電力自動化科技論文(2)
電力自動化科技論文篇二
試論電力電氣自動化元件技術
一、電力電氣化研究的重要意義
市場經濟的核心是市場，企業(yè)的生產是為了市場的需求而存在的。因此，只有提高企業(yè)的電力電氣自動化程度，才能滿足市場對產品的大需求，提高企業(yè)的市場份額。同時能夠保證產品的質量，減少設備的故障發(fā)生和產品次品的產生，提高生產的安全性。
通企業(yè)提高企業(yè)生產的電力電氣自動化，可以有效的提高工作的可靠性，提高運行的經濟性，保證產品質量，提高勞動生產率，改善生產勞動的條件。提高企業(yè)的電力電氣化程度，可以從改善電力電氣自動化元件的技術方面著手，這是一個最基本的手段。
二、主要的電力電氣自動化元件技術
目前電力電子技術、微電子技術溝迅猛發(fā)展，原有的電力傳動(電子拖動)控制的概念已經不能充分概抓現(xiàn)代生產自動化系流中承擔第一線任務的全部控制設備。它的研究對象已經發(fā)展為運動控制系統(tǒng)，下面僅對有關電氣自動化技術的新發(fā)展作一些介紹。
1、全控型電力電子開關逐步取代半控型晶閘管
20世紀50年代末出現(xiàn)的晶閘管標志著運動控制的新紀元。晶閘管是第一代電子電力器件，在我國，至今仍廣泛用于直流和交流傳動控制系統(tǒng)。由于目前所能生產的電流/電壓定額和開關時間的不同，各種器件各有其應用范圍。隨著交流變頻技術的興起，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)受各項參數(shù)影響而變化和熱容量小、過流能力低等問題，使得人們把主要精力放在根據(jù)不同的特性設計出合適的保護電路和驅動電路上，這也使得電路比較復雜，難以掌握。
GTO是一種用門極可關斷的高壓器件，它的主要缺點是關斷增益低，一般為4.5，這就需要一個十分龐大的關斷驅動電路。而且它的通態(tài)壓降比普通晶閘管高，約為2~4.5V，開通di/dt和關斷dv/dt
也是限制GTO推廣運用的另一原因，前者約為500A/μs，后者約為
500V/μs，這就需要一個龐大的吸收電路。
功率MOSFET是一種電壓驅動器件，基本上不要求穩(wěn)定的驅動電流，驅動電路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，因此驅動電路很簡單。IGBT是P-MOSFET工藝技術基礎上的產物，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。其開關速度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，其關斷存儲時間和電流下降時間分別為為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)定的安全個工作區(qū)，較高的效率，驅動電路簡單等優(yōu)點。
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)，減少了高次諧波對電網的影響，解決了電動機在低頻區(qū)的轉矩脈動問題。
由于PWM逆變器中的電壓、電流的諧波分量產生的轉矩脈動作用在定轉子上，使電機繞組產生振動而發(fā)出噪聲。開關損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。1986年美國威斯康星大學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行轉換的‘硬開關’，其開關損耗較大，限制了開關在頻率上的提高。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機的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉矩分量解耦開來，分別加以 控制。實際上就是把異步電動機的物理模型設法等效地變換成類似于直流電動機的模式，這種等效變換是借助于坐標變換完成的。
大致來說，直接轉矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下分析計算與控制電流電動機的轉矩。采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節(jié)(Band-Band控制)產生PwM信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉矩的高動態(tài)性能。它省掉了復雜的矢量變換與電動數(shù)學模型的簡化處理，大大減少了矢量控制中控制性能參數(shù)易受參數(shù)變化影響的問題。其控制思想新穎，控制結構簡單，控制手段直接，信號處理物理概念明確，轉矩響應迅速，限制在一拍之內，且無超調，是一種具有高靜動態(tài)性能的新型交流調速方法。
4、通用變頻器開始大量投入實用
一般把系列化、批員化、占市場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 發(fā)展看，電力半導體器件有GTO、GTR、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發(fā)展趨勢：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控制動技術而得以提高。
2.5單片機、集成電路及工業(yè)控制 計算機的發(fā)展
以MCS-51代表的8位機雖然仍占主導地位，但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產的PIC系列單片機及GMS97C。另外單片機的開發(fā)手段也更加豐富，除用匯編 語言外，更多地是采用模塊化的C語言、PL/M語言。
三、結論
全控型的電力電子開關已經逐漸取代了半控型的晶閘管，高頻的變換器得到發(fā)展，交流調速的控制理論日益成熟。這些技術的不斷提高，必將使得企業(yè)的生產更加自動化，快速化，安全化，現(xiàn)代化。
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