundpinge on väike, on staatori takistuse pingelanguse mõju olulisem, mistõttu maksimaalne väljundmoment väheneb.
Vektorjuhtimissageduse teisendamise kiiruse reguleerimise meetod on: kolmefaasilises koordinaatsüsteemis asünkroonse mootori staatori vahelduvvoolud Ia, Ib ja Ic muundatakse sünkroonse pöörleva koordinaatsüsteemi all alalisvooludeks Iml, Itl läbi kolme- faas kuni kahefaasiline muundamine. Seejärel imiteerige alalisvoolumootori juhtimismeetodit, hankige alalisvoolumootori juhtimiskogus ja realiseerige asünkroonse mootori juhtimine vastava koordinaatide pöördtransformatsiooni kaudu.
Otsene pöördemomendi juhtimine analüüsib vahetult vahelduvvoolumootori matemaatilist mudelit staatori koordinaatide süsteemis ning kontrollib mootori voosidet ja pöördemomenti. See ei pea muutma vahelduvvoolumootorit samaväärseks alalisvoolumootoriks, välistades seeläbi paljud keerulised arvutused vektori pöörlemistransformatsioonis; see ei pea alalisvoolumootori juhtimist jäljendama ega ka vahelduvvoolumootori matemaatilist mudelit lahtiühendamiseks lihtsustama.
VVVF sageduse muundamine, vektorjuhtimise sageduse teisendamine ja pöördemomendi juhtimise sageduse otsene muundamine on kõik vahelduvvoolu-alalisvoolu-vahelduvvoolu sageduse teisendamine. Ühine puudus on see, et sisendvõimsustegur on madal, harmooniline vool on suur, alalisvooluahel vajab suurt energiasalvestuskondensaatorit ja regenereerivat energiat ei saa tagasi võrku juhtida, see tähendab, et nelja kvadrandi operatsiooni ei saa läbi viia . Sel põhjusel tekkis maatriks AC-AC sageduse muundamine.
3. Sageduse muundamise tehnoloogia ja kodumasinad
1970. aastatel hakati kodumasinaid muundama sageduse muundamiseks ning elektromagnetilisi toiduvalmistamise seadmeid, sageduse muundamise valgustusseadmeid, sageduse muundamise konditsioneere, sageduse muundamise mikrolaineahjusid, sageduse muundamise külmikuid, IH (induktsioonkuumutusega) riisikakleid, sageduse muundamise pesumasinaid jne ilmusid [4].
20. sajandi lõpus tuginesid kodumasinad sageduse muundamise tehnoloogiale, mille eesmärk oli peamiselt kõrge funktsionaalsus ja energiasääst.
Esimene on külmkapp. Kuna see töötab kogu päeva, töötab kompressor pärast sageduse muundamise jahutamist alati väikese kiirusega, mis võib kompressori käivitamisest põhjustatud müra täielikult kõrvaldada, ja energiasäästuefekt on ilmsem. Teiseks, pärast seda, kui kliimaseade kasutab sageduse muundamist, laiendatakse kompressori tööpiirkonda ning jahutuse ja kütte juhtimist saab teostada ilma kompressori vahelduva töötamiseta, et vähendada energiatarbimist ja kõrvaldada temperatuurist tingitud ebamugavusi muudatused. Viimastel aastatel on uued sageduse muundamise külmikud mitte ainult vähendanud energiatarbimist ja saavutanud vaikuse, vaid saavutanud kiire töö abil ka kiire külmumise.
Pesumasinas kasutati varem muutuva sagedusega juhtimist, et saavutada muutuva kiiruse reguleerimine pesemisvõime parandamiseks. Lisaks energiasäästule ja vaiksusele tutvustas äsja populaarne pesumasin ka uut juhtimissisu, et tagada riiete pehme pesemine; elektromagnetilised pliidid kasutavad kõrgsageduslikku induktsiooni. Kuumutamine muudab poti kuumutamiseks otse ilma gaasi- ja elektrikütte kuuma osata, seega pole see mitte ainult ohutu, vaid parandab oluliselt ka kütte efektiivsust. Selle töösagedus on kõrgem kui kuulmismeel, kõrvaldades seeläbi riisipoti vibratsioonist põhjustatud müra.
Neljandaks, elektriliste elektriseadmete ja vastumeetmete tekitatud kahju
Faasiga juhitav alaldamine ja kontrollimatu dioodiga alaldamine toiteelektroonikaseadmetes põhjustab sisendvoolu lainekuju tõsiseid moonutusi, mis mitte ainult ei vähenda oluliselt süsteemi võimsustegurit, vaid põhjustab ka tõsist harmoonilist reostust.
Lisaks panevad riistvaralise ahela pinge ja voolu kiired muutused elektrilised elektriseadmed kandma suurt elektrilist pinget ning põhjustavad tõsiseid elektromagnetilisi häireid (EM1) ümbritsevatele elektriseadmetele ja raadiolainetele ning olukord muutub aina hullemaks. Paljudes riikides on harmooniliste piiramiseks välja töötatud siseriiklikud standardid. Rahvusvaheline elektri- ja elektroonikainseneride instituut (IEEE), rahvusvaheline elektrotehniline komisjon (IEC) ja rahvusvaheline suurte elektrivõrkude konverents (CIGRE) on käivitanud oma harmoonilised standardid. Hiina valitsus on harmooniliste piiramiseks välja töötanud ka asjakohased määrused.
(1) Harmooniliste ja elektromagnetiliste häirete vastumeetmed
1. Harmooniline allasurumine
Elektrooniliste elektriseadmete tekitatud harmooniliste summutamiseks on üks meetod harmoonilise kompenseerimise sooritamine, see tähendab harmoonilise kompensatsiooniseadme seadistamine sisendvoolu siinuslaineks muutmiseks.
Traditsioonilises harmoonilise kompenseerimise seadmes kasutatakse IC-ga häälestatud filtrit, mis suudab kompenseerida nii harmoonilisi kui ka reaktiivvõimsust. Puuduseks on see, et võrgu impedants ja tööolek mõjutavad kompenseerimise omadusi ning süsteemiga on lihtne paralleelne resonants, mis viib harmoonilise võimenduseni ja koormab või isegi põletab LC-filtrit. Lisaks saab see kompenseerida ainult fikseeritud sageduse harmoonilisi ja efekt pole ideaalne.
Pärast jõuelektroonikaseadmete populariseerimist ja rakendamist on aktiivsete filtrite kasutamine harmooniliseks kompenseerimiseks muutunud oluliseks suunaks. Põhimõte on tuvastada kompenseerivast objektist harmooniline vool ja seejärel genereerida harmoonilise vooluga sama suuruse ja vastupidise polaarsusega kompensatsioonivool, nii et võrguvool sisaldab ainult põhilainekomponenti. See filter suudab jälgida ja kompenseerida harmoonilisi, mille sagedus ja amplituud muutuvad ning kompensatsiooni omadusi ei mõjuta võrgu impedants.
Suure võimsusega muunduri peamine meetod harmooniliste vähendamiseks on kasutada mitut tehnoloogiat: madalamate harmooniliste elimineerimiseks asetatakse mitu ruudukujulist lainet, saades seeläbi siinusega lähedase sammulaine. Mida rohkem paljusust, seda lähemal on lainekuju siinusele, kuid seda keerukam on vooluahela struktuur. Madalate harmooniliste ja suure võimsusteguri saavutamiseks kasutavad väikese võimsusega muundurid tavaliselt dioodide alaldamist ja PWM-hakkimist, mida sageli nimetatakse võimsusteguri korrigeerimiseks (PEC). Tüüpiliste vooluringide hulka kuuluvad võimenduse tüüp, vähendamise tüüp, tõukejõu suurendamise tüüp ja nii edasi.
2. Elektromagnetiliste häirete summutamine
EMI lahendamise meede on ületada ülemäärane voolutõusu kiirus di / dt ja pinge tõusukiirus du / dt, mis ilmnevad lülitusseadme sisse- ja väljalülitamisel. Praegu pööratakse suuremat tähelepanu nullvoolu (ZCS) ja nullpinge (ZVS) ümberlülitamisele. ) Vooluring. viis on:
(1) Induktiivsus on lülitusseadmega ühendatud järjestikku, mis suudab summutada di / dt lülitusseadme sisselülitamisel, nii et seadmel pole pinge ja voolu kattuvat ala, ning vähendada edasikaotust;
(2) Paralleelsed kondensaatorid on lülitusseadmega ühendatud, kui seade on välja lülitatud, on du / dt tõusu takistamine ning seadmel puudub pinge ja voolu kattuv ala, mis vähendab lülituskadusid;
(3) Paralleelsed dioodid on seadmega ühendatud. Dioodi juhtimisperioodil on lülitusseade nullpinge ja nullvoolu olekus. Praegu lülitatakse ajamiseade ZVS ja ZCS toimingute saavutamiseks sisse või välja.
Praegu hõlmavad enamkasutatavad tarkvara vahetamise tehnoloogiad osalist resonantset PWM-i ja kadudeta snubber-ahelat.
(2) Võimsusteguri kompenseerimine
Varajane meetod on kasutada sünkroonmootorit, mis on sünkroonmootor, mida kasutatakse spetsiaalselt reaktiivvõimsuse genereerimiseks. See kasutab liigset ergutust ja alaerutust, et eraldada vastavalt mahtuvusliku või induktiivse reaktiivvõimsuse erinevaid koguseid. Kuna tegemist on pöörleva elektrimasinaga, on müra ja kadu suured, ka töö ja hooldus on keerulised ning reageerimiskiirus on aeglane. Seetõttu ei ole see paljudel juhtudel suutnud täita reaktiivvõimsuse kiire hüvitamise nõudeid.
Teine meetod on staatilise reaktiivvõimsuse kompenseerimise seadme kasutamine küllastunud reaktoriga. Sellel on staatilise tüübi ja kiire reageerimiskiiruse eelised, kuid kuna selle südamik tuleb magnetiseerida küllastunud olekusse, on kaod ja müra suured ning mittelineaarsete vooluahelate puhul on erilisi probleeme ja seda ei saa reguleerida faas koormuse tasakaalustamatuse kompenseerimiseks. Seetõttu ei hõivanud see staatiliste varikompensatsiooniseadmete peavoolu.
Jõuelektroonika tehnoloogia pideva arenguga on hüppeliselt välja töötatud SCR, GTO ja IGBT kasutavaid staatilisi varikompensatsiooniseadmeid. Nende seas on staatiline varugeneraator kõige parem. Selle eelised on kiire reguleerimiskiirus ja lai tööpiirkond ning pärast mitme-, mitmetasandilise või PWM-tehnika kasutuselevõttu võib see kompenseerimisvoolus harmoonilist sisu oluliselt vähendada. Veelgi olulisem on see, et staatilises varugeneraatoris kasutatavad reaktor ja mahtuvuslikud komponendid on väikesed, mis vähendab oluliselt seadme suurust ja maksumust. Staatiline reaktiivvõimsuse generaator tähistab dünaamiliste reaktiivvõimsuse kompenseerimisseadmete arengusuunda.
Viis kokkuvõtvat märkust
Usume, et jõuelektroonika tehnoloogiast saab 21. sajandil üks olulisi sambatehnoloogiaid. Sagedusmuundamise tehnoloogia on jõuelektroonika tehnoloogia valdkonnas olulisel kohal. Viimastel aastatel on tähelepanu pälvinud areng keskmise pinge sageduse muundamise kiiruse reguleerimise ja elektrilise veojõu valdkonnas. Ülemaailmse majanduse integreerumisega ja minu kodumaa ühinemisega Maailma Kaubandusorganisatsiooniga on minu riigi jõuelektroonika ja sageduse muundamise tehnoloogia tööstustel enneolematud arenguvõimalused.