電力自動(dòng)化科技論文(2)
電力自動(dòng)化科技論文篇二
試論電力電氣自動(dòng)化元件技術(shù)
一、電力電氣化研究的重要意義
市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的核心是市場(chǎng)，企業(yè)的生產(chǎn)是為了市場(chǎng)的需求而存在的。因此，只有提高企業(yè)的電力電氣自動(dòng)化程度，才能滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的大需求，提高企業(yè)的市場(chǎng)份額。同時(shí)能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，減少設(shè)備的故障發(fā)生和產(chǎn)品次品的產(chǎn)生，提高生產(chǎn)的安全性。
通企業(yè)提高企業(yè)生產(chǎn)的電力電氣自動(dòng)化，可以有效的提高工作的可靠性，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善生產(chǎn)勞動(dòng)的條件。提高企業(yè)的電力電氣化程度，可以從改善電力電氣自動(dòng)化元件的技術(shù)方面著手，這是一個(gè)最基本的手段。
二、主要的電力電氣自動(dòng)化元件技術(shù)
目前電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)溝迅猛發(fā)展，原有的電力傳動(dòng)(電子拖動(dòng))控制的概念已經(jīng)不能充分概抓現(xiàn)代生產(chǎn)自動(dòng)化系流中承擔(dān)第一線任務(wù)的全部控制設(shè)備。它的研究對(duì)象已經(jīng)發(fā)展為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，下面僅對(duì)有關(guān)電氣自動(dòng)化技術(shù)的新發(fā)展作一些介紹。
1、全控型電力電子開(kāi)關(guān)逐步取代半控型晶閘管
20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)的晶閘管標(biāo)志著運(yùn)動(dòng)控制的新紀(jì)元。晶閘管是第一代電子電力器件，在我國(guó)，至今仍廣泛用于直流和交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)。由于目前所能生產(chǎn)的電流/電壓定額和開(kāi)關(guān)時(shí)間的不同，各種器件各有其應(yīng)用范圍。隨著交流變頻技術(shù)的興起，全控式器件———GTR、GTO、P-MOSEFT等相繼出現(xiàn)了，這是第二代電力電子器件。
GTR的二次擊穿現(xiàn)象以及其安全工作區(qū)受各項(xiàng)參數(shù)影響而變化和熱容量小、過(guò)流能力低等問(wèn)題，使得人們把主要精力放在根據(jù)不同的特性設(shè)計(jì)出合適的保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路上，這也使得電路比較復(fù)雜，難以掌握。
GTO是一種用門極可關(guān)斷的高壓器件，它的主要缺點(diǎn)是關(guān)斷增益低，一般為4.5，這就需要一個(gè)十分龐大的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路。而且它的通態(tài)壓降比普通晶閘管高，約為2~4.5V，開(kāi)通di/dt和關(guān)斷dv/dt
也是限制GTO推廣運(yùn)用的另一原因，前者約為500A/μs，后者約為
500V/μs，這就需要一個(gè)龐大的吸收電路。
功率MOSFET是一種電壓驅(qū)動(dòng)器件，基本上不要求穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電路需要在器件開(kāi)通時(shí)提供容性充電電流，而關(guān)斷時(shí)提供放電電流即可，因此驅(qū)動(dòng)電路很簡(jiǎn)單。IGBT是P-MOSFET工藝技術(shù)基礎(chǔ)上的產(chǎn)物，它兼有MOSFET高輸入阻抗、高速特性和GTR大電流密度特性的混合器件。其開(kāi)關(guān)速度P-MOSFET低，但比GTR快;其通態(tài)電壓降與GTR相似約為1.5~3.5V，比P-MOSFET小得多，其關(guān)斷存儲(chǔ)時(shí)間和電流下降時(shí)間分別為為0.2~0.4μs和0.2~1.5μs，因而有較高的工作頻率，它具有寬而穩(wěn)定的安全個(gè)工作區(qū)，較高的效率，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
2、變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)展
電力電子器件的更新使得由它組成的變換器電路也相應(yīng)的更新?lián)Q代。電力電子器件的第二代，很多的是采用PWM變換器。采用PWM方式后，提高了功率因數(shù)，減少了高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題。
由于PWM逆變器中的電壓、電流的諧波分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)作用在定轉(zhuǎn)子上，使電機(jī)繞組產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出噪聲。開(kāi)關(guān)損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。1986年美國(guó)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)的逆變器是掛在穩(wěn)定的直流母線上，電力電子器件是在高電壓下進(jìn)行轉(zhuǎn)換的‘硬開(kāi)關(guān)’，其開(kāi)關(guān)損耗較大，限制了開(kāi)關(guān)在頻率上的提高。這樣，可以使逆器尺寸減少，降低成本，還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此，諧振式直流逆變器電路極有發(fā)展前途。
3、交流調(diào)速控制理論日漸成熟
矢量控制的基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(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量解耦開(kāi)來(lái)，分別加以 控制。實(shí)際上就是把異步電動(dòng)機(jī)的物理模型設(shè)法等效地變換成類似于直流電動(dòng)機(jī)的模式，這種等效變換是借助于坐標(biāo)變換完成的。
大致來(lái)說(shuō)，直接轉(zhuǎn)矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析計(jì)算與控制電流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)(Band-Band控制)產(chǎn)生PwM信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化處理，大大減少了矢量控制中控制性能參數(shù)易受參數(shù)變化影響的問(wèn)題。其控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)處理物理概念明確，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍之內(nèi)，且無(wú)超調(diào)，是一種具有高靜動(dòng)態(tài)性能的新型交流調(diào)速方法。
4、通用變頻器開(kāi)始大量投入實(shí)用
一般把系列化、批員化、占市場(chǎng)量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱為通用變頻器。從技術(shù) 發(fā)展看，電力半導(dǎo)體器件有GTO、GTR、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發(fā)展趨勢(shì)：支頻器的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAS功能也由于采用單片機(jī)控制動(dòng)技術(shù)而得以提高。
2.5單片機(jī)、集成電路及工業(yè)控制 計(jì)算機(jī)的發(fā)展
以MCS-51代表的8位機(jī)雖然仍占主導(dǎo)地位，但功能簡(jiǎn)單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)及GMS97C。另外單片機(jī)的開(kāi)發(fā)手段也更加豐富，除用匯編 語(yǔ)言外，更多地是采用模塊化的C語(yǔ)言、PL/M語(yǔ)言。
三、結(jié)論
全控型的電力電子開(kāi)關(guān)已經(jīng)逐漸取代了半控型的晶閘管，高頻的變換器得到發(fā)展，交流調(diào)速的控制理論日益成熟。這些技術(shù)的不斷提高，必將使得企業(yè)的生產(chǎn)更加自動(dòng)化，快速化，安全化，現(xiàn)代化。
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