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變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望
（作者未知） 2008/3/26
（接上頁(yè)）從此為交流傳動(dòng)的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。
從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPWM信號(hào)以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線的PWM信號(hào)輸出，可以說(shuō)直到目前為止，PWM在各種應(yīng)用場(chǎng)合仍占主導(dǎo)地位,并一直是人們研究的熱點(diǎn)。
由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)，由此在交流傳動(dòng)乃至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)大致可以分為三類，正弦PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案，多重PWM也應(yīng)歸于此類），優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。正弦PWM已為人們所熟知，而旨在改善輸出電壓、電流波形，降低電源系統(tǒng)諧波的多重PWM技術(shù)在大功率變頻器中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)（如 ABB ACS1000系列和美國(guó)ROBICON公司的完美無(wú)諧波系列等）；而優(yōu)化PWM所追求的則是實(shí)現(xiàn)電流諧波畸變率（THD）最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)，及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小以及其它特定優(yōu)化目標(biāo)。
在70年代開始至80年代初，由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一般最高不超過(guò)5KHZ，電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波引起的振動(dòng)引起人們的關(guān)注。為求得改善，隨機(jī)PwM方法應(yīng)運(yùn)而生。其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲（在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的），盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱。正因?yàn)槿绱�，即使在IGBT已被廣泛應(yīng)用的今天，對(duì)于載波頻率必須限制在較低頻率的場(chǎng)合，隨機(jī)PWM仍然有其特殊的價(jià)值（DTC控制即為一例）；另一方面則告訴人們消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率，因?yàn)殡S機(jī)PWM技術(shù)提供了一個(gè)分析、解決問(wèn)題的全新思路。
在小功率交流調(diào)速方面，由于國(guó)外產(chǎn)品的規(guī)模效應(yīng)，使得國(guó)內(nèi)廠家在價(jià)格上、工藝上和技術(shù)上均無(wú)法與之抗衡。而在高壓大功率方面，國(guó)外公司又為我們留下了趕超的空間。首先，國(guó)外的電網(wǎng)電壓等級(jí)一般為3000V，而我國(guó)的電網(wǎng)電壓等級(jí)為6000V和10000V；其次，高壓大功率交流調(diào)速系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模的批量生產(chǎn)，而國(guó)外的勞動(dòng)力成本，特別是具有一定專業(yè)知識(shí)的勞動(dòng)力成本較高。
目前，研究較多的大功率逆變電路有：
（1）多電平電壓型逆變器
（2）變壓器耦合的多脈沖逆變器
（3）交交變頻器
（4）雙饋交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。
（1）多電平電壓型逆變器
日本長(zhǎng)岡科技大學(xué)的A.Nabae等人于1980年在IAS年會(huì)上首次提出三電平逆變器，又稱中點(diǎn)箝位式（Neutral Point Clamped）逆變器。它的出現(xiàn)為高壓大容量電壓型逆變器的研制開辟了一條新思路。
多電平電壓型逆變器與普通雙電平逆變器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 更適合大容量、高電壓的場(chǎng)合。
2.可產(chǎn)生M層梯形輸出電壓，對(duì)階梯波再作調(diào)制可以得到很好近似的正弦波，理論上提高電平數(shù)可接近純正弦波型、諧波含量很小。
3.電磁干擾（EMI）問(wèn)題大大減輕，因?yàn)殚_關(guān)元件一次動(dòng)作的dv/dt通常只有傳統(tǒng)雙電平的1/（M-1）。
4. 效率高，消除同樣諧波，雙電平采用PWM控制法開關(guān)頻率高、損耗大，而多電平逆變器可用較低頻率進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作、開關(guān)頻率低、損耗小，效率提高。
（2）變壓器耦合的多脈沖逆變器
變壓器耦合的多脈沖逆變器的三電平電路中，要獲得更多電平只須將每相所串聯(lián)的單元逆變橋數(shù)目同等增加即可。其優(yōu)點(diǎn)為：
1. 不存在電壓均衡問(wèn)題。無(wú)需箝位二極管或電容，適于調(diào)速控制；
2. 模塊化程度好，維修方便；
3. 對(duì)相同電平數(shù)而言，所需器件數(shù)目最少；
4. 無(wú)箝位二極管或電容的限制，可實(shí)現(xiàn)更多電平，上更高電壓，實(shí)現(xiàn)更低諧波；
5. 控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單，可分別對(duì)每一級(jí)進(jìn)行PWM控制，然后進(jìn)行波形重組。
當(dāng)然，這種結(jié)構(gòu)的不足之處在于需要很多隔離的直流電源，應(yīng)用受到一定限制。
（3）交交變頻器
交交變頻器采用晶閘管作為主功率器件，在軋機(jī)和礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)方面有很大的需求。晶閘管的最大優(yōu)點(diǎn)就是開關(guān)功率大（可達(dá)5000V/5000A），適合于大容量交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。同時(shí)，大功率晶閘管的生產(chǎn)和技術(shù)功能技術(shù)相當(dāng)成熟，通過(guò)與現(xiàn)代交流電機(jī)控制理論的數(shù)字化結(jié)合，將具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。但是交交變頻器也存在一些固有缺點(diǎn)：調(diào)速范圍小，當(dāng)電源為50Hz時(shí)，最大輸出頻率不超過(guò)20Hz；另一方面，功率因數(shù)低、諧波污染大，因此需要同時(shí)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理。
（4）雙饋交流變頻調(diào)速系統(tǒng)
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