電機(jī)控制熱點(diǎn)研究

1、電機(jī)控制熱點(diǎn)研究電機(jī)控制熱點(diǎn)研究隨著電力電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路、微處理器控制技術(shù)的發(fā)展，功率半導(dǎo)體電力變換技術(shù)也得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)60年代后半段開(kāi)始，功率半導(dǎo)體器件從SCR（普通晶閘管）、GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）、BJT（雙極型晶體管）、MOSFET（金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)管）、SIT（靜電感應(yīng)晶體管）、SITH（靜電感應(yīng)晶閘管）、MGT（MOS控制晶體管）、MCT（MOS控制晶閘管）發(fā)展到IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、HVIGBT

2、（耐高壓IGBT）。器件的每一次更新都為電力變換技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。作為聯(lián)系弱電與強(qiáng)電的紐帶，電力變換技術(shù)提供了控制電功率流動(dòng)與改變電能形態(tài)的有力手段，輸出適合其負(fù)載的最佳電壓和電流，以達(dá)到滿足工業(yè)技術(shù)要求和節(jié)約能源的目的。電氣傳動(dòng)是電力變換技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。電氣傳動(dòng)裝置的應(yīng)用范圍小至機(jī)器人中精密的、高精度的位置控制，大至流量可調(diào)的大型水泵、風(fēng)機(jī)的調(diào)速驅(qū)動(dòng)，功率范圍從數(shù)瓦至數(shù)兆瓦。電力電子變流器作為輸入功率與電動(dòng)機(jī)之間的接口

3、設(shè)備，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子位置，以滿足被電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備的需要。隨著交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速理論的突破和調(diào)速裝置（主要是變頻器）性能的完善，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速?gòu)闹绷靼l(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組調(diào)速、晶閘管可控整流器直流調(diào)壓調(diào)速逐步發(fā)展到交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，而且隨著控制技術(shù)和控制手段的不斷提高，變頻調(diào)速又由VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）控制的PWM（PulseWidthModulation）變頻調(diào)速發(fā)展到矢量控制（V

4、ectFieldientedControl）、直接轉(zhuǎn)矩控制（DirectTqueFluxControl——DTC）變頻調(diào)速，提高了變頻器的動(dòng)、靜態(tài)特性，使得交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速性能大大提高。在高性能的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)里，轉(zhuǎn)速（位置）閉環(huán)控制環(huán)節(jié)是必不可少的，通常采用與電動(dòng)機(jī)同軸安裝的機(jī)械式轉(zhuǎn)子速度（位置）傳感器，如光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等，但這些機(jī)械式轉(zhuǎn)子速度（位置）傳感器有機(jī)械安裝、使用環(huán)境、電纜連接等諸多應(yīng)用限制，其可靠性受到很大影響

5、。為了克服機(jī)械式轉(zhuǎn)子速度（位置）傳感器安裝帶來(lái)的種種缺陷、簡(jiǎn)化硬件系統(tǒng)、減少設(shè)備故障率，在矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速的基礎(chǔ)上又發(fā)展了無(wú)速度（位置）傳感（“斬控式整流器”或“PWM整流器”）。網(wǎng)側(cè)變流器采用PWM控制的變頻器稱為“雙PWM控制變頻器”，這種再生能量回饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流（網(wǎng)側(cè)電流）波形基本為正弦，功率因數(shù)保持為1并且能量可以雙向流動(dòng)的特點(diǎn)，代表一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，但成本問(wèn)題限制了它的發(fā)展

6、速度。通常的交交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，只能用于低速（低頻）大容量調(diào)速傳動(dòng)。為此，矩陣式交交變頻器應(yīng)運(yùn)而生。矩陣式交交變頻器功率密度大，而且沒(méi)有中間直流環(huán)節(jié)，省去了笨重而昂貴的儲(chǔ)能元件，它為實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)為1、輸入電流為正弦和四象限運(yùn)行開(kāi)辟了新的途徑。隨著電壓型PWM變頻器在高性能的交流傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用日趨廣泛，PWM技術(shù)的研究越來(lái)越深入。PWM利用功率半導(dǎo)體器件的高頻開(kāi)通和關(guān)斷，把直流電壓變成按一定寬度規(guī)律變化

7、的電壓脈沖序列，以實(shí)現(xiàn)變頻、變壓并有效地控制和消除諧波。PWM技術(shù)可分為三大類：正弦PWM、優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。正弦PWM包括以電壓、電流和磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案。正弦PWM一般隨著功率器件開(kāi)關(guān)頻率的提高會(huì)得到很好的性能，因此在中小功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛采用。但對(duì)于大容量的電力變換裝置來(lái)說(shuō)，太高的開(kāi)關(guān)頻率會(huì)導(dǎo)致大的開(kāi)關(guān)損耗，而且大功率器件如GTO的開(kāi)關(guān)頻率目前還不能做得很高，在這種情況下，優(yōu)化PWM技術(shù)正好符合裝置的需要

8、。特定諧波消除法（edHarmonicEliminationPWM——SHEPWM）、效率最優(yōu)PWM和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小PWM都屬于優(yōu)化PWM技術(shù)的范疇。普通PWM變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功率器件開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的諧波成分，諧波電流引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用在電動(dòng)機(jī)上，會(huì)使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出電磁噪聲，其強(qiáng)度和頻率范圍取決于脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小和交變頻率。如果電磁噪聲處于人耳的敏感頻率范圍，將會(huì)使人的聽(tīng)覺(jué)受到損害。一些幅度較大的中頻諧波電流還容易