變頻器發展趨勢分析論文

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論文關鍵詞：電磁輻射；電磁干擾

論文摘要：目前我們日常所使用的一些帶有或使用變頻器驅動系統的設備都會產生大量的高次諧波，這種嚴重的電磁輻射是我們平時用肉眼看不到的隱形殺手，無論是對我們的身體健康，還是對精密儀器的使用，它都有嚴重的危害性，而且影響深遠。

變頻器是運動控制系統中的功率變換器。目前的運動控制系統包含多種學科的技術領域，總的發展趨勢是驅

動的交流化、功率變換器的高頻化、控制的數字化、智能化和網絡化。因此，變頻器作為系統的重要功率變換部件，因提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發展。

變頻器的快速發展得益于電力電子技術、計算機技術和自動控制技術及電機控制理論的發展。變頻器的發展水平是由電力電子技術、電機控制方式以及自動化控制水平三個方面決定的。當前競爭的焦點在于高壓變頻器的研究開發生產方面。

隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而且廠家仍在不斷地提高可靠性，為實現變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。辨別變頻器性能的優劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響；二要看對電網的諧波污染和輸入功率因數；最后還要看本身的能量損耗（即效率）。這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述其發展趨勢：主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化；開關頻率不斷提高，開關損耗進一步降低。

在變頻器主電路的拓撲結構方面。變頻器的網側變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的轉動，為實現變頻器再生能量向電網回饋和節省能量，網側變流器應為可逆變流器，同時出現了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網側變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網的公害。

脈寬調制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調制控制、消除指定次數諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。

交流電動機變頻調整控制方法的進展主要體現在由標量控制向高動態性能的矢量控制與直接轉矩控制發展和開發無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統方面。微處理器的進步使數字控制成為現代控制器的發展方向。運動控制系統是快速系統，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實時處理大量信息。

近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數字信號處理器）為基礎的內核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內的稱為DSP單片電機控制器，價格大大降低、體積縮小、結構緊湊、使用便捷、可靠性提高。

在DSP出現之前數字信號處理只能依靠MPU（微處理器）來完成。但MPU較低的處理速度無法滿足高速實時的要求。隨著大規模集成電路技術的發展，1982年世界上首枚DSP芯片誕生了。這種DSP器件采用微米工藝NMOS技術制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比MPU快了幾十倍，尤其在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應用。DSP芯片的問世標志著DSP應用系統由大型系統向小型化邁進了一大步。隨著CMOS技術的進步與發展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術的基礎。80年代后期，第三代DSP芯片問世，運算速度進一步提高，其應用于范圍逐步擴大到通信、計算機領域。

90年代DSP發展最快，相繼出現了第四代和第五代DSP器件。現在的DSP屬于第五代產品，它與第四代相比，系統集成度更高，將DSP芯核及外圍組件綜合集成在單一芯片上。這種集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計算機領域大顯身手，而且逐漸滲透到人們日常消費領域，前景十分可觀。

DSP和普通的單片機相比，處理數字運算能力增強10—15倍，可確保系統有更優越的控制性能。數字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現復雜控制規律，使現代控制理論在運動控制系統中應用成為現實，易于與上層系統連接進行數據傳輸，便于故障診斷、加強保護和監視功能，使系統智能化。

交流同步電動機已成為交流可調轉動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機獲得無刷結構，功率因數高，效率也高，轉子轉速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調速系統有他控變頻和自控變頻兩大類，自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機”。傳統的自控變頻同步機調速系統有轉子位置傳感器，現正開發無轉子位置傳感器的系統。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。