電氣自動(dòng)化在電力工程中幾點(diǎn)技術(shù)探討
作者：江蘇久益電力設(shè)備有限公司 來源：http://metcarbon.com 人氣：
1.全控型電力電子開關(guān)逐漸取代半控型晶閘管
50 年代末呈現(xiàn)的晶閘管標(biāo)志著運(yùn)動(dòng)控制的新紀(jì)元。它是第一代電子電力器件，在我國至今仍普遍用于直流和交傳播動(dòng)控制零碎。隨著交流變頻技術(shù)的衰亡，相繼呈現(xiàn)了全控式器件 ―CTR、GTO、P- MOSEFT等。這是第二代電力電子器件。由于目前所能消費(fèi)的電流/電壓定額和開關(guān)工夫的不同，各種器件各有其使用范圍。
GTR的二次擊穿景象以及其平安任務(wù)區(qū)受各項(xiàng)參數(shù)影響而變化和熱容量小、過流才能高等成績，使得人們把次要精神放在依據(jù)不同的特性設(shè)計(jì)出適宜的維護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路上，這也使得電路比擬復(fù)雜，難以掌握。
GTO是一種用門極可關(guān)斷的高壓器件，它的次要缺陷是關(guān)斷增益低，普通為 4～5，這就需求一個(gè)非常龐大的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路，且它的通態(tài)壓降比普通晶閘管高，約為 Zv～ 4.5v，守舊di/dt和關(guān)斷dv/dt也是限制 GTO推行運(yùn)用的另一緣由，前者約為500A/us，后者約為500V/us，這就需求一個(gè)龐大的吸收電路。
由于GIR、GTO等雙極性全控性器件必需要有較大的控制電流，因此使門極控制電路十分龐大，從而促進(jìn)廠新一代具有高輸人阻抗的 MOS構(gòu)造電力半導(dǎo)體器件的一切。功率MOSFET是一種電壓驅(qū)動(dòng)器件，根本上不要求波動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電路只需求在器件守舊時(shí)提供容性充電電流，而關(guān)斷時(shí)提供放電電流即可，因而驅(qū)動(dòng)電路很復(fù)雜。它的開關(guān)工夫很快，平安任務(wù)區(qū)非常波動(dòng)，但是P-MOSFET的通態(tài)電壓降隨著額外電壓的添加而成倍增大，這就給制造高壓P-MOSFET 形成了很大困難。
IGBT是P-MOSFET工藝技術(shù)根底上的產(chǎn)物，它兼有MOSFET高輸人阻抗、高速特性和GTR大電流密度特性的混合器件。其開關(guān)速度比 P-MOSFET低，但比GTR快；其通態(tài)電壓降與GTR相擬約為1.5 V～3.5v，比P-MOSFET小得多，其關(guān)斷存儲(chǔ)工夫和電流卜降工夫?yàn)閯e為0.2us一04us和0.2us～1.5us，因此有較高的任務(wù)頻率，它具有寬而波動(dòng)的安個(gè)任務(wù)區(qū)，較高的效率，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜等優(yōu)點(diǎn)。
MOS控制晶閘管（MCT）是一種在它的單胞內(nèi)集成了MOSFET的品閘管，應(yīng)用M OS 門來控制品閘管的守舊和關(guān)斷，具有晶閘管的低通態(tài)電壓降，但其任務(wù)電流密度遠(yuǎn)高 IGBT和 GTR，在實(shí)際上可制成幾千伏的阻斷電壓和幾十千赫的開關(guān)頻率，且其關(guān)斷增益極高。
IGBT和MGT這一類復(fù)合型電力電子器件可以稱為第三代器件。在器件的復(fù)合化的同時(shí)，模塊即把變換器的雙臂、半橋乃至全橋組合在一同大規(guī)模消費(fèi)的器件也已進(jìn)入適用。在 模塊化和復(fù)合化思緒的根底卜，其開展便是功率集成電路 PIC（Powerl， lntegratcd Cirrrrcute）， 在PIC，不只主回路的器件，而且驅(qū)動(dòng)電路、過壓過流維護(hù)、電流檢測甚至溫度自動(dòng)控制等作用都集成到一同，構(gòu)成一個(gè)全體，這可以算作第四代電力電子器件。
2.變換器電路從低頻向高頻方向開展
隨著電力電子器件的更新，由它組成的變換器電路也必定要換代。使用普通晶閘管時(shí)，直傳播功的變換器次要是相控整流，而交流變頻船動(dòng)則是交不斷一交變頻器。當(dāng)電力電子器件進(jìn)入第二代后，更多是采用PWM變換器了。采用PWM方式后，進(jìn)步了功率因數(shù)，增加 了高次諧波對(duì)電岡的影響，處理了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)成績。
但是PWM逆變器中的電壓、電流的諧波重量發(fā)生的轉(zhuǎn)矩脈舉措用在定轉(zhuǎn)子上，使電機(jī)繞組發(fā)生振動(dòng)而收回噪聲。為了處理這個(gè)成績，一種辦法是進(jìn)步開關(guān)頻率，使之超越人耳能感受的范圍，但是電力電子器件在高電壓大電流的狀況下導(dǎo)通或關(guān)斷，開關(guān)損耗很大。開關(guān)損耗的存在限制了逆變器任務(wù)頻率的進(jìn)步。
1986年美國威斯康星大學(xué)Divan教授提出諧振式直流環(huán)逆變器。傳統(tǒng)的逆變器是掛在波動(dòng)的直流母線上，電力電子器件是在高電壓下停止轉(zhuǎn)換的‘硬開關(guān)’，其開關(guān)損耗較大，限制了開關(guān)在頻率上的進(jìn)步。而諧奪式直流環(huán)逆變器是把逆變器掛在高頻振蕩過零的諧振路上，使電力電子器件在零電壓或零電流下轉(zhuǎn)換，即任務(wù)在所謂的‘軟開關(guān)’形態(tài)下，從而使開關(guān)損耗降低到零。這樣，可以使逆器尺寸增加，降低本錢，還能夠在較高功率上使逆變器集成化。因而，諧振式直流逆變器電路極有開展出路。 3.交流調(diào)速控制實(shí)際日漸成熟 1971年，德國學(xué)者 F，Blaschke宣布論文說明了交流電機(jī)磁場定向即矢量控制的原理，為交傳播動(dòng)高功能控制奠定了實(shí)際根底。矢量控制的根本思想是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，把定子電流的磁場重量和轉(zhuǎn)矩重量解耦開來，辨別加以控制。這種解耦，實(shí)踐上是把異步電動(dòng)機(jī)的物理模型設(shè)法等效地變換成相似于直流電動(dòng)機(jī)的形式，這種等效變換是借助于坐標(biāo)變換完成的。它需求檢測轉(zhuǎn)子磁鏈的方向，且其功能易受轉(zhuǎn)子參數(shù)，特別是轉(zhuǎn)子回路工夫常數(shù)的影響。加上矢量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)踐的控制效果難于到達(dá)剖析的后果。
4.通用變頻器開端少量投入適用
普通把系列化、批量化、占市場量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱為通用變頻器。從商品來看，第一代是普通功用型U/F 控制型，多采用16位CPU，第二代為高功用型U/F型，采用32位DSP或雙16位CPU停止控制，采用了磁通補(bǔ)償器、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器和電流限制拄制器.具有挖土機(jī)和“無跳閘”才能，也稱為“無跳閘變頻器”。這類變頻器！目前占市場份額最大。第三代為高靜態(tài)功能矢量控制型。它采用全數(shù)字控制，可經(jīng)過軟件完成參數(shù)自動(dòng)設(shè)定，完成變構(gòu)造控制和自順應(yīng)控制，可選擇U/F頻率開環(huán)控制、無速度傳感器矢量控制和有速度傳感器矢量控制，完成了閉環(huán)控制的自優(yōu)化。從技術(shù)開展看，雖然電力半導(dǎo)體器件有GTO、GTI、IGBT，但當(dāng)前兩種為主，尤以IGBT為開展趨向：變頻器的牢靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAs（ Reliabiliry，Availability，Serviceability）功用也由于采用單片機(jī)控制動(dòng)技術(shù)而得以進(jìn)步。
5.單片機(jī)、集成曳路及工業(yè)控荊計(jì)算機(jī)的開展
以MCS-51為代表達(dá)8位機(jī)雖然仍占主導(dǎo)位置，但功用復(fù)雜，指令集短小，牢靠性高，失密性高，適于大批量消費(fèi)的PIC系列單片機(jī)及CMS97C系列單片機(jī)等正在推行，而且單片機(jī)的使用范圍已開端擴(kuò)展至智能儀器儀表或不太復(fù)雜的工業(yè)控制場所以充沛發(fā)揚(yáng)單片機(jī)的劣勢另外，單片機(jī)的開發(fā)手腕也愈加豐厚，除用匯編言語外，更多地是采用模塊化的（-言語、PL/M言語。
在集成電路方面，需求重點(diǎn)闡明的是集成模仿乘法器和集成鎖相環(huán)路及集成時(shí)基電路在自動(dòng)控制零碎中運(yùn)用很廣。在電機(jī)控制方面，還有公用于發(fā)生PWM控制信號(hào)的HEF4752、TL494、SL E4520和 MA818等使用也相當(dāng)普遍。
眾所周知，電氣自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)今世界最活潑、最充溢活力、最富有開發(fā)前景的綜合性學(xué)科與眾多高新技術(shù)的分解。其使用范圍非常普遍，簡直浸透到國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，隨著我國科技技術(shù)的開展，電氣自動(dòng)化技術(shù)也隨之進(jìn)步。
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