电力电子技术的发展电力电子器件是现代交流调速装置的基础,其发展直接影响着交流调速的发展。20世纪50年代出现半控型器件硅晶闸管SCR,60年代出现全控型器件门级可关断晶闸管GTO,70年代出现巨型晶体管GTR和功率场效应晶体管MOSFET,80年代相继出现绝缘栅双极型晶体管IGBT和绝缘栅双极型门控晶闸管OGCT,90年代出现智能功率模块IPM。GTO是高电压大电流全控型功率器件,容量大,但关断能耗大;GTR是电流驱动器件,通态压降低,容量没有GTO大,但功耗大,调制频率不高,噪声大,现趋于淘汰中;MOSFET管是电压型驱动器件,开关频率高,驱动功率小,安全工作区广,但耐压不高;而IGBT集GTR和MOSFET的优点于一体,是目前变频调速系统中使用最广泛的主流功率器件之一。35146
2 国内外变频技术的发展情况
在大功率交-交变频调速技术方面,法国阿尔斯通己能提供单机容量达3万的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面,意大利ABB公司提供了单机容量为6万的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面,德国西门子公司simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10-2600kVA,其控制系统己实现全数字化,用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术方面,日本富士BTJ变频器最大单机容量可达70kVA,IGBT变频器已形成系列产品,其控制系统也已实现全数字化。论文网
国外交流变频调速技术高速发展有以下特点:
1)市场的大量需求
随着工业自动化程度的不断提高和能源的全球性短缺,变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合,已取得显著的经济效益。
2)功率器件的发展
近年来高电压、大电流的SCR,GTO,IGBT,IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用,使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。
3)控制理论和微电子技术的发展
矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础,16位、32位高速微处理器以及数字信号处理器(DPS)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展,为实现变频器高精度、多功能提供了硬件手段。
从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距10-15年。在大功率交-交、无换向器电机等变频技术方面,国内只有少数科研单位有能力制造,但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当大的差距。在中小功率变频技术方面,国内学者作了大量的变频理论的基础研究,早在二十世纪80年代,已成功引入矢量控制的理论,针对交流电机具有多变量、强耦合、非线性的特点,采用了线性解耦合非线性解耦合的方法,探讨交流电机变频调速的控制策略。随着高性能单片机和数字信号处理器的使用,国内学者紧跟国外最新控制策略,针对交流感应电机特点,采用高次谐波注入法。国内交流变频调速技术产业状况表现如下:
1)变频器的整机技术落后,国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力,但由于力量分散,并没有形成一定的技术和生产规模。
2)变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。
3)相关配套产业及行业落后。
4)产销量少,可靠性及工艺水平不高。
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