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淺析基于我國電力電子與電力傳動系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r分析
論文關(guān)鍵詞 電力工程 電力電子 電力傳動系統(tǒng)論文摘要 在人類所利用的能源當(dāng)中,電能是最清潔最方便的;電氣傳動無疑有著很大的意義,隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展,電氣傳動技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。本文在對大量國內(nèi)外文獻(xiàn)分析的基礎(chǔ)上,總結(jié)和論述了我國在電力電子和電力傳動系統(tǒng)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。
從學(xué)術(shù)的角度來看,電力電子技術(shù)的主要任務(wù)是研究電力電子器件(功率半導(dǎo)體)設(shè)備,轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),控制和電力電子應(yīng)用,實現(xiàn)電力和磁場的能量轉(zhuǎn)換、控制、傳輸和存儲,以便實現(xiàn)合理和有效使用的各種形式的能源,高品質(zhì)的人力的電力和磁場的能量。
1 電力電子的研究方向
就目前情況而言,我國電力電子的研究范圍與研究內(nèi)容主要包括:1)電力電子元器件及功率集成電路;2)電力電子變換器技術(shù)的研究主要包括新的或電力能源的節(jié)約和新能源電力電子,軍事和空間應(yīng)用等作為特殊的電力電子轉(zhuǎn)換器技術(shù)的智能電力電子變換器技術(shù),控制電力電子系統(tǒng)和計算機(jī)仿真建模;3)電力電子技術(shù)的應(yīng)用,其研究內(nèi)容包括超高功率轉(zhuǎn)換器,在能源效率,可再生能源發(fā)電,鋼鐵,冶金,電力,電力牽引,船舶推進(jìn)應(yīng)用,電力電子系統(tǒng)的信息化和網(wǎng)絡(luò);電力電子系統(tǒng)的故障分析和可靠性;復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性;4)電力電子系統(tǒng)集成,其研究內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)化電力電子模塊;單芯片和多芯片系統(tǒng)設(shè)計,集成電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2 我國電力電子發(fā)展中存在的問題
當(dāng)前的主要問題是:中國的電力電子產(chǎn)品和設(shè)備目前生產(chǎn)的大部分是也主要是晶閘管,雖然它可以創(chuàng)造一些高科技電子產(chǎn)品和電氣設(shè)備,但他們都使用電力電子外國生產(chǎn)設(shè)備和多組分組裝集成的制造方法,尤其是先進(jìn)的全控型電力電子器件全部依賴進(jìn)口,而許多關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)和國家安全,在一些關(guān)鍵領(lǐng)域的核心技術(shù),軟件,硬件和關(guān)鍵設(shè)備,我國的外資控制和封鎖。特別是在關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和國家安全,更多先進(jìn)水平的核心技術(shù)差距的關(guān)鍵領(lǐng)域,這種情況正在迅速變化的挑戰(zhàn)和我們的道德律令。
在過去,雖然我國國民經(jīng)濟(jì)的各個部門,先后引進(jìn)了國外先進(jìn)技術(shù),已開始注意到國內(nèi)突出的問題,從表面上看,雖然對引進(jìn)技術(shù)的絕大多數(shù)可以在幾年后達(dá)到國產(chǎn)化率70%的要求,但只要仔細(xì)分析,不難發(fā)現(xiàn),并最終拒絕外國公司轉(zhuǎn)讓技術(shù)和關(guān)鍵部件,都涉及到高科技的電力電子技術(shù)和動力傳動產(chǎn)品在核心技術(shù)。
目前國外和問題的主要區(qū)別是:電力電子器件的全面控制,不能制造國內(nèi)制造的高功率轉(zhuǎn)換器,低技術(shù),設(shè)備可靠性差,電力電子數(shù)字控制技術(shù)水平仍處于初級階段;應(yīng)用程序的控制技術(shù)和系統(tǒng)控制軟件的水平較低;缺乏經(jīng)驗的重大項目等。高性能高功率轉(zhuǎn)換器設(shè)備幾乎全部從國外進(jìn)口。
3 電力傳動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀分析
目前我國電力傳動系統(tǒng)的研究主要圍繞交流轉(zhuǎn)動系統(tǒng)展開,隨著交流電動機(jī)調(diào)速理論的突破和調(diào)速裝置(主要是變頻器)性能的完善,電動機(jī)的調(diào)速從直流發(fā)電機(jī)-電動機(jī)組調(diào)速、晶閘管可控整流器,直流調(diào)壓調(diào)速逐步發(fā)展到交流電動機(jī)變頻調(diào)速。交流傳動系統(tǒng)之所以發(fā)展得如此迅速,和一些關(guān)鍵性技術(shù)的突破性進(jìn)展有關(guān)。它們是功率半導(dǎo)體器件(包括半控型和全控型)的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力變換技術(shù)、交流電動機(jī)控制技術(shù)以及微型計算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)。為了進(jìn)一步提高交流傳動系統(tǒng)的性能,國內(nèi)有關(guān)研究工作正圍繞以下幾個方面展開: 1)輸入電流為正弦和四象限運行開辟了新的途徑
高性能交流驅(qū)動系統(tǒng)電壓型PWM逆變器中的應(yīng)用日益廣泛,PWM技術(shù)的研究更深入。 PWM功率半導(dǎo)體器件采用高頻開啟和關(guān)閉,成為一個在一定寬度的電壓脈沖序列法律的變化,為了實現(xiàn)頻率,變壓器,有效地控制和消除諧波的直流電壓。 PWM技術(shù)可分為三類:正弦PWM,優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。正弦PWM的電壓,電流和磁通正弦PWM計劃的目標(biāo)包括。正弦PWM普遍提高功率器件的開關(guān)頻率將是一個非常出色的表現(xiàn),在中小功率交流驅(qū)動系統(tǒng)等被廣泛使用。但為大容量的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備,高開關(guān)頻率將導(dǎo)致大的開關(guān)損失,以及高功率設(shè)備,如GTO的開關(guān)頻率仍不做的非常高的在這種情況下,在最佳的PWM技術(shù)只是滿足的需求該設(shè)備。
2)應(yīng)用矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論
交流電機(jī)交流驅(qū)動系統(tǒng)是一個多變量、非線性、強(qiáng)耦合、時變控制對象,變頻調(diào)速控制,電機(jī)控制的穩(wěn)定狀態(tài)方程的研究動態(tài)控制非常令人滿意的結(jié)果的特點。 70年代初提出研究交流電機(jī)的控制過程的動態(tài),不僅要控制每個變量的振幅,而控制的階段,為了實現(xiàn)交流電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦矢量變換方法,促使高性能交流驅(qū)動系統(tǒng)逐漸向?qū)嶋H使用。高動態(tài)性能的電流矢量控制變頻器已成功應(yīng)用于軋機(jī)主傳動,電力牽引系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床。此外,為了解決系統(tǒng)的復(fù)雜性和控制精度之間的矛盾,但也提出一個新的控制方法,如直接轉(zhuǎn)矩控制,方向控制電壓,特別是與微處理器控制技術(shù),現(xiàn)代控制理論在各種控制方法也得到了應(yīng)用,如二次型性能指標(biāo)最優(yōu)控制和雙位模擬調(diào)節(jié)器控制,可以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能,滑(滑模)變結(jié)構(gòu)控制可以提高系統(tǒng)的魯棒性,狀態(tài)觀測器和卡爾曼濾波器可以得到狀態(tài)信息不能測量,自適應(yīng)控制能夠全面提高系統(tǒng)的性能。此外,智能控制技術(shù),如模糊控制,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,也開始在交流變頻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)用于提高控制精度和魯棒性。
3)廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到很大提高,這使得全數(shù)字化控制系統(tǒng)取代以前的模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。目前適于交流傳動系統(tǒng)的微處理器有單片機(jī)、數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor——DSP)、專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit——ASIC)等。其中,高性能的計算機(jī)結(jié)構(gòu)形式采用超高速緩沖儲存器、多總線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu)等。核心控制算法的實時完成、功率器件驅(qū)動信號的產(chǎn)生以及系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)功能都可以通過微處理器實現(xiàn),為交流傳動系統(tǒng)的控制提供很大的靈活性,且控制器的硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高,成本低,使得微處理器組成的全數(shù)字化控制系統(tǒng)達(dá)到了較高的性能價格比。
4 結(jié)論
雖然我國電力電子與電力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)技術(shù)得到了長足的發(fā)展,但與發(fā)達(dá)國家相比仍然存在較大差距,許多關(guān)鍵技術(shù)有待突破,關(guān)鍵部件還長期依賴進(jìn)口的局面還沒有打破。
參考文獻(xiàn)
[1]孔秋林.電力傳動系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].機(jī)械論壇,2008(2):12-13.
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