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交流驱动技术  

2010-02-05 15:35:57|  分类: Drive |  标签: |举报 |字号 订阅

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驱动技术依赖于三门学科:

* 电力电子技术

* 微处理技术

* 自动控制理论

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1. 电力电子技术对驱动产品的影响

低压变频器产品的发展已经十分成熟,LV IGBT已经得到广泛应用,也在实践中证明了它的可靠性。目前,LV IGBT仍然是低压变频器的主流。

但中高压变频器产品受电力电子技术制约很大,大功率的器件不好做,耐高压的器件不好做,耐大电流的器件也不好做。现在市场上大功率的电力电子器件是存在的,但价格较高,技术也被垄断。比如高压IGCT器件技术只掌握在ABB等几个供应商手中。

IGBT在高压变频器中应用受到了限制,这是由IGBT的先天条件决定的,它的耐压和过流能力都不及IGCT。目前市场上成熟应用的IGBT只在中压变频器中出现。西门子的SINAMICS GM150和SM150是HV IGBT的典型代表。

由于大功率电子器件价格高和技术壁垒的原理,中高压变频器转而在内部结构上做了很多研究。中压罗宾康Robicon变频器就是其中一种,不采用价格昂贵的HV IGBT(其实是中压的),而使用LV IGBT作为功率器件,用多电平串联的方式提升输出电压,这大大降低了成本,另一方面也给控制器带来了新的挑战。这种变频器内部结构的转变,相当于是用微处理技术的进步来弥补电力电子器件的不足。

总而言之,中高压电力电子器件的研究和应用对驱动技术的进步具有十分重要的意义!

2. 微处理技术对驱动产品的影响

有一条著名的摩尔定律:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,而价格不变。

变频器的控制离不开微处理器,微处理技术的进步也扩展了变频器的功能。

对于低压变频器来讲,由于电力电子技术的成熟,很难在功能上再有突破。但微处理技术的进步,却为变频器的更新换代打开了一扇新的大门。以即将退出历史舞台的MasterDrives 6SE70为例,CUVC在中国创造一个又一个神话,不懂CUVC,就别说你是搞传动的!但CUVC毕竟是15年前的产品,也就相当于电脑中的X86的水平。运算速度和处理能力都受到限制,比如它的自由功能块是有数量限制的,相应的功能也受到了限制。

现在西门子推出的SINAMICS系列变频器,使用CU240,CU305,CU310,CU320等作为控制器,其中CU320是十分强劲的一款处理器。从数据处理能力上,使用CF卡存储程序,使用DCC可以无限制调用功能块,完全打破了CUVC中对自由功能块数量的限制;可以与AOP30进行数据通讯,完全汉化的操作面板实时显示状态数据;可以通过TM31,TM15等扩展IO数目,跟PLC的功能类似。从通讯能力上,自带DP通讯口(无需通讯模板),驱动系统内通过Drive_CliQ连接,方便实用。

从CUVC到CU320可以说是一个时代的进步。随着微处理技术的进步,驱动技术也会与时俱进,向着高速的数据处理、灵活的通讯能力、方便用户操作的方向大作文章。

3. 自动控制理论对驱动技术的影响

自动控制理论有着广泛的研究对象,驱动技术是它的应用方向之一。

我们知道,有了电力电子器件,有了控制器,变频器还是不能工作。如何控制,才能让电机运行的速度范围广、精度高?最简单明了的方法,就是VVVF控制,这是基于数学推导得到的结果。在80年代以前,这是最广泛最成功的调速方式。但纯粹的VVVF控制并不能满足日益提高的工艺要求,后人在VVVF的基础上做了很多改进,但在对控制精度要求更高的轧钢、造纸、印刷等行业中,VVVF还是很难满足工艺要求。这些行业曾经是直流传动的天下。

直到出现两个重大发现,终于打破了直流驱动对高精度控制行业垄断。上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。1985年德国鲁尔大学的狄普布洛克(M.Depenbrock)教授首先提出了基于六边形乃至圆形磁链轨迹的直接转矩控制理论,他称为Direct self-control——DSC。这就是我们现在熟知的VC和DTC,这两种控制方式已经成为目前工业传动的主力军。

自动控制理论中,驱动技术的研究仍然在如火如荼的进行当中,自适应控制、智能控制理论等先进控制方法,必毕成为驱动技术的发展方向。

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