Са брзим развојем енергетске електронике и рачунарске технологије, регулација брзине наизменичне струје постала је тренд развоја који замењује регулацију брзине једносмерне струје. Регулација брзине конверзије фреквенције препозната је као најперспективнија метода регулације брзине у земљи и иностранству због одличне регулације брзине и перформанси старта и кочења. Технологија претворбе фреквенције је основна технологија регулације брзине наизменичне струје, енергетска електроника и рачунарска технологија су срж технологије претворбе фреквенције, а енергетски електронски уређаји су темељ технологије енергетске електронике. Технологија енергетске електронике је висока технологија која се убрзано развијала последњих година. Широко се користи у областима мехатронике, преноса мотора, ваздухопловства и тако даље. Сада је постала висока технологија за коју се државе такмиче. Стручњаци предвиђају да су у високо развијеном пољу аутоматског управљања у 21. веку рачунарска технологија и технологија енергетске електронике две најважније технологије.
1. Процес развоја енергетских електронских уређаја
Тиристори су изашли у Сједињеним Државама крајем педесетих година прошлог века, обележавајући рођење технологије енергетске електронике. Прва генерација електронских уређаја за напајање углавном је исправљач под контролом силицијума (СЦР), који је седамдесетих година био наведен као технологија за уштеду енергије и промовисан у целој земљи. Међутим, СЦР је полуконтролисани преклопни уређај који може само да контролише његово укључивање, али не и искључивање. Ограничен је у примени АЦ погона и напајања променљиве фреквенције. Моћни транзистори (ГТР), тиристори за гашење врата (ГТО), транзистори са ефектом МОС поља (ПоверМОСФЕТ), транзистори са изолованом капијом (ИГБТ), статички индукциони транзистори (СИТ) и статички индукциони тиристори (СИТХ), изумљени су сукцесивно након 1970-их итд. Њихова заједничка карактеристика је контрола њиховог спровођења и искључивања. Они су потпуно контролисани преклопни уређаји. Будући да није потребан претварачки круг, запремина и тежина су знатно смањени у поређењу са СЦР. Тренутно је ИГБТ постао главни уређај са својим одличним карактеристикама, а ГТО великог капацитета такође има одређену позицију.
Многе земље вредно раде на развоју уређаја великог капацитета, а 6000В ИГБТ уређаји произведени су у иностранству. ИЕГТ (ињектионенханцедгатетхиристор) је нова врста уређаја који комбинује предности ИГБТ и ГТО. Узорци од 1000А / 4500В су већ изашли. ИГЦТ (интегрисани гетеоммутирани тиристор) користи тампон слој и прозирни емитер на бази ГТО. Еквивалентан је тиристору када је укључен и транзистору када је искључен, чиме ефикасно координира контрадикцију између напона у стању и напона блокирања, а радна фреквенција може достићи неколико Килохерца [2] [3]. ]. Швајцарска компанија АББ лансирала је ИГЦТ до 4500-6000В, 3000-3500А. МЦТ се повукао због малог напретка, а развој ИГЦТ-а заузео је важну позицију у новом обрасцу енергетских електронских уређаја. У поређењу са развијеним земљама, моја земља има већи јаз у производњи уређаја него у примени. Нови погонски уређаји као што су ИГБТ модули структуре рововске капије, ИЕГТ, МОС тиристори, високонапонске исправљачке диоде галијум арсенида, силицијум карбид (СИЦ) и други нови енергетски уређаји имају најновија достигнућа у иностранству. Верује се да употреба нових полупроводничких материјала као што су ГаАс и СиЦ за израду уређаја за напајање како би се људи остварили у потрази за ГГ; идеални уређаји ГГ; биће главни тренд у развоју енергетских електронских уређаја у 21. веку.
Високо поуздани електроенергетски блокови снаге (ПЕББ) и интегрисани електронски модули снаге (ИПЕМ) нова су жаришта у недавном развоју енергетске електронске технологије у Сједињеним Државама. Оштра конкуренција између ГТО и ИГЦТ, ИГЦТ и високонапонског ИГБТ-а и других нових енергетских електронских уређаја сигурно ће донети више могућности и изазова развоју нових енергетских електронских технологија и технологија претворбе фреквенције у 21. веку.
2. Процес развоја технологије претварања фреквенције
Технологија претварања фреквенције рођена је као одговор на потребу за поступном регулацијом брзине мотора наизменичне струје. Обнова енергетске електронике промовише претварање енергије
Стални развој технологије. У почетку је технологија конверзије фреквенције била ограничена на конверзију фреквенције, а не на променљиви напон. Од 1970-их, истраживање регулације брзине променљиве напона са модулацијом ширине импулса (ПВМ-ВВВФ) привукло је пажњу људи ГГ # 39; Осамдесетих година прошлог века проблем оптимизације режима ПВМ као језгра технологије претворбе фреквенција привукао је велико интересовање људи ГГ # 39; и добијени су многи начини оптимизације, као што су: метода уздужног дељења модулационог таласа, ПВМ технологија фазног носача, фаза -премештена ПВМ технологија носача, модулација носача симултано ПВМ технологија фазног померања итд.
Управљање претварачем ВВВФ је релативно једноставно, а његова механичка својства су такође добра. Може да удовољи захтевима регулације глатке брзине општег мењача и широко се користи у разним областима индустрије. Међутим, када је овај метод управљања на ниској фреквенцији, јер је излазни напон мали, утицај пада напона отпора статора је значајнији, па је максимални излазни обртни моменат смањен.
Метода регулације брзине претворбе фреквенције векторске регулације је: наизменичне струје статора Иа, Иб и Иц асинхроног мотора у трофазном координатном систему трансформишу се у једносмерне струје Имл, Итл под синхроно обртним координатним системом кроз три- фазна до двофазна трансформација. , Затим имитирајте метод управљања једносмерним мотором, добијте контролну количину једносмерног мотора и остварите управљање асинхроним мотором кроз одговарајућу инверзну трансформацију координата.
Директна контрола обртног момента директно анализира математички модел мотора наизменичне струје у координатном систему статора и контролише флукс везу и обртни моменат мотора. Не треба трансформисати мотор наизменичне струје у еквивалентни мотор једносмерне струје, чиме се елиминишу многи компликовани прорачуни у трансформацији векторске ротације; не треба да имитира управљање једносмерним мотором, нити да поједностави математички модел мотора наизменичне струје за раздвајање.
ВВВФ претворба фреквенције, претворба фреквенције векторске контроле и претворба фреквенције директног обртног момента су све претворбе фреквенције АЦ-ДЦ-АЦ. Уобичајени недостатак је тај што је улазни фактор снаге низак, хармоничка струја велика, једносмерном колу потребан је велики кондензатор за складиштење енергије, а регенеративна енергија се не може вратити у мрежу, односно не може се извршити рад са четири квадранта . Из тог разлога је настала матрична конверзија АЦ-АЦ фреквенције.
3. Технологија конверзије фреквенције и кућни апарати
Седамдесетих година прошлог века, кућански уређаји су почели да се претварају у претворбу фреквенције, а електромагнетни уређаји за кување, уређаји за осветљење са претворбом фреквенције, микроталасне пећи са претворбом фреквенције, фрижидери са претворбом фреквенције, ИХ (индукционо грејање) пиринчане кифлице, машине за прање са претварањем фреквенције итд., појавили су се [4].
Крајем 20. века, кућански апарати ослањали су се на технологију за претварање фреквенције, чији је циљ углавном био висока функционалност и уштеда енергије.
Први је фрижидер. Будући да ради цео дан, компресор увек ради на малој брзини након усвајања хлађења са конверзијом фреквенције, што може у потпуности елиминисати буку изазвану покретањем компресора, а ефекат уштеде енергије је очигледнији. Друго, након што клима уређај користи претворбу фреквенције, радни опсег компресора се проширује, а контрола хлађења и грејања може се реализовати без рада компресора у испрекиданом стању, како би се смањила потрошња енергије и елиминисала нелагода узрокована температуром Промене. Последњих година, нови фрижидери са конверзијом фреквенције не само да су смањили потрошњу енергије и постигли тишину, већ су постигли брзо замрзавање коришћењем рада велике брзине.
У машини за прање рубља, раније се користила контрола променљиве фреквенције за постизање променљиве регулације брзине ради побољшања перформанси прања. Поред уштеде енергије и тишине, ново популарна машина за прање веша такође је увела нови контролни садржај како би се обезбедило меко прање одеће; електромагнетни штедњаци користе високофреквентне индукционе грејање. Грејање чини грејање лонца директно без врућег дела гасног и електричног грејања, тако да је не само сигурно, већ и у великој мери побољшава ефикасност грејања. Његова радна фреквенција је већа од слушног, чиме се елиминише бука изазвана вибрацијама посуде са пиринчем.
Четврто, штета коју проузрокују електронски уређаји и противмере
Фазно контролисано исправљање и неконтролисано исправљање диода у електронским уређајима узрокују озбиљна изобличења таласног облика улазне струје, што не само да у великој мери смањује фактор снаге система, већ узрокује и озбиљно хармонијско загађење.
Поред тога, брзе промене напона и струје у хардверском колу чине да енергетски електронски уређаји подносе велика електрична оптерећења и узрокују озбиљне електромагнетне сметње (ЕМ1) на околну електричну опрему и радио таласе, а ситуација се погоршава. Многе земље су формулисале националне стандарде за ограничавање хармоника. Међународни институт инжењера електротехнике и електронике (ИЕЕЕ), Међународна електротехничка комисија (ИЕЦ) и Међународна конференција о великим електроенергетским мрежама (ЦИГРЕ) лансирали су своје хармоничне стандарде. Кинеска влада је такође формулисала релевантне прописе за ограничавање хармоника.
(1) Противмере за хармонике и електромагнетне сметње
1. Хармонско сузбијање
У циљу сузбијања хармоника које генеришу енергетски електронски уређаји, један од метода је извођење хармоничке компензације, односно постављање уређаја за хармоничну компензацију како би улазна струја била синусни талас.
Традиционални уређај за компензацију хармоника користи ИЦ подешени филтер, који може компензовати и хармонике и реактивну снагу. Недостатак је у томе што на карактеристике компензације утичу импеданција мреже и радно стање, а лако је имати паралелну резонанцу са системом, што доводи до појачања хармонике, и преоптерећује или чак сагорева ЛЦ филтер. Поред тога, он може само да компензује хармонике фиксне фреквенције, а ефекат није идеалан.
Након популаризације и примене енергетских електронских уређаја, употреба филтера активне снаге за хармонијску компензацију постала је важан правац. Принцип је да се детектује хармонична струја из компензационог објекта, а затим генерише компензациона струја исте величине и супротног поларитета као хармоничка струја, тако да мрежна струја садржи само основну таласну компоненту. Овај филтер може пратити и компензовати хармонике чија се фреквенција и амплитуда мењају, а импеданса мреже не утиче на карактеристике компензације.
Главна метода претварача великог капацитета за смањење хармоника је употреба вишеструке технологије: налагање више квадратних таласа ради уклањања доњих хармоника, чиме се добија таласни талас близу синуса. Што је вишеструко вишеструко, таласни облик је ближи синусу, али сложенија је структура кола. Да би постигли ниске хармонике и висок фактор снаге, претварачи малог капацитета углавном користе исправљање диода и ПВМ сечење, често звано корекцију фактора снаге (ПЕЦ). Типични склопови укључују тип појачања, тип смањења, тип појачања и тако даље.
2. Сузбијање електромагнетних сметњи
Мера за решавање ЕМИ је превазилажење прекомерне брзине пораста струје ди / дт и брзине пораста напона ду / дт које се појављују када се укључи и искључи прекидачки уређај. Тренутно се више пажње посвећује пребацивању нулте струје (ЗЦС) и пребацивању нултог напона (ЗВС). ) Струјно коло. начин је:
(1) Индуктивност је повезана у серију са преклопним уређајем, који може потиснути ди / дт када је преклопни уређај укључен, тако да на уређају нема подручја преклапања напона и струје и смањити губитак напред;
(2) Паралелни кондензатори су повезани на преклопни уређај, када је уређај искључен, ду / дт је забрањено да расте, а на уређају нема подручја преклапања напона и струје, што смањује губитак при пребацивању;
(3) На уређај су повезане анти-паралелне диоде. Током периода провођења диоде, склопни уређај је у нултој напону и нултој струји. Тренутно се погонски уређај укључује или искључује да би се постигле ЗВС и ЗЦС радње.
Тренутно најчешће коришћене технологије пребацивања софтвера укључују делимично резонантни ПВМ и снубер склоп без губитака.
(2) Компензација фактора снаге
Рани метод је употреба синхроног мотора, који је синхрони мотор специјално коришћен за генерисање реактивне снаге. Користи прекомерно побуђивање и недовољно побуђивање за емитовање различитих количина капацитивне или индуктивне реактивне снаге. Међутим, јер је то ротирајућа електрична машина, бука и губици су велики, рад и одржавање су такође компликовани, а брзина одзива је спора. Због тога у многим случајевима није у стању да испуни захтеве брзе компензације јалове снаге.
Друга метода је употреба статичког уређаја за компензацију јалове снаге са засићеним реактором. Има предности статичког типа и брзе брзине одзива, али зато што његово језгро треба магнетизовати до засићеног стања, губици и бука су велики, а постоје и неки посебни проблеми нелинеарних кола и не може се прилагодити у фазу за надокнађивање неравнотеже терета. Због тога није успео да заузме главни ток статичких вар компензационих уређаја.
Сталним развојем технологије енергетске електронике, статички уређаји за компензацију вар-а који користе СЦР, ГТО и ИГБТ развијени су скоковима и границама. Међу њима је најнапреднији статички генератор вар. Има предности брзе брзине подешавања и широког опсега рада, а након усвајања вишеструких, вишестепених или ПВМ техника, може у великој мери смањити хармонијски садржај у компензационој струји. Што је још важније, реактор и капацитивне компоненте које се користе у статичком генератору вар су мале, што у великој мери смањује величину и трошкове уређаја. Генератор статичке јалове снаге представља смер развоја уређаја за динамичку компензацију јалове снаге.
Пет, завршне напомене
Верујемо да ће електронска технологија моћи постати један од најважнијих стубова у 21. веку. Технологија претварања фреквенција заузима важан положај у пољу технологије енергетске електронике. Последњих година пажњу привлачи развој на пољу регулације брзине претворбе фреквенције средњег напона и електричне вуче. Са интеграцијом глобалне економије и приступањем моје земље Светској трговинској организацији, индустрија електричне енергије и технологије претворбе фреквенција моје земље имаће невиђене развојне могућности.