变频器发展趋势研讨（精选六篇）
变频器发展趋势研讨 篇1
一、变频器的选择方法及注意事项
由于国产厂家制造变频器历史比较短, 技术积累相对较少, 所以变频器的正确选择对于控制系统的正常运行显得是非常关键的, 选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性和适用场合。
1. 变频器的选择方法。
通用变频器的选择包括变频器的型式选择和容量选择两个方面。其总的原则是首先保证可靠地实现工艺要求, 再尽可能节省资金。变频器类型的选择要根据负载的要求进行。对于风机、泵类等平方转矩, 低速下负载转矩较小, 通常可选择普通功能型的变频器。对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械采用具有转矩控制功能的高功能型变频器则是比较理想的。因为这种变频器低速转矩大, 静态机械特性硬度大, 不怕负载冲击, 具有挖土机特性。为了实现大调速比的恒转矩调速, 常采用加大变频器容量的办法。对于要求精度高、动态性能好、响应快的生产机械 (如造纸机械、轧钢机等) , 应采用矢量控制高功能型通用变频器。
大多数变频器容量可从三个角度表述:额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项, 变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出, 或随变频器输出电压而降低, 都很难确切表达变频器的能力。选择变频器时, 只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。需要着重指出的是, 确定变频器容量前应仔细了解设备的工艺情况及电动机参数, 例如潜水电泵、绕线转子电动机的额定电流要大于普通笼形异步电动机额定电流, 冶金工业常用的电动机不仅额定电流大很多, 同时它允许短时处于堵转工作状态, 且传动大多是多电动机传动。应保证在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电流。
2. 注意事项。
由于变频器的类型很多, 用户可以根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。在选择变频器时因注意以下几点注意事项:
(1) 单相电动机不适用变频器驱动。
(2) 选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据, 电机的额定功率只能作为参考。另外应充分考虑变频器的输出含有高次谐波, 会造成电动机的功率因数和效率都会变坏。因此, 用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较, 电动机的电流增加10%而温升增加约20%。所以在选择电动机和变频器时, 应考虑到这种情况, 适当留有裕量, 以防止温升过高, 影响电动机的使用寿命。
(3) 当变频器用于控制并联的几台电机时, 一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值, 要放大一档或两档来选择变频器。另外在此种情况下, 变频器的控制方式只能为V/F控制方式, 并且变频器无法保护电动机的过流、过载保护, 此时需在每台电动机上加熔断器来实现保护。
(4) 使用变频器驱动齿轮减速电动机时, 使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时, 在低速范围内没有限制;在超过额定转速以上的高速范围内, 有可能发生润滑油用光的危险。因此, 不要超过最高转速容许值。
(5) 选择变频器时, 一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。驱动防爆电动机时, 变频器没有防爆构造, 应将变频器设置在危险场所之外。
二、发展趋势
由于变频器在空调、电梯、冶金、机械等行业的广泛应用, 变频器的发展迅速。从空气动力研究用的变频控制器到潜艇船舶用的变频螺旋桨控制器。从风机水泵用的变频器到家用中央空调变频控制器。据机械信息研究院的统计, 2000年, 中国变频器市场容量接近30亿元。其中日本, 欧美品牌占据主导地位, 但国内生产商经过近几年的高速发展, 业已占领了很大一部分低端市场。目前变频器的国内电机配比率仍低于1%, 潜在市场巨大, 国内变频器市场在未来的5年~10年内仍将保持高速发展。电力电子技术的发展, 广阔的市场需求, 在城市无功补偿、城市电网稳压、有源滤波、直流输电系统、柔性输电系统、地铁与轻轨、电动汽车、风力发电、大功率储能……通过这场电力电子领域的革命来带动各行业的发展, 更方便地服务于社会, 使人类对电能的变换与控制进入一个随心所欲的新时代。
市场的需求, 变频器产业可能会像汽车产业一样成为主要产业, 成为国家工业支柱及命脉。然而这个市场并不是现成的, 需要人们去开发。目前, 大部分人甚至还没有认识到通过变频器技术到底可以实现些什么。因此我们需要不断开拓市场, 找出最需要这种技术的地方, 并适当地进行应用。预计未来将会出现很多由风险资金和企业家投资的企业来加入变频器产业的发展, 百家争鸣群雄争霸的局面将会继续, 但历史规律将会注定只有不断创新拥有核心技术的企业才能立于不败之地。
参考文献
[1]张宗桐:通用变频器技术的发展和展望.工控自动化文摘.上海, 2006
变频器的运用及其发展趋势论文 篇2
目前，我国的城市化进程不断的加快，对城区的改扩建工程不断的增加，城市的建设和拆迁基本上是在同步进行的，这就增加了很多不确定的因素，同时在建筑中多层建筑和高层建筑处于共存的状态，这二种不同的建筑结构对于供热的热水参数也有较大的差别，特别是出回水的压力及补水的压力，都需要满足不同的用户要求，否则会产生较大的矛盾。同时，近几年来很多城市存在着开发热，开发的面积越来越大，每年的供热面积都在增加，同时在开发的前几年因入住率达不到，所以供热面积都会处于一个较低的水平，这样就对供热设备提出了较高的要求，需要其具有较强的可调节性，在这种前提下，变频器起到了关键的作用。
随着科学技术的快速发展，各行各业都在发展过程中充分利用科学技术，有效的节约人力，使其工作实现智能化，这就需要在工作时接受模拟量的自动信号，这是传统的设备无法满足的，因此只有变频器技术可以有效的解决这一问题。近年来，随着社会的不断发展，国家和地方的法规也在不断的完善，目前对于所有新建的住宅楼在供热上都需要进行分户计量，这样住宅里的住户就可以随时关闭和调节自家的供热阀门，但相对于老住宅来说，对只能接受管网内的热水流量，无法进行调节，这样整个管网将处于一种失控的状态，严重影响系统的稳定性，在这种情况下，就需要智能系统的大量应用，从而实现供热系统的稳定性，变频器技术在这时就发挥了其最大的功能性。总之随着变频器技术的快速发展，不仅在供热系统，在各行各业都将得到广泛的应用。(本文作者：王庆国 单位：哈尔滨市直属房产经营公司通达分公司)
基于节能角度探讨变频空调发展趋势 篇3
【关键词】变频空调；节能控制；发展趋势
引言
对于我国空调发展中，不仅要提高空调性能水平，更重要的还是得降低空调能耗，从而达到节能的目的。以下就探讨在节能理念之下，变频空调在今后的发展趋势，并给出一些节能控制措施。
1、变频空调发展历程
世界第一台变频空调器是日本于1983年推出的，直到2007年，日本家用机市场中变频空调器已占据90%的生产量。我国是从20世纪90年代中期，才开始引进变频空调技术，变频空调的发展也渐渐被人们认可，“变频空调”与传统“定频空调”相比，可以快速制冷制热、更加节能、温度控制更加精确的优点，变频空调在我国内市场中的推广，不仅能促进国产空调的升级换代，同时也可有效降低空调能耗，具有良好的发展趋势。
2、采用节能变频空调的优势
变频空调技术与传统“定频空调”相比，不仅具有快速制冷、制热、节能、控制温度精确以及提高空调电压适应范围的优点，同时也为国家能源的可持续利用做出一定的贡献【2】。采用先进技术的变频空调，不仅在启动时电压较小，而且空调可在低电压以及低温条件下进行启动，不仅可以提高空调的使用范围，同时也可以有效的节约能源。依据变频技术、PWM脉宽调速控制技术以及矢量控制技术，提高变频空调的智能控制操作，不仅提高变频空调的制热速度，同时也满足消费者的节能需求。
3、分析变频空调今后的发展趋势
随着人们生活水平的提高，人们的节能意识也逐步提升，未来我国空调的预期消费中会有50%的人会选择健康节能的空调。基于当前我国的变频空调技术，对于其今后变频空调的发展中，更应该向着节能的角度出发，降低空调使用能耗。
3.1采用高效率变频压缩机
在现阶段我国空调设计中，应该降低空调能耗，转变传统空调设计理念，针对传统空调定速压缩机的应用，究其开发弊端，创新技术发展，应用变频压缩机，应用逆变器技术、微控制器技术、PWM的生成技术以及优选变频压缩机电机技术，能够有效避免空调使用中的频繁起停过程，从而实现节能减耗。在变频空调器中，采用变频技术，可以通过改变压缩机的输入电流频率，从而可以达到改变压缩机转速，以此来有效调节空调的制冷剂流量，从而改相应地，转变电能消耗【1】；达到节能减耗的目的。
3.2应用节能控制系统
在变频空调今后的发展中，将会使用数据采集与通讯手段实现对空调能耗系统的监测，对空调系统进行节能控制，通过网络进行实时耗能信息，完成对不同设备用电的分析比较，优化节能控制策略，可以实现远程故障报警，不仅降低变频空调使用过程中的故障发生，也可以有效提高对故障变频空调的维修积极性，降低因机器设备故障而造成的能源浪费【4】，从而达到节能减耗的目的。变频空调发展中，将会转向网络控制趋势，利用Internet接口以及电话线、光缆去传输控制信号，并且通过网络实时传输变频空调器信号，使人们能够及时了解到变频空调的运行状况，可以对机器故障及时维修，减少空调能耗，起到节能效果。并且通过网络化实现对变频空调的智能控制，实现网络开放机制，使人们可以通过选配网络控制器，就对变频空调实现远距离控制，优化变频空调使用方式，降低能源消耗。
3.3创新变频空调设计生产水平
在变频空调生产中，应该对空调生产材料有所技术上的创新，改善变频空调的制冷剂质量，提升空调制冷剂的性能，这样也可以达到很好的节能效果【5】。在变频空调设计中，应该针对空调风道、控制程序、系统匹配以及新冷媒技术、可靠性等方面，加大研发力度，同时，也可以借鉴国外变频空调设计中的技术优势，真正掌握变频空调的核心技术。针对传统空调中单相电容电机形式，在变频空调生产中应用三相交流电机，不仅可以确保空调具有良好的调速性能，同时也符合用户对空调产品的质量需求，提高空调使用寿命；在变频空调中采用R410A制冷剂，环保节能；并且还将应用数字处理传感器，可以精确控制空调压缩机与风机转速，使空调的温控可以精确到±0.5℃范围之内，提高空调性能；并可以应用直流数字电机，用数字脉冲控制电机转速，可以保证风机减速加速中以最佳方式平稳运转，可以降低变频空调的噪声级；在空调节流装置生产中，还将应用电子膨胀阀节流技术，反应迅速、容量范围大，可以主动依据变频压缩机的能力变化而调节节流量，可确保冬天制热时不需要停机除霜。
3.4加大国家监管力度
2013年10月1日正式实施APF变频空调新国标评价体系，同时考虑制冷以及制热时的工况。这是一种综合考核空调全年性能的方法，较以前的季节能效比即SEER衡量标準更完善。在变频空调今后的发展之中，国家应按照标准体系进行监控，确保空调性能以及评价符合节能要求，提升变频空调使用中的舒适度，优化变频空调的节能控制措施，推进变频空调产业的长久发展。
结论
综上所述，在今后变频空调的发展中，更应该向节能减耗方向发展，不仅要降低空调使用中的能耗，也应该提高空调使用寿命，使空调的电能转化效率得到提高，改进变频空调节能设计方案，促使变频空调向更好的方向发展。
参考文献
[1]江吕锋.基于FPGA的信息电器智能控制器研究[D].江南大学，2013，07（11）：21-22.
[2]苏长满.变频控制冷水机组的性能研究[D].西安建筑科技大学，2012，14（12）：73-74.
[3]龚明启.中央空调系统动态运行节能优化策略研究[D].广州大学，2011，21（13）：26-27.
[4]刘立峰.三相异步电机数字变频控制器研究与应用[D].浙江工业大学，2012，06（24）：35-36.
[5]朱如春.基于模糊神经网络算法智能变频空调控制系统的研究[D].苏州大学，2011，24（32）：54-57.
作者简介
有关PLC发展趋势的研讨 篇4
汽车供求的发展, 使得美国的汽车制造业出现竞争, 所以为了适应生产工艺的不断更新与需求, 美国的一些汽车公司不断地研发以计算机为基础的系统, 从此开辟可编程控制器的新纪元。
对于开始时候的PLC, 算得上是继电器控制装置的替代产品, 早期的时候一些元器件和计算机的发展还处于初级阶段, 所以早期的PLC是由分立元件和中小规模集成电路组成, 它的存储器采用磁芯存储器, 具有基本的逻辑控制及定时、计数功能, 主要用于单一工序的自动控制。慢慢的, 微处理器也不断的涌现出来, 这就使得可编程控制器不断的得到了应用, 编程语言是和继电器电路图类似的梯形图。
随时时代的快速发展, 计算机技术也使得PLC的功能发生了巨大的变化。运算速度快, 体积小、工业抗干扰能力强, 而且具有了模拟量运算、PID功能。超大规模的集成电路技术得到了不断的发展, PLC的微处理器也开始普遍的提高。制造商也开始研发专用的逻辑处理芯片, 这使得PLC在模拟量控制、数字运算、人机接口和网络等方面都得到大幅度提高。总体而言, 硬件还是系统软件, 都正在朝着标准化的方向发展。
二、PLC的特点
1. 可靠性高, 抗干扰能力强。
PLC是为工业控制而设计的, 所以高可靠性就是其设备的关键。在进行设计和制造的过程中必须要严格的进行制造, 同时在软硬件上都要有较高的干扰措施。
2. 编程简单、易学。
PLC主要是通过工业来对计算机进行控制的, 主要是企业的工控设备, 所以要针对大多数技术人员熟悉的控制语言进行编写, 这样才会表现的形象直观, 易学易懂。
3. 功能完善。
PLC具有模拟和数字量输入/输出、逻辑运算和定时、计数、数据处理、通信等功能外, 还可以实现顺序、位置和过程控制。
4. 通用性强。
现阶段的PLC产品, 已经越来越标准化、系列化和模块化了, 用户也可以通过灵活的控制对系统进行控制, 这样便增强了PLC的通信能力和人机互动等, 也是PLC的各种控制系统变得容易。
5. 设计、安装、调试工作量小。
以前传统的继电器控制系统中, 都是通过导线来进行控制的, 要想改变控制功能就必须改变导线的连接方式, 而PLC就可以不需要连线和焊接, 只在外部接线盒程序编写就可以进行改变。当生产工艺发生改变时, 只要修改程序即可。使控制系统设计及建造的周期大大缩短, 维护起来容易。
三、PLC的应用领域及前景
1. PLC的应用领域
(1) 冶金行业。在冶金行业中, 应用PLC也是一个主流的控制器, 我国的冶金行业的产业规模很庞大, 对每个控制环节要求的精度很高, 这就需要很多的控制点, 所以在该行业中有很多的企业应用了PLC产品。
(2) 汽车制造业。在汽车业应用PLC也是极具潜力的, 因为汽车生产线由冲压、焊装、总装和喷漆四大工序组成, 每道工序都会大量使用PLC进行控制, 因此汽车业是PLC应用的第二大行业, 仅次于冶金行业。
(3) 化工行业。在化工行业中, PLC的一直都保持着稳定的增长, 化工行业在合成材料方面对自动化产品的需求比较大。再加上低碳经济对化工行业环保要求的提高, 化工厂需要对周边的水处理和循环系统进行改造, 对自动化产品的需求会进一步增加。
(4) 轨道交通业。轨道行业中有两大环节使用PLC, 一是车站部分另一个是车辆部分, 这两部分由于对交通安全很重要, 所以需要大量的PLC, 所以在这样的中小型PLC应用比较广泛。
2. PLC的应用前景
我国是一个发展中国家, 工业自动化程度相对较低, 一部分的机械行业仍然采取的是传统继电器。我国正努力成为世界新的制造业基地, 制造业的控制主要以离散控制为主, PLC是该领域控制系统的首选。机械行业的劳动生产率必然会实现自动化的控制, 大量的传统的自动化产业改造给PLC提供了更广阔的应用空间。而且当前人们提倡的是“低碳经济”, 人们都关注的是自动化技术的节能减排技术。化工行业中环境较差, 使得在PLC的适用上较其他行业寿命缩短, 在更换率上高于其他行业。轨道交通行业中运用的都是大型的PLC设备, 而且研发起来比较困难, 对稳定性的要求也比较高, 所以就目前我国的PLC厂商来说, 还是非常困难。我国的PLC潜力还没有真正的发挥出来, 还需要根据目前的形式快速的发展PLC市场。
四、建议
当前, 我国的PLC市场大部分都是国外的品牌, 自己国内的品牌几乎很少, 而且国产的产品也处在一个劣势的地位上, 所以要想发展我国的PLC就必须要可持续发展的道路。
第一, 要实行产品行业的重点化。我国的PLC厂家比较混乱, 用户的忠诚度也不高, 而且厂商也很难培养自己的用户, 这就需要国产PLC专业化和行业化。
第二, 选择适当的行业。国产PLC也有自己的优势, 那就是价格普遍偏低, 但是在一些控制系统上就需要很高的可靠性的行业, 因为对于这些来说, 价格没有任何的优势, 因为如果在控制系统上出现问题, 损失的就何止上百万, 所以大部分的国产PLC还是得不到很大利用, 从投资的角度上看, 还是会选择国外的PLC。
第三, 要加大软件的开发力度。大部分的国内用户还是对国产的PLC硬件比较认可的, 但是国产的PLC软件还是无法满足用户的要求。
第四, 制产品优势。国内的PLC商家要根据地利的条件, 及时并且准确的对我国的用户进行了解, 由于是本地化的研发生产及销售, 所以可以根据我国用户的需求, 制定出特殊的个性化的产品。
第五, 加大宣传力度。如果质量合格、性能优良, 那么我国的用户还是会首选国产的PLC, 这正是国产PLC的一个优势。但是由于在购买的时候不知道如何选择, 而放弃购买, 这就需要我国的产品宣传力度要加大。
参考文献
[1]管旭.可编程控制器原理及应用[M].大连理工大学出版社, 2008 (2) .
[2]高勤.电器及PLC控制技术[M].高等教育出版社, 2002 (6) .
变频器发展趋势研讨 篇5
摘 要:通用变频器能量回馈PWM控制系统是一种采用有源逆变方式把电动机减速制动时产生的再生能量回馈电网的装置。它可以克服通用变频器传统制动电阻方式低效、难以满足快速制动和频繁正反转的不足，使通用变频器可在四象限运行。本文首先回顾了变频调速能量回馈控制技术的发展历史及现状。设计了一种基于智能功率模块IPM的新型控制系统，并详细介绍了主电路、控制电路、驱动和保护电路的设计思路。最后指出了能量回馈技术的发展趋势。关键词:变频调速技术 能量回馈 再生制动 PWM控制 智能功率模块 检测技术 1 引言 变频调速技术涉及电子、电工、信息与控制等多个学科领域。采用变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径，已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益[1]。但是，在对调速节能的一片赞誉中，人们往往忽视了进一步挖掘变频调速系统节能潜力和提高效率的问题。事实上，从变频器内部研究和设计的方面看，应用或寻求哪一种控制策略可以使变频驱动电机的损耗最小而效率最高？怎样才能使生产机械储存的能量及时高效地回馈到电网？这正是提高效率的两个重要途径。第一个环节是通过变频调速技术及其优化控制技术实现“按需供能”，即在满足生产机械速度、转矩和动态响应要求的前提下，尽量减少变频装置的输入能量;第二个环节是将由生产机械中储存的动能或势能转换而来的电能及时地、高效地“回收”到电网，即通过有源逆变装置将再生能量回馈到交流电网，一方面是节能降耗，另一方面是实现电动机的精密制动，提高电动机的动态性能。本文讨论的就是变频调速系统节能控制的第二个环节－变频调速能量回馈控制技术。在能源资源日趋紧张的今天，这项研究无疑具有十分重要的现实意义。2 通用变频器在应用中存在的问题 通用变频器大都为电压型交-直-交变频器，基本结构如图1所示。三相交流电首先通过二极管可控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行，当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电机处于再生发电状态。由于二极管可控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围[2]。3 国内外能量回馈技术研究现状 为了解决电动机处于再生发电状态产生的再生能量，德国西门子公司已经推出了电机四象限运行的电压型交-直-交变频器，日本富士公司也成功研制了电源再生装置，如RHR系列、FRENIC系列电源再生单元，它把有源逆变单元从变频器中分离出来，直接作为变频器的一个外围装置，可并联到变频器的直流侧，将再生能量回馈到电网中[3]。同时，已见到国外有四象限电压型交－直－交变频器及电网侧脉冲整流器等的研制报道[4-9]。普遍存在的问题是这些装置价格昂贵，再加上一些产品对电网的要求很高，不适合我国的国情。国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式[10-13]，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但有如下严重缺点[14-18]: [!--empirenews.page--](1)浪费能量，降低了系统的效率。(2)电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作。(3)简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高(制动力矩大，调速范围宽，动态性能好)。上述缺点决定了能耗制动方式只能用于几十kW以下的中小容量系统。国内关于能量回馈控制的研究正在进行，但基本上都处于实验阶段，目前已经见到有关的文献报道[14-18]，但尚未见这方面产品的报道。4 能量回馈系统的拓扑结构 按照所选用的功率开关器件的不同，能量回馈系统的拓扑结构可分为半控器件型结构和全控器件型结构两大类。4.1 半控器件型(晶闸管型)结构 由于晶闸管的耐压、耐流、耐浪涌冲击能力是全控型功率器件所无法比拟的，加之驱动、保护电路简单，价格低廉等原因，采用晶闸管构成有源逆变电路在七、八十年代获得人们普遍的研究，即使在现阶段也仍有一定的实际意义。下面将要介绍几种基于晶闸管的有源逆变电路的结构、基本原理以及优、缺点的对比。(1)可控整流-可控有源逆变型 该方式是人们早期研究的一种方案。基本思路是在可控整流桥的基础上再反并联一套有源逆变装置，当电动机处于电动状态时，整流桥T’1~T’6工作;而当电动机处于发电状态时，随着直流回路电压的升高，三相可控整流器被封锁，三相可控有源逆变器T1~T6工作，将能量回馈到电网中，同时该方式有效的阻断了环流的发生。其主回路结构如图2所示。众所周知，在晶闸管逆变电路中，为保证逆变器换流的可靠性，对逆变角β有一定的限制，即βmin=300，同时为满足有源逆变的条件，避免直流环流，还应使变频器的最高直流侧电压Udmax小于逆变电压Uβmin，即:(1)式中:E为电源相电压有效值，△Um为允许的最高泵升电压。由(1)式可知，αmin应大于βmin。于是带来了两个问题: 1)较大的αmin将引起波形畸变干扰电网，并降低了电网的功率因数。2)直流回路电压降低将使常规380V交流电机得不到充分利用。为此人们又提出了一种可行的解决办法，就是将有源逆变器通过升压变压器与电网相连，整流电路改为不可控。显然，波形和功率因数都可得到改善，升压变压器可以切断上下桥臂产生的直流环流，同时为了限制交流环流以及满足有源逆变条件在电路中设置了电抗器，但它又有如下缺点: 1)增加的变压器和环流电抗器使装置的成本提高、体积增大。2)因只要Uα虽然可以采用电压、电流滞环控制方法来克服这一缺陷，但所有的控制均基于对逆变角β的控制，这就大大增加了β角的控制难度。特别是在发生误触发时，没有有效的方法防止有源逆变器颠覆而产生的短路电流。(2)可控整流/有源逆变复用型 Keiju.Matsui 等人提出了以下几种拓扑结构[18-19]，其基本思路是利用一套可控整流桥既完成整流，又实现有源逆变，这样就可以减小装置的体积，降低成本。[!--empirenews.page--]1)多脉宽调制(MPWM)方式 主电路结构如图3所示。采用一个电抗器和一个大功率晶体管作为能量暂存环节。α900(β这种方案的优点是巧妙地利用一个整流桥同时实现整流和有源逆变两种功能，结构简单，体积较小。缺点是它的输出波形包含大量的低次奇次谐波，噪声大，同时能量回馈过程间断进行，回馈效率低，能量损耗较大，功率因数低。为减少MPWM输出波形包含的低次奇次谐波，进一步改善电路的结构，Keiju.Matsui等人提出了SPWM方式[20,21]。2)正弦波脉宽调制(SPWM)方式 该方式控制电路仅采用一只晶体管来实现能量的回馈控制，使电路的结构更加简单，且有效的抑制了低次谐波，但它需要晶闸管S1~S6的协调配合，同时该方案的开关损耗较大，能量回馈过程是间断进行的。为了获得连续的电流波形，Keiju.Matsui等人又提出了一种新的方案，即MCC方式。3)可调的库克(MCC)方式 该方案是在MPWM方式的基础上增加一只大型电容器，通过控制电容器的充放电来保证能量回馈过程的连续，工作原理同MPWM一样，先将再生能量储存在电感中，待条件满足后再将能量回馈到电网中。该方案的优点是可以连续的回馈再生能量，保证了电流的连续性，从而使回馈的功率较高，开关损耗较小，但由于引人了大型电容器，使装置体积增大，成本提高，同时该电路输出电流波形包含较大的低次奇次谐波成分，易造成负载转矩脉动、噪声较大。(3)滞环控制斩波-逆变回馈方式 上述几种方案虽然都能实现能量回馈控制，但其缺点是显而易见的，同时由于晶闸管存在强迫换流关断的问题，导致对直流侧电压有限制，若直流侧电压过高，则有可能由于晶闸管换流关断失败而导致逆变颠覆，这就限制了它们的应用。因此Dennis等人提出了一种基于晶闸管的新型回馈装置[22]。其主电路结构如图4所示。主回路主要包括三部分:同步整流器SR、母线换相器BC、电流调节器CR。其基本思想是当直流母线电压达到一定值时启动该装置，通过控制回馈电流的大小，将再生能量有效的回馈到电网中。为了避免整流与有源逆变在一点来回切换，回馈电流采用滞环控制方式。该电路的工作原理如下:当直流母线电压达到一定值(如740V)时开通Q1，将能量回馈到电网，同步整流器SR以a=1800的固定相位角工作。随着回馈电流的增加，当电流传感器检测到电流超过设定值时关断Q1，此时回馈电流开始下降，当电流降到下限设定值时再开通Q1，如此循环往复。母线换相器BC的作用有二:一是为晶闸管的换相提供零电压钳位，以保证它们可靠地关断;二是在紧急状态时为能耗制动提供回路。其中大功率晶体管Q2在每次晶闸管换相时都触发导通一次，即每600相位角导通一次，为晶闸管提供零电压钳位，这样就可以确保晶闸管可靠地换相，并可以省去强迫换流电路[22]。[!--empirenews.page--]该方案采用电流滞环控制回馈电流，为一大类负载提供了一种切实可行的拓扑方案，具有一定的通用性。其特点如下: 1)可广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合，克服了晶闸管强迫换相对直流侧电压限制的缺点。
2)这种结构不产生任何异常的高次谐波电流成分，同时它控制方便，不需要辅助关断电路，是一种经济可行的方式。3)通过在回路中增加电阻R1和开关Q2，提供了能耗制动的可选方式，可以实现紧急制动。基于晶闸管的再生能量回馈系统的优点是:结构和控制简单，成本较低，耐压和耐浪涌电流的能力较强，在大容量的逆变装置中具有一定的优势。但是其缺点是显而易见的:它输入功率因数低;输入侧有高次谐波存在，谐波损耗大;需要复杂的辅助关断电路，从而使装置成本增加，体积增大，可靠性降低，动态响应慢。故一般用于较大容量和对系统动态性能和快速性要求不太高的场合。4.2 全控器件型结构 全控型器件如GTR、MOSFET、IGBT或IPM具有开关频率高、集成度高和动态响应快等优点。采用上述的全控型器件作为有源逆变的功率开关器件可以提高系统的效率，抑制谐波和机械噪声，这使得基于全控型器件的能量回馈控制系统已经成为研究的重点。目前国内外流行的控制方式仅对电流回路进行滞环控制[14-18]，虽然控制方式和控制电路比较简单，但系统的主要控制对象-回馈电流的控制精度难以保证，从而造成系统的动态性能和抗干扰性能较差，功能不够完善。作者设计了一种全新的控制方案[25-28]，该方案采用PWM控制方式有效地克服了传统控制方式的缺陷，提高了系统的控制精度和动态性能。如图5所示。回馈电流大小的控制是整个系统的核心环节。本系统创新之处是摈弃了传统的滞环控制方式，采用了PID技术和PWM控制技术，利用电压型PWM控制芯片SG3525A作为主控芯片进行闭环控制，综合了滞环控制方式和PWM控制方式的优点，克服了采用滞环控制时回馈电流波形差、其高频分量大、控制不精确的缺限，提高了系统的控制精度、动态性能和抗干扰性能。控制系统包括同步信号获取电路、电压检测与控制电路、电流检测与控制电路、以及故障检测、显示与保护电路。其中，同步信号电路是有源逆变的基础和关键，回馈电流的检测与控制则是系统的控制核心和难点。同步信号获取电路采用同步变压器降压全波整流法获取。实验表明，该方法线路简单，精度高，可以很好地满足控制系统的要求。电压检测和控制电路采用高速高线性度光电耦合器TLP559将直流母线电压线性地变为弱电压信号，该信号经变换后为回馈电流提供控制信号，以决定是否开启逆变装置进行能量回馈。电流检测及控制电路使回馈系统成为闭环控制系统。能量回馈过程中，首先要保证回馈电流的大小要满足回馈功率的要求。同时回馈电流的控制精度和纹波大小直接影响到系统的控制性能，因此对电流的实时检测与控制是一个非常关键的环节。本系统采用霍尔电流传感器对回馈电流进行检测，霍尔电流传感器的特点是体积小、响应速度快、准确度和线性度高，完全可以胜任电路的要求;采用PID调节器和SG3525A型PWM控制芯片进行脉宽调制，综合了滞环控制方式和PWM控制方式的优点，使系统能快速、准确地控制回馈能量。实验结果表明电流控制完全符合设计要求。[!--empirenews.page--]系统提供交/直流过压、欠压、过流、缺相、交直流快熔保护和IPM故障等齐全保护措施，以保证系统和电路的正常工作，减小故障情况下的损失。采用新型功率器件-智能功率模块IPM是本系统的又一特色。IPM内部集成了高速、低耗的IGBT芯片和优化的门极驱动及过流、短路、欠压和过热保护电路，它提高了系统的性能和可靠性，降低了系统成本，缩短了产品开发周期，是值得推广的产品开发途径。5 能量回馈技术的新发展--双PWM控制技术[23] 交-直-交电压型变频器的主电路输入侧一般是经三相不控桥式整流器向中间直流环节的滤波电容充电，然后通过PWM控制下的逆变器输入到交流电动机上。虽然这样的电路成本低、结构简单、可靠性高，但是由于采用三相桥式不控整流器使得功率因数低、网测谐波污染以及无法实现能量的再生利用等。消除对电网的谐波污染并提高功率因数，实现电机的四象限运行以构成变频技术不可回避的问题。为此，PWM整流技术的研究，新型单位功率因数变流器的开发，在国内外引起广泛的关注。传统的制动方法是在中间直流环节电容两端并联电阻消耗能量，这既浪费了能量，又不可靠，而且制动慢;或者设置一套三相有源逆变系统，但增加了变压器，加大了回馈装置的体积，增加了成本而且逆变电流波形畸变严重，电网污染重，功率因数低。而整流电路中采用自关断器件进行PWM控制，可是电网侧的输入电流接近正弦波并且功率因数达到1，可以彻底解决对电网的污染问题。由PWM整流器和PWM逆变器无需增加任何附加电路，就可实现系统的功率因数约等于1，消除网侧谐波污染，能量双向流动，方便电机四象限运行，同时对于各种调速场合，使电机很快达到速度要求，动态响应时间短。图3位变频器双PWM控制结构，其中ia*、ib*、ic*是与电网电压ea、eb、ec具有同频同相位的电流信号，经PWM电流控制器与实际电流ia、、ib、ic比较生成6路PWM开关信号控制整流器中开关元件导通和关断，是实际电流跟随ia*、ib*、ic*、网侧功率因数约等于1。双PWM控制技术的工作原理:①当电机处于拖动状态时，能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电，逆变器在PWM控制下降能量传送到电机;②当电机处于减速运行状态时，由于负载惯性作用进入发电状态，其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电，使中间直流电压升高，此时整流器中开关元件在PWM控制下降能量馈如到交流电网，完成能量的双向流动。同时由于PWM整流器闭环控制作用，使电网电流与电压同频同相位，提高了系统的功率因数，消除了网侧谐波污染。双PWM控制技术打破了过去变频器的统一结构，采用PWM整流器和PWM逆变器提高了系统功率因数，并且实现了电机的四象限运行，这给变频器技术增添了新的生机，形成了高质量能量回馈技术的最新发展动态。
变频器发展趋势研讨 篇6
本次会议由广东省半导体照明产业联合创新中心、广东省高智新兴产业发展研究院、深圳市LED产业联合会共同承办, 吸引了200多名照明设计师、室内外设计师、照明企业及外贸企业、大众及行业媒体等代表热情参与, 一起聚焦国际城市照明, 围绕当代中国照明设计行业发展进行讨论研究。
重视照明设计, 附着人文价值
广东省半导体照明产业联合创新中心眭世荣主任在致辞中表示, 近年中国企业在全球照明产业中的参与度越来越高, 据GSC统计, 仅广东省2015年LED照明产品的出口总额就达到了123.6亿美元, 成为了全球重要的LED照明产品生产基地之一。然而, 出口更多是基础性的光源产品, 原因就是处于整个照明产业重要一环的照明设计, 未能引起企业的足够重视, 或是更注重单个产品的设计, 对城市照明的整体设计用力不够。因此, 他期望通过这次会议上国内外专家独到的见解, 能打开思路, 为照明企业更好地走向全球提供宝贵意见。同时, 也寄望中国照明企业在未来更加重视照明设计, 使照明产品附着更高的人文价值, 推动产业进入更高的价值链环节。
了解行业现状趋势才能立于不败之地
近年来, 我国城市建设的高速增长带动了城市照明行业的快速发展。《中国建筑装饰装修》杂志社总编华敬友在致辞中引述国家统计局数据表示, 从2004-2013年十年间, 城市景观照明发展迅速, 由政府投资的城市景观照明项目约24000项, 总投资达102.23亿元。其中就光源种类而言, LED灯所占比例最大, 占总量的57.1%。
他指出, 虽然中国经济处于稳定增长的态势, 但房地产与传统制造业在内的众多行业都面临供给侧改革的全新变局。而中国的LED照明企业, 也同样面临品牌的转型升级。企业要在激烈的市场竞争中立于不败之地, 就必须清楚了解行业的国内外现状及发展趋势, 才能认清企业自身在行业中的地位。
法兰克福学院教授沃尔福冈•郎:光明总是与神圣的事物有所联系的
德国法兰克福高等专业学院教授、沃尔福冈•郎建筑设计室创办人沃尔福冈•郎教授, 以“国际城市照明设计发展趋势”为题, 分享其欧洲照明设计的经验与成果。
在本次演讲中, 他将演讲分为了“可见光及不可见光”、“智能照明”、“响应照明”、“光作为符号”、“光作为社会媒体”、“目前技术的进一步发展”五大部分展开阐述。藉此把欧洲专家多年来所做的研究工作和实际经验介绍给中国的同行们, 以供相互交流学习。
“光明总是与神圣的事物有所联系的”。他表示, 人们对于光的追求和渴望, 引起了诸多的变化, 其中尤其是LED灯光的出现, 为城市照明设计带来很大的改观。他还指出:“灯光可以在现有建筑上建立新的视觉效果。人们可以把对生活对美好愿望赋予灯光之中表达出来。如何利用光实现让生活更美好, 让人更舒适才是主要的国际照明趋势”。
清华大学荣浩磊:用光创造价值
清华大学北京清控人居光电研究院院长、清华大学北京清城同衡照明设计院院长荣浩磊在演讲中讲述如何用光来创造价值。他认为, 现在的设计是走到了创意、技术、管理三者的价值平衡。
他回顾了中国城市照明的发展历程, 前三个阶段为亮化、艺化, 再到美化的三个阶段。最后每个城市急于要宣传自己的文化内涵, 也就是第四个阶段:照明的文化。
现在的大背景已经发生变化, 中国的经济增速已经放缓、所以从以前这种强力推动的、追求强刺激乃至新常态, 从这种概念推动的开始趋向于新发展, 向关注建设的开始转向长久的运营。回到照明规划设计的立场上, 他认为, 照明建筑无论是对于政府业务还是LED产业, 其实就是两件事:第一个称之为目标设定;第二个叫做亮化控制。不追求单一概念描绘的价值, 而是追求价值的平衡和兼顾。因此, 他认为城市照明的主要价值可以从:环境的价值、社会的价值以及经济的价值来展开。
深圳大学赵海天:走出简单替代模式自主创新
城市照明按照大范围划分, 可以包括了景观照明和道路照明。深圳大学建筑与城市规划学院赵海天教授在会议现场为大家讲解了道路照明存在的问题与趋势, 以及LED低位照明系统与模组化光源。
赵教授重点介绍了以提高照明效率为目标的路面照明——低灯位照明系统。据悉, 在低灯位现有案例中, 照明效率有所提高, 单灯功率10W, 可部分解决大功率LED光源的散热问题等。通过对路面照明的分析, 他得出以下的两点结论:首先, 规则反射下, 逆向照明方式的横向照射分量、竖向照射分量是无效照明分量, 逆向照射分量为有效照射分量, 逆向照射分量中高灯位照射的照明效率远低于低灯位照射的照明效率。其次, 在所有照明方式中, 低灯位逆向照明方式的路面照明效率最高。光源在路面上的真实反射为非规则反射, 非规则反射是规则反射和漫反射的叠加, 遵从朗伯定律。
苏州晶品高鞠:科学造灯, 人文照明
心•智•照明”——苏州晶品新材料股份有限公司董事长、美国伊利诺伊大学香槟分校电子工程系客座教授高鞠在演讲中以此为题, 首先从灯光的历史入手展开讲述。据其介绍, LED是第一个人工辐射装置, 它将一个单位电能转换为一个光子能量单位, 是基于量子理论, 材料科学和半导体技术的发展。高鞠认为, 理解科学知识有助于我们理解LED的局限性和潜力。
高鞠教授还谈到了关于LED的挑战和机遇。他指出, 照明不只是一个器件, 还能在心灵上产生效果, 能提升人的情绪, 提升人的精神状态, 并把技术和艺术结合起来。同时, 照明是介于科学与人文之间, 也是一个互动的领域。
极成光电林陈椿:灯光, 让现实更美好
深圳市极成光电有限公司董事总经理林陈椿在“灯光, 让现实更美好”的演讲中, 表达了要用灯光为设计师提供全面支持的美好愿望。林陈椿介绍, 空间舒适最大的杀手就是灯具的眩光, 要治理眩光就要从灯具控光入手, 必须要把LED灯具的防眩角度增大, 实现“见光不见灯”。他一再强调灯光不仅是照亮功能, 而是更多地让艺术体现价值, 例如可以参与构图平衡, 分配注意力, 表现装饰元素, 建立和谐关系等。他又从文化心理与氛围营造, 空间叙事与戏剧空间两方面入手, 以此阐述灯光的文化意义, 主张用光影使环境充满情趣。
