Avèk devlopman rapid nan elektwonik pouvwa ak teknoloji òdinatè, AC vitès règleman te vin yon tandans devlopman ranplase DC vitès règleman yo. Règleman vitès konvèsyon frekans rekonèt kòm metòd règleman vitès ki pi prometteur nan kay ak aletranje pou règleman ekselan vitès li yo ak kòmanse ak pèfòmans frenaj. Teknoloji konvèsyon frekans se teknoloji debaz règleman vitès AC, elektwonik pouvwa ak teknoloji konpitè se nwayo teknoloji konvèsyon frekans, ak aparèy elektwonik pouvwa yo se fondasyon teknoloji elektwonik pouvwa. Pouvwa elektwonik teknoloji se yon gwo teknoloji ki te devlope rapidman nan dènye ane yo. Li se lajman ki itilize nan jaden yo nan mechatronics, transmisyon motè, ayewospasyal ak sou sa. Li te kounye a vin yon gwo teknoloji ke peyi yo konpetisyon yo devlope. Ekspè predi ke nan jaden trè devlope nan kontwòl otomatik nan 21yèm syèk la, teknoloji òdinatè ak teknoloji elektwonik pouvwa yo se de teknoloji ki pi enpòtan yo.
1. Pwosesis devlopman nan aparèy elektwonik pouvwa
Tiristor soti nan Etazini yo nan fen ane 1950 yo, ki make nesans la nan teknoloji elektwonik pouvwa. Premye jenerasyon pouvwa aparèy elektwonik yo sitou Silisyòm kontwole redresman (SCR), ki te ki nan lis kòm yon teknoloji enèji-ekonomize nan peyi mwen an nan ane 1970 yo ak ankouraje nan tout peyi. Sepandan, SCR se yon aparèy semi-kontwole oblije chanje ki ka sèlman kontwole vire-sou li yo, men se pa vire-off li yo. Li limite nan aplikasyon an nan kondui AC ak ekipman pou pouvwa frekans varyab. Pouvwa tranzistò (GTR), pòtay fèmen tiristor (GTO), pouvwa MOS tranzistò efè jaden (PowerMOSFET), tranzistò pòtay izole (IGBT), tranzistò endiksyon estatik (SIT) ak tiristor endiksyon estatik (SITH), envante youn apre lòt apre ane 1970 yo. , elatriye karakteristik komen yo se kontwole kondiksyon yo ak vire-off. Yo konplètman kontwole aparèy oblije chanje. Depi pa gen okenn sikwi konvètisè obligatwa, volim ak pwa yo redwi anpil konpare ak SCR. Koulye a, IGBT te vin yon aparèy endikap ak karakteristik ekselan li yo, ak GTO ak gwo kapasite tou te gen yon pozisyon sèten.
Anpil peyi ap travay di yo devlope aparèy gwo kapasite, ak 6000V IGBT yo te pwodwi aletranje. IEGT (injectionenhancedgatethyristor) se yon nouvo kalite aparèy ki konbine avantaj IGBT ak GTO. Echantiyon 1000A / 4500V te deja soti. IGCT (entegregateeommutatedthyristor) itilize yon kouch tanpon ak yon emeteur transparan sou baz GTO. Li ekivalan a yon tiristor lè li vire sou li a, ak yon tranzistò lè li etenn, konsa efektivman kowòdone kontradiksyon ki genyen ant vòltaj la sou-eta ak vòltaj la bloke, ak frekans nan opere ka rive jwenn plizyè Kilohertz [2] [3 ]. Konpayi Swis ABB lanse IGCT jiska 4500-6000V, 3000-3500A. MCT pran retrèt akòz ti pwogrè, ak devlopman nan IGCT te fè li okipe yon pozisyon enpòtan nan nouvo modèl la nan aparèy elektwonik pouvwa. Konpare ak peyi devlope yo, peyi mwen an gen yon espas pi gwo nan fabrikasyon aparèy pase nan aplikasyon an. Nouvo aparèy pouvwa tankou gwo pouvwa tranche pòtay estrikti modil IGBT, IEGT, MOS gistè thyristors, segondè-vòltaj galyòm asenid segondè-frekans redresman diodes, Silisyòm carbure (SIC) ak lòt aparèy pouvwa nouvo gen dènye devlopman yo aletranje. Yo kwè ke itilize nan nouvo materyèl semi-conducteurs tankou GaAs ak SiC fè aparèy pouvwa reyalize moun pouswit' s pouswit nan" aparèy ideyal" yo pral tandans prensipal la nan devlopman nan aparèy elektwonik pouvwa nan 21yèm syèk la.
High-fyab pouvwa blòk bilding elektwonik (PEBB) ak entegre pouvwa modil elektwonik (IPEM) se nouvo otspo nan devlopman an ki sot pase nan pouvwa teknoloji elektwonik nan Etazini yo. Konpetisyon an feròs ant GTO ak IGCT, IGCT ak segondè-vòltaj IGBT ak lòt nouvo pouvwa aparèy elektwonik pral siman pote plis opòtinite ak defi nan devlopman nan nouvo teknoloji elektwonik pouvwa ak teknoloji konvèsyon frekans nan 21yèm syèk la.
2. Pwosesis devlopman teknoloji konvèsyon frekans lan
Frekans teknoloji konvèsyon te fèt an repons a bezwen an pou règleman vitès stepless nan motè AC. Renouvèlman nan elektwonik pouvwa ankouraje konvèsyon pouvwa
Devlopman kontinyèl teknoloji a. Nan premye fwa, teknoloji a konvèsyon frekans te limite a konvèsyon frekans epi yo pa vòltaj varyab. Depi ane 1970 yo, rechèch sou batman lajè modulation varyab vòltaj frekans konvèsyon (PWM-VVVF) règleman vitès te atire atansyon moun' Nan ane 1980 yo, pwoblèm PWM optimize mòd kòm nwayo teknoloji konvèsyon frekans lan atire moun' gwo enterè, ak anpil mòd optimize yo te jwenn, tankou: modulation vag Longitudinal metòd divizyon, nan-faz konpayi asirans PWM teknoloji, faz -plasman konpayi asirans teknoloji PWM, modulation konpayi asirans vag similtane faz déplacement teknoloji PWM ak sou sa.
Kontwòl la nan VVVF varyateur se relativman senp, ak pwopriyete mekanik li yo tou bon. Li ka ranpli kondisyon yo ki vitès lis règleman nan transmisyon jeneral, e li te lajman ki itilize nan divès jaden nan endistri. Sepandan, lè metòd kontwòl sa a nan frekans ki ba, paske vòltaj pwodiksyon an piti, enfliyans gout vòltaj rezistans stator la pi enpòtan, kidonk koupl pwodiksyon maksimòm lan redwi.
Metòd la nan kontwòl vektè frekans vitès konvèsyon règleman se: stator AC kouran yo Ia, Ib, ak Ic nan motè a asenkron nan sistèm nan kowòdone twa-faz yo transfòme nan kouran yo DC Iml, Itl anba synchronous wotasyon kowòdone sistèm nan twa- faz transfòmasyon de faz. , Lè sa a, imite metòd la kontwòl nan motè a DC, jwenn kantite kontwòl nan motè a DC, ak reyalize kontwòl la nan motè a asenkron nan korespondan kowòdone transfòmasyon envès la.
Kontwòl koupl dirèk dirèkteman analize modèl matematik motè AC nan sistèm kowòdone stator la, epi kontwole koneksyon flux ak koupl motè a. Li pa bezwen transfòme motè AC a nan yon motè DC ekivalan, konsa elimine anpil kalkil konplike nan transfòmasyon wotasyon vektè; li pa bezwen imite kontwòl la nan motè a DC, ni li bezwen senplifye modèl la matematik nan motè a AC pou dekouple.
VVVF konvèsyon frekans, vektè konvèsyon frekans kontwòl, ak dirèk koupl konvèsyon frekans kontwòl yo tout AC-DC-AC konvèsyon frekans. Dezavantaj la komen se ke faktè a pouvwa opinyon ki ba, aktyèl la Harmony se gwo, kous la DC mande pou yon gwo CAPACITOR depo enèji, ak enèji nan rejenerasyon pa ka manje tounen nan griy la, se sa ki, kat-kadran operasyon pa ka fèt. . Pou rezon sa a, matris AC-AC konvèsyon frekans te vin an.
3. Konvèsyon frekans teknoloji ak aparèy nan kay la
Nan ane 1970 yo, aparèy nan kay la te kòmanse konvèti nan konvèsyon frekans, ak aparèy pou kwit manje elektwomayetik, aparèy konvèsyon ekleraj frekans, konvèsyon frekans èkondisyone, frekans konvèsyon fou mikwo ond, frijidè konvèsyon frekans, IH (chofaj endiksyon) pen diri, frekans konvèsyon lave machin , elatriye parèt [4].
Nan fen 20yèm syèk la, aparèy nan kay la te konte sou teknoloji konvèsyon frekans, sitou vise nan gwo fonctionnalités ak ekonomize pouvwa.
Premye a se frijidè a. Paske li travay tout jounen an, COMPRESSOR a toujou ap kouri nan yon vitès ki ba apre adopte refrijerasyon konvèsyon frekans, sa ki ka konplètman elimine bri a ki te koze pa COMPRESSOR a kòmanse, ak efè a ekonomize enèji se pi plis evidan. Dezyèmman, apre èkondisyone a itilize konvèsyon frekans, se seri a k ap travay nan COMPRESSOR a elaji, epi yo ka refwadisman an ak kontwòl chofaj dwe reyalize san yo pa COMPRESSOR a kouri nan yon eta tanzantan, konsa tankou diminye konsomasyon pouvwa ak elimine malèz la ki te koze pa tanperati chanjman. Nan dènye ane yo, nouvo frijidè konvèsyon frekans yo pa sèlman redwi konsomasyon pouvwa ak reyalize trankilite, men tou, reyalize rapid lè w konjele lè l sèvi avèk gwo vitès operasyon.
Nan machin lave a, yo te itilize kontwòl frekans varyab nan tan lontan pou reyalize kontwòl vitès varyab pou amelyore pèfòmans lave. Anplis de sa nan ekonomize enèji ak trankilite, machin nan lave ki fèk popilè tou prezante nouvo kontni kontwòl asire lave a mou nan rad; cuisinier elektwomayetik itilize segondè-frekans endiksyon Chofaj fè chalè a po dirèkteman san yo pa pati nan cho nan gaz ak chofaj elektrik, kidonk li se pa sèlman san danje, men tou, anpil amelyore efikasite nan chofaj. Frekans k ap travay li pi wo pase sans oditif la, kidonk elimine bri ki te koze pa Vibration nan po a diri.
Katriyèmman, mal la ki te koze pa pouvwa aparèy elektwonik ak mezi
Faz-kontwole redresman an ak enkontwolab redresman dyod nan aparèy elektwonik pouvwa lakòz deformation grav nan ond aktyèl la opinyon, ki pa sèlman anpil diminye faktè a pouvwa nan sistèm lan, men tou ki lakòz grav polisyon Harmony.
Anplis de sa, chanjman rapid yo nan vòltaj ak aktyèl nan kous la pyès ki nan konpitè fè aparèy yo elektwonik pouvwa pote gwo estrès elektrik, ak lakòz entèferans elektwomayetik grav (EM1) nan ekipman ki antoure elektrik ak vag radyo, ak sitiyasyon an ap vin pi mal. Anpil peyi te formul estanda nasyonal yo limite Harmony. Enstiti Entènasyonal Enjenyè Elektrik ak Elektwonik (IEEE), Komisyon Entènasyonal Electrotechnical (IEC) ak Konferans Entènasyonal sou Gwo Grilles (CIGRE) te lanse pwòp estanda Harmony yo. Gouvènman Chinwa a te tou formul règleman enpòtan pou limite harmonique.
(1) Mezi pou Harmony ak entèferans elektwomayetik
1. Repwesyon Harmonik
Yo nan lòd yo siprime Harmony yo ki te pwodwi pa aparèy pouvwa elektwonik, yon metòd se fè konpansasyon Harmony, se sa ki, yo mete kanpe yon aparèy konpansasyon Harmony fè aktyèl la opinyon yon vag sinis.
Aparèy la konpansasyon tradisyonèl Harmony sèvi ak yon IC branche filtre, sa ki ka konpanse tou de Harmony ak pouvwa reyaktif. Dezavantaj la se ke karakteristik konpansasyon yo afekte pa enpedans nan kadriyaj la ak eta a opere, epi li fasil gen sonorite paralèl ak sistèm lan, ki mennen nan anplifikasyon Harmony, ak surcharj oswa menm boule filtre a LC. Anplis de sa, li ka sèlman konpanse Harmony yo nan yon frekans fiks, ak efè a se pa ideyal.
Aprè popilarizasyon ak aplikasyon aparèy elektwonik pouvwa yo, itilizasyon filtè pouvwa aktif pou konpansasyon Harmony vin yon direksyon enpòtan. Prensip la se yo detekte aktyèl la Harmony soti nan objè a konpansasyon, ak Lè sa a jenere yon konpansasyon aktyèl ak menm grandè ak polarite opoze kòm aktyèl la Harmony, se konsa ke aktyèl la kadriyaj sèlman gen eleman nan vag fondamantal. Sa a filtre ka swiv ak konpanse Harmony ki gen frekans ak anplitid chanje, ak karakteristik sa yo konpansasyon yo pa afekte pa enpedans la nan kadriyaj la.
Metòd prensipal konvètisè gwo kapasite pou diminye Harmonik se sèvi ak plizyè teknoloji: supèrpoze vag miltip kare pou elimine Harmony ki pi ba, kidonk jwenn yon vag etap fèmen nan sinis. Plis miltiplisite a, pi pre vag la se sinis, men pi konplèks estrikti sikwi a. Yo nan lòd yo reyalize Harmony ki ba ak faktè pouvwa segondè, konvètisè ti-kapasite jeneralman itilize redresman dyòd ak PWM koupe, souvan yo rele pouvwa faktè koreksyon (PEC). Sikwi tipik gen ladan kalite ranfòse, etap-desann kalite, Buck-ranfòse kalite ak sou sa.
2. Suppression entèferans elektwomayetik
Mezi pou rezoud EMI se simonte twòp ogmantasyon pousantaj aktyèl la di / dt ak vòltaj ogmantasyon pousantaj du / dt ki parèt lè aparèy la chanje vire sou yo ak sou. Koulye a, se atansyon a plis peye zewo oblije chanje aktyèl (ZCS) ak zewo oblije chanje vòltaj (ZVS). ) Awondisman. wout la se:
(1) Enduktans la konekte nan seri ak aparèy la oblije chanje, sa ki ka siprime di / dt la lè aparèy la oblije chanje, pou pa gen vòltaj ak aktyèl zòn sipèpoze sou aparèy la, epi redwi pèt la pou pi devan;
(2) kondansateur paralèl yo ki konekte nan aparèy la oblije chanje, lè aparèy la etenn, du / dt la inibit soti nan k ap monte, epi pa gen okenn vòltaj ak sipèpoze aktyèl zòn nan aparèy la, ki diminye pèt la oblije chanje;
(3) Dyod anti-paralèl yo konekte ak aparèy la. Pandan peryòd kondiksyon dyòd la, aparèy la chanje se nan yon zewo vòltaj ak zewo eta aktyèl la. Nan moman sa a, aparèy la kondwi vire sou oswa koupe reyalize ZVS ak aksyon ZCS.
Koulye a, teknoloji yo itilize pi souvan lojisyèl oblije chanje gen ladan pasyèl PWM sonorite ak sikwi snubber pèt.
(2) konpansasyon faktè pouvwa
Metòd la byen bonè se sèvi ak yon motè synchronous, ki se yon motè synchronous espesyalman itilize jenere pouvwa reyaktif. Li itilize sou-eksitasyon ak anba-eksitasyon respektivman emèt diferan kantite pouvwa kapasitif oswa enduktif reyaktif. Sepandan, paske li se yon machin wotasyon elektrik, bri a ak pèt yo gwo, operasyon an ak antretyen yo tou konplike, ak vitès la repons se ralanti. Se poutèt sa, nan anpil ka, li te kapab satisfè kondisyon ki nan konpansasyon vit pouvwa reyaktif.
Yon lòt metòd se sèvi ak yon aparèy estatik konpansasyon pouvwa reyaktif ak yon raktor satire. Li te gen avantaj ki genyen nan kalite estatik ak vitès repons vit, men paske nwayo li yo bezwen mayetize nan yon eta satire, pèt la ak bri yo gwo, e gen kèk pwoblèm espesyal nan sikwi ki pa lineyè, epi li pa ka ajiste nan faz pou konpanse pou dezekilib la nan chay la. Se poutèt sa, li echwe pou pou okipe endikap nan aparèy estatik konpansasyon var.
Avèk devlopman kontinyèl nan teknoloji elektwonik pouvwa, aparèy estatik konpansasyon var lè l sèvi avèk SCR, GTO ak IGBT yo te devlope pa franchi ak limit. Pami yo, dèlko var estatik la se pi siperyè a. Li te gen avantaj ki genyen nan vitès ajisteman vit ak ranje opere lajè, ak apre adopte miltip, milti-nivo oswa teknik PWM, li ka anpil diminye kontni an Harmony nan aktyèl la konpansasyon. Pi enpòtan, raktor la ak eleman kapasitif yo itilize nan dèlko a var estatik yo piti, ki anpil diminye gwosè a ak pri nan aparèy la. Dèlko estatik pouvwa reyaktif la reprezante direksyon devlopman nan aparèy konpansasyon dinamik pouvwa reyaktif.
Senk, konklizyon remak
Nou kwè ke teknoloji elektwonik pouvwa yo ap vin youn nan teknoloji yo gwo poto enpòtan nan 21yèm syèk la. Teknoloji konvèsyon frekans okipe yon pozisyon enpòtan nan jaden teknoloji elektwonik pouvwa a. Nan dènye ane yo, devlopman nan jaden regilasyon vitès frekans vòltaj mwayen konvèsyon ak traction elektrik te atire atansyon. Avèk entegrasyon ekonomi mondyal la ak asansyon peyi mwen an nan Organizationganizasyon Komès Mondyal la, elektwonik pouvwa peyi mwen an ak endistri konvèsyon frekans teknoloji yo ap gen opòtinite devlopman san parèy.