主頁 > 技術文章（zhāng） > 談電（diàn）力係統中（zhōng）的電氣（qì）自動化（huà）技（jì）術 2024-10-17

談電力係統中的電氣自（zì）動化技術

隨著電力電子技術、微電子技術溝（gōu）迅猛發展（zhǎn）,原有的電力傳動(電（diàn）子拖動)控製的概念已經不能充（chōng）分概抓現代生產電氣自動化係流中（zhōng）承（chéng）擔第一線任務（wù）的（de）全部控製設備。而且,電力拖動（dòng）控製已經走出工廠,在交通、農場、辦公室以及家用電器等領（lǐng）域獲得了廣泛運用。它的研究對象已經發展為運動控製係統,下麵僅對有關電氣自動化技術的新發展作一（yī）些介（jiè）紹。
    1、全控（kòng）型電力電子開關逐步（bù）取代半控型晶閘管
    5O年代（dài）末出現的晶閘管標誌著運動控（kòng）製的（de）新紀（jì）元（yuán）。它是第一代電子電力器件,在我國至今（jīn）仍廣泛用（yòng）於直流和交流傳動控製係統。隨著交流（liú）變頻技術（shù）的興起,相繼（jì）出現了全控（kòng）式器件—— GTR、GTO、P—MOSEFT等。這是第二（èr）代電力電子器（qì）件。由於目前（qián）所能生產的電流/電壓定額和開關時間的不同,各種器件各有其應用範圍。
    GTR的二（èr）次擊穿現象（xiàng）以及其安全工作區受各項參數影響而變化和（hé）熱容量小、過流能力低等問題,使得人們把主要精（jīng）力放在根據不同的（de）特性設計出合（hé）適的保（bǎo）護電路和驅動電路上,這也使（shǐ）得電路比較複雜,難以掌握。
    GT0是一種用門（mén）極可關（guān）斷（duàn）的高壓器件, 它的主（zhǔ）要缺點（diǎn）是關斷增益低,一般為4~5,這就需要一個十分龐大的關斷驅動（dòng）電路,且它的（de）通態壓降比普通晶閘管高,約為2~4.5V,開通di/dt和關斷dv/dt也是（shì）限製GTO推廣運（yùn）用的（de）另（lìng）一原因,前者約為500A/u s,後者約為500V/u s,這就需（xū）要一個龐大的吸收電路。
    由於GTR、GT0 等雙極性全控性器件必須要有較大的控製（zhì）電流,因而使門極控製（zhì）電路非常龐大,從而促進廠新一代具有高輸入（rù）阻抗的M0S結構電力半（bàn）導體（tǐ）器件的一（yī）切。功率MOSFET是（shì）一種電壓驅動器件,基本上不要求穩定的驅（qū）動電流,驅（qū）動電路隻（zhī）需要在器件開通時提供容性充電電流,而關斷時提供放電電流即可,因此驅（qū）動電路很簡單。它的開關時（shí）間很快,安全工作區十分穩定,但是P—MOSFET的通（tōng）態電壓降隨著額定電壓的增加而成倍（bèi）增大,這就給製造高壓P—MOSFET造成了很大困難。
    IGBT是P—MOSFET工藝技術基（jī）礎上的產物, 它兼有MOSFET高輸入阻抗、高速特性（xìng）和GTR大電流（liú）密度特性的混合器（qì）件。其開關速度比P—MOSFET低,但比GTR快其（qí）通態電壓降與GTR相擬約為1.5~3.5V,比P—MOSFET小得多,其關斷存儲時間和電流I、降時間為別為O.2~O.4 u s和O.2~1.5 s,因而有較高的工作頻率,它具有（yǒu）寬而穩定的安個工作（zuò）區,較（jiào）高的效率,驅動電路簡單等優點。
    M0S控製晶閘管（guǎn）(MCT)是一種在它的單胞內（nèi）集成了（le）MOSFET的品閘管,利用M0S門來（lái）控（kòng）製品閘管的開（kāi）通和關斷,具有晶閘管的低通態電壓降,但其工作電流密度遠高IGBT和GTR,在理論上（shàng）可製成幾（jǐ）千（qiān）伏的阻（zǔ）斷電壓和幾十千赫的開關頻率（lǜ）,且其關斷（duàn）增益極高。
    lGBT和MGT這（zhè）一類複合型電（diàn）力電子器件（jiàn）可以稱為第三代器件。在器件的複合化的同時,模塊即把變換器的雙臂、半橋乃至全橋組（zǔ）合在一起大（dà）規模生產的器件也已進入實用。在模塊化和複合化思路的基礎（chǔ）上,其發展便是功率集成電路PIC(Power, Integrated Circute),在PIC中,不僅主回路的器件,而月驅動電路、過壓過（guò）流保護、電流檢測甚至溫度自動控製等作（zuò）用都集成到一起（qǐ）,形（xíng）成一個整體（tǐ）,這可以算作第四代電力電子器件。
    2、變換器（qì）電路從低頻向高（gāo）頻方向發展：
    隨著（zhe）電力電子器件的更新,由它組成的變換器電路也必然要換代。應（yīng）用普通（tōng）晶閘管時,直流傳功的變換器主要（yào）是相控整流（liú）,而交流變頻動則是交一直一交變（biàn）頻器。當電力電子器件（jiàn）人第二代後,更多早采用PW M 變換器了、采用PW M 方式後,提（tí）高了功率因數,減少（shǎo）了高次諧波（bō）對電網的影響,解決了電動機在低（dī）頻區的轉矩脈動問題。
    但是PW M 逆變器中的電壓、電流的諧波分量產生的（de）轉矩脈動作用在（zài）定轉子（zǐ）上,使電機繞組產生振動而發出噪聲。為了解決這個問（wèn）題,一種方法是提高（gāo）開關頻率,使之超過人耳能感受的範圍,但是電力電子器件在高電壓大電（diàn）流的情況下導通或關斷,開關損耗很大。開關（guān）損耗的存在限製了逆（nì）變器工作頻率的提高。
    3、交流調速控製理論日漸成（chéng）熟：
    矢量控製（zhì）的基本思想是仿照直流電動機的控（kòng）製方式（shì）,把（bǎ）定子電流的磁場分量和轉矩分量解（jiě）禍開來,分別加以控（kòng）製。這種解藕,實際上是把異（yì）步電動機的物理模型設法等效地變換成類似於直流電動機的模（mó）式,這種等效變換是借助於（yú）坐標變換完成的。它需要檢測轉子磁鏈的方向,且其性能易受轉子參數,特（tè）別是轉子回路（lù）時間常數的影響。加（jiā）上矢量旋（xuán）轉變換（huàn）的複雜性,使得實際的控製效果難於達（dá）到分析的結果。
    大致來（lái）說,直接轉矩控製,用空間矢量的分析方法,直接（jiē）在定子坐標係（xì）下分析計算（suàn）與控製電流電動機的轉矩。采用定子磁場定向,借助於離散的兩（liǎng）點式（shì）調節（jiē）(Band—Band控製（zhì）)產生PwM 信號,直接對逆變（biàn）器的開關狀態（tài）進行最佳（jiā）控製,以獲得轉矩的高動（dòng）態性能。
    4、通用變頻器開始大量投入實用：
    一般把係列化、批員化（huà）、占市場量最大的中（zhōng）小功率（lǜ）如400KVA以下的變頻器稱為通（tōng）用變頻（pín）器。從產品來看,第一代是普通功能型U/F控製（zhì）型（xíng）,多彩用16位CPU,第二代為高功（gōng）能型U/F型,采用32位DSP,或雙16位CPU進行控製,采用了磁通補償器、轉差補償器和電流限製拄製器. 具有挖（wā）上機和（hé）“無跳（tiào）閘”能力,也稱為“無跳閘變頻器”。這類變頻器目（mù）前占市場份額最（zuì）大、第三代為高動態性能矢量控製型（xíng）。
    5、單片機、集成電路及工（gōng）業自動（dòng）化控製計算機的發展：
    以MCS一51代表的8位機雖然（rán）仍占主導地位但功能簡單,指令集短小,可靠性高,保密性高,適於大批（pī）量生產的PIC係（xì）列（liè）單片機及GM$97C(二係列單片機等正在推廣,而且單片機的應用（yòng）範圍已開（kāi）始擴展至智能儀器儀表或不太複雜的工業（yè）控製場合以充分（fèn）發揮單（dān）片機的優勢另外,單片機（jī）的開發手段也更加豐富,除用匯編語言外,更多地是采用（yòng）模塊化（huà）的C語言、PL/M 語言。
    6、結束語：
隨著電力電子技術、微電子技術迅（xùn）猛發展,原有的電力傳動(電子拖動)控製（zhì）的概（gài）念已經不能充分概抓現代生產自動化係流中承擔第一線任（rèn）務的全部控製設備。而且,電（diàn）力拖動控製已經走出工廠,在（zài）交通、農場、辦公室以（yǐ）及家用電器等領域獲得了廣泛運用。它的研究對象已（yǐ）經發展為（wéi）運動控製係統,僅對有關電氣自動化技術的新發展（zhǎn）作一些介紹（shào）。

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