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變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的
變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的
20世紀(jì)60年代后半期開始，電力電子器件從SCR（晶閘管）,、GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）,、BJT（雙極型功率晶體管）、MOSFET（金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管）,、SIT（靜電感應(yīng)晶體管）,、SITH（靜電感應(yīng)晶閘管）、MGT（MOS控制晶體管）,、MCT（MOS控制品閘管）發(fā)展到今天的IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）,、HVIGBT（耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管），器件的更新促使電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展,。20世紀(jì)70年代開始,，脈寬調(diào)制變壓變頻（PWM—VVVF）調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代,，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式,，其中以鞍形波PWM模式效果拔尖,。20世紀(jì)80年代后半期開始，美,、日,、德、英等發(fā)達(dá)國家的VVVF變頻器已投入市場(chǎng)并廣泛應(yīng)用,。
VVVF變頻器的控制相對(duì)簡(jiǎn)單,，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求,，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。但是，這種控制方式在低頻時(shí),，由于輸出電壓較小,，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小,。另外,，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速,。
矢量控制變頻調(diào)速的做法是：將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia,、Ib、Ic,、通過三相—二相變換,，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換,，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1,、It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流）,，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法,，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制,。
矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中,，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè),，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜,，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果,。
1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù),。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足,，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展,。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上,。
直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī),，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算,；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,。
VVVF變頻,、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種,。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低,，諧波電流大,，直流回路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng),，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行,。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生,。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié),，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容,。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l,，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大,。該技術(shù)目前雖尚未成熟,，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。