變頻器的發展

變頻器的發展

1．主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化，開關頻率不斷提高，開關損耗進一步降低。低壓小容量變頻器普遍采用的功率開關器件是：功率MOSFET、IG－BT（絕緣柵雙極度晶體管）和IPM（智能功率模塊）。中壓大容量變頻器采用有：GTO（門極可關斷晶閘管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）、SGCT（對稱門極換流晶閘管）、IEGT（注入增強柵晶體管）和高壓IGBT。
2．變頻器主電路的拓撲結構方面：變頻器的網側變流器對低壓小容量的常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量的常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的采用多電平逆變器。值得注意的是，對于四象限運行的傳動，為實現變頻器再生能量向電網回饋和節省能量，網側變流器應為可逆變流器，出現了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網側變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波，并使系統的功率因數接近于1，減少對電網的公害。目前，低、中壓變頻器都有這類產品。公用直流母線技術的采用使多臺（或多軸）傳動系統能量更好利用，提高系統的整體運行效率，并可降低變頻器本身的價格。公用直流母線也可以有再生型和非再生型的。探索采用諧振直流環技術使變頻器的功率開關工作在軟開關狀態，器件損耗大大下降，開關頻率可進一步提高，因電壓和電流尖峰引起的E－MI問題得到抑制，可取消緩沖電路。
3．脈寬調制變壓變頻器的控制方法：正弦波脈寬調制（SPWM）控制。消除次數諧波的PWM控制。電流跟蹤控制。電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。
4．交流電動機變頻調整控制方法的進展：由標量控制（V／f控制和轉差頻率控制）向高動態性能的矢量控制和直接轉矩控制發展。開發無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統。
5．微處理器的進步使數字控制成為現代控制器的發展方向，運動控制系統是快速系統，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實時處理大量信息。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數字信號處理器）為基礎的內核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內的稱為DSP單片電機控制器（如ADI的ADMC3??系列、TI的TM S320C240和Motorola的DSP56F8??系列），價格大大降低，體積縮小，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP的大速度為20～40MIPS，單周期指令執行時間快達幾十納秒，它和普通的單片機相比，處理數字運算能力增強10～15倍，確保系統有更*的控制性能。數字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現復雜控制規律，使現代控制理論在運動控制系統中應用成為現實，易于與上層系統連接進行數據傳輸，便于故障診斷加強保護和監視功能，使系統智能化（如有些變頻器具有自調整功能）。
6．交流同步電動機已成為交流可調傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機獲得無刷結構，功率因數高，效率也高，轉子轉速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調速系統有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機（BLDC）”。傳統的自控變頻同步機調速系統有轉子位置傳感器，現正開發無轉子位置傳感器的系統。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。開關磁阻式電機（SR）是一種特殊類型的同步電機，定轉子為雙凸極結構，結實無刷，輸出轉矩較大，由于SR電動機的繞組只需單方向電流，因此給它供電的只需單極性功率變換器就可以了，電路簡單。傳統的SR電動機調速系統同樣需要位置檢測器，目前也正在開發無位置傳感器的SR調速系統。SR電機優點突出，應用領域日益擴大，稍顯遜色的是：SR電動機功率變換器輸出的是不規則電流脈沖，低速時導致運行噪聲和轉矩脈動問題較為突出，這有待于進一步改進控制方法。

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