Le forbairt thapa ar leictreonaic chumhachta agus teicneolaíocht ríomhaireachta, tá rialáil luais AC anois mar threocht forbartha chun rialáil luais DC a athsholáthar. Aithnítear rialáil luais chomhshó minicíochta mar an modh rialála luais is geallta sa bhaile agus thar lear mar gheall ar a rialáil luais den scoth agus a fheidhmíocht tosaithe agus coscánaithe. Is í an teicneolaíocht tiontaithe minicíochta croítheicneolaíocht rialála luais AC, is iad leictreonaic chumhachta agus teicneolaíocht ríomhaireachta croílár na teicneolaíochta tiontaithe minicíochta, agus is iad gléasanna leictreonacha cumhachta bunús na teicneolaíochta leictreonaice cumhachta. Is ardteicneolaíocht í teicneolaíocht leictreonaice cumhachta a d’fhorbair go gasta le blianta beaga anuas. Úsáidtear go forleathan é i réimsí na meicitreonaic, tarchur mótair, aeraspáis agus mar sin de. Tá sé anois ina ardteicneolaíocht anois go bhfuil tíortha san iomaíocht lena fhorbairt. Thuar saineolaithe gurb é teicneolaíocht ríomhaireachta agus teicneolaíocht leictreonaice cumhachta an dá theicneolaíocht is tábhachtaí i réimse an-fhorbartha an rialaithe uathoibríoch sa 21ú haois.
1. Próiseas forbartha na bhfeistí leictreonacha cumhachta
Tháinig Thyristors amach sna Stáit Aontaithe ag deireadh na 1950idí, ag marcáil breith na teicneolaíochta leictreonaice cumhachta. Is ceartaitheoir rialaithe sileacain (SCR) an chéad ghlúin de ghléasanna leictreonacha cumhachta den chuid is mó, a liostaíodh mar theicneolaíocht coigilte fuinnimh i mo thír féin sna 1970idí agus a cuireadh chun cinn ar fud na tíre. Is gléas lasctha leath-rialaithe é SCR, áfach, nach féidir leis ach a chasadh air a rialú ach gan a mhúchadh. Tá sé teoranta maidir le tiomántáin AC agus soláthairtí cumhachta minicíochta inathraithe a chur i bhfeidhm. Rinneadh trasraitheoirí cumhachta (GTR), thyristors múchta geata (GTO), trasraitheoirí éifeacht réimse cumhachta MOS (PowerMOSFET), trasraitheoirí geata inslithe (IGBT), trasraitheoirí ionduchtaithe statacha (SIT) agus thyristors ionduchtaithe statacha (SITH), a chumadh i ndiaidh a chéile sna 1970idí. , srl. Is é an ghné choitianta atá acu a seoladh agus a múchadh a rialú. Is feistí lasctha lán-rialaithe iad. Ós rud é nach gá aon chiorcad tiontaire, laghdaítear an toirt agus an meáchan go mór i gcomparáid le SCR. Faoi láthair, tá IGBT ina fheiste príomhshrutha lena saintréithe den scoth, agus tá seasamh áirithe ag GTO a bhfuil cumas mór aige freisin.
Tá go leor tíortha ag obair go crua chun feistí mórchumais a fhorbairt, agus táirgeadh 6000V IGBT thar lear. Is cineál nua feiste é IEGT (injectenhancedgatethyristor) a chomhcheanglaíonn na buntáistí a bhaineann le IGBT agus GTO. Tá samplaí de 1000A / 4500V tagtha amach cheana féin. Úsáideann IGCT (integgategateeommutatedthyristor) ciseal maolánach agus astaire trédhearcach ar bhonn GTO. Is ionann é agus thyristor nuair a dhéantar é a chasadh air, agus trasraitheoir nuair a dhéantar é a mhúchadh, agus ar an gcaoi sin an contrárthacht idir an voltas ar an stát agus an voltas blocála a chomhordú, agus is féidir leis an minicíocht oibríochta roinnt Kilohertz [2] [3] a bhaint amach [3 ]. Sheol cuideachta ABB na hEilvéise IGCT suas go dtí 4500-6000V, 3000-3500A. Chuaigh MCT ar scor mar gheall ar bheagán dul chun cinn, agus mar gheall ar fhorbairt IGCT bhí áit thábhachtach aige i bpatrún nua na bhfeistí leictreonacha cumhachta. I gcomparáid le tíortha forbartha, tá bearna níos mó ag mo thír i ndéantúsaíocht feistí ná mar a chuirtear i bhfeidhm í. Tá na forbairtí is déanaí thar lear ag gairis chumhachta nua cosúil le modúil IGBT struchtúr geata trinse ardchumhachta, IEGT, thyristors gated MOS, dé-óid ceartaithe ardmhinicíochta arsanaide galium, chomhdhúile sileacain (SIC) agus gairis chumhachta nua eile. Creidtear go n-úsáidtear ábhair nua leathsheoltóra mar GaAs agus SiC chun gairis chumhachta a dhéanamh chun daoine' s a shaothrú ar" gairis idéalach" beidh sé mar phríomhthreocht i bhforbairt feistí leictreonacha cumhachta sa 21ú haois.
Is áiteanna nua iad bloic thógála leictreonacha cumhachta ard-iontaofachta (PEBB) agus modúil leictreonacha cumhachta comhtháite (IPEM) i bhforbairt na teicneolaíochta leictreonaí cumhachta sna Stáit Aontaithe le déanaí. Is cinnte go dtabharfaidh an iomaíocht ghéar idir GTO agus IGCT, IGCT agus IGBT ardvoltais agus gairis leictreonacha cumhachta nua eile níos mó deiseanna agus dúshlán d’fhorbairt teicneolaíochtaí leictreonacha cumhachta nua agus teicneolaíochtaí tiontaithe minicíochta sa 21ú haois.
2. Próiseas forbartha na teicneolaíochta tiontaithe minicíochta
Rugadh teicneolaíocht tiontaithe minicíochta mar fhreagairt ar an ngá le rialáil gan chéim ar mhótair AC. Cuireann athnuachan leictreonaice cumhachta tiontú cumhachta chun cinn
Forbairt leanúnach na teicneolaíochta. Ar dtús, bhí an teicneolaíocht tiontaithe minicíochta teoranta do chomhshó minicíochta agus ní voltas athraitheach. Ó na 1970idí, tá aird' s tarraingthe ag an taighde ar rialáil luais tiontaithe minicíochta inathraithe voltais (PWM-VVVF). Sna 1980idí, mheall fadhb optamaithe mód PWM mar chroílár na teicneolaíochta tiontaithe minicíochta spéis láidir' s, agus fuarthas go leor modhanna optamaithe, mar shampla: modh roinnte fadaimseartha tonn modhnóireachta, teicneolaíocht PWM iompróra in-chéime, céim teicneolaíocht PWM iompróra-aistrithe, modhnú iompróra Tonn céim chomhuaineach ag aistriú teicneolaíocht PWM agus mar sin de.
Tá rialú an inverter VVVF réasúnta simplí, agus tá a airíonna meicniúla go maith freisin. Féadann sé riachtanais rialála luais rianúla an tarchuir ghinearálta a chomhlíonadh, agus úsáideadh go forleathan é i réimsí éagsúla tionscail. Mar sin féin, nuair a bhíonn an modh rialaithe seo ag minicíocht íseal, toisc go bhfuil an voltas aschuir beag, tá tionchar an titim voltais friotaíochta statóra níos suntasaí, mar sin laghdaítear an chasmhóimint aschuir uasta.
Is é an modh rialála luais tiontaithe minicíochta rialaithe veicteora: déantar sruthanna statóra AC Ia, Ib, agus Ic den mhótar asincrónach sa chóras comhordaithe trí chéim a chlaochlú go sruthanna DC Iml, Itl faoin gcóras comhordaithe rothlach sioncrónach trí- claochlú céim go dhá chéim. , Ansin déan aithris ar mhodh rialaithe an mhótair DC, faigh cainníocht rialaithe an mhótair DC, agus déan rialú an mhótair asincrónach tríd an gclaochlú inbhéartach comhordanáideach comhfhreagrach.
Déanann rialú díreach chasmhóiminte anailís dhíreach ar mhúnla matamaiticiúil an mhótair AC sa chóras comhordaithe statóra, agus rialaíonn sé nasc flosc agus chasmhóimint an mhótair. Ní gá dó an mótar AC a athrú go mótar DC coibhéiseach, agus ar an gcaoi sin fáil réidh le go leor ríomhanna casta i gclaochlú rothlaithe an veicteora; ní gá dó aithris a dhéanamh ar rialú an mhótair DC, ná ní gá dó samhail mhatamaiticiúil an mhótair AC a shimpliú le haghaidh díchúplála.
Is tiontú minicíochta AC-DC-AC iad tiontú minicíochta VVVF, tiontú minicíochta rialaithe veicteora, agus tiontú minicíochta rialaithe chasmhóiminte dírí. Is é an míbhuntáiste coitianta go bhfuil an fachtóir cumhachta ionchuir íseal, go bhfuil an sruth armónach mór, go bhfuil toilleoir mór stórála fuinnimh ag teastáil sa chiorcad DC, agus nach féidir an fuinneamh athghiniúnach a thabhairt ar ais don eangach, is é sin, ní féidir oibriú ceithre chearnach a dhéanamh. . Ar an gcúis seo, tháinig tiontú minicíochta maitrís AC-AC i bhfeidhm.
3. Teicneolaíocht tiontaithe minicíochta agus fearais tí
Sna 1970idí, thosaigh fearais tí a thiontú go tiontú minicíochta, agus fearais chócaireachta leictreamaighnéadacha, fearais soilsithe tiontaithe minicíochta, oiriúntóirí aer tiontaithe minicíochta, oighinn micreathonn tiontaithe minicíochta, cuisneoirí tiontaithe minicíochta, borróga ríse IH (téamh ionduchtaithe), meaisíní níocháin tiontaithe minicíochta , etc. le feiceáil [4].
Ag deireadh an 20ú haois, bhí fearais tí ag brath ar theicneolaíocht tiontaithe minicíochta, agus é mar aidhm acu den chuid is mó ardfheidhmiúlacht agus sábháil cumhachta.
Is é an chéad cheann an cuisneoir. Toisc go n-oibríonn sé an lá ar fad, bíonn an comhbhrúiteoir ag rith ar luas íseal i gcónaí tar éis cuisniú tiontaithe minicíochta a ghlacadh, rud a d’fhéadfadh deireadh a chur go hiomlán leis an torann a bhíonn mar thoradh ar an gcomhbhrúiteoir ag tosú, agus tá an éifeacht sábhála fuinnimh níos soiléire. Ar an dara dul síos, tar éis don oiriúntóir aer tiontú minicíochta a úsáid, leathnaítear raon oibre an chomhbhrúiteora, agus is féidir an rialú fuaraithe agus téimh a réadú gan an comhbhrúiteoir a bheith ag rith i riocht uaineach, d’fhonn tomhaltas cumhachta a laghdú agus deireadh a chur leis an míchompord a bhíonn mar thoradh ar theocht. athruithe. Le blianta beaga anuas, ní amháin gur laghdaigh na cuisneoirí tiontaithe minicíochta nua tomhaltas cumhachta agus bhain siad ciúin amach, ach bhain siad reo tapa freisin trí oibriú ardluais a úsáid.
Sa mheaisín níocháin, úsáideadh rialú minicíochta inathraithe san am atá thart chun rialú luais inathraithe a bhaint amach chun feidhmíocht níocháin a fheabhsú. Chomh maith le sábháil fuinnimh agus ciúin, thug an meaisín níocháin a raibh tóir air ábhar nua rialaithe isteach freisin chun níochán bog éadaí a chinntiú; úsáideann cócairí leictreamaighnéadacha ionduchtú ardmhinicíochta Déanann téamh an pota a théamh go díreach gan an chuid te de théamh gáis agus leictreachais, mar sin ní amháin go bhfuil sé sábháilte, ach feabhsaíonn sé an éifeachtúlacht téimh go mór freisin. Tá a mhinicíocht oibre níos airde ná an chiall iniúchta, agus ar an gcaoi sin fáil réidh leis an torann de bharr chreathadh an phota ríse.
Ceathrú, an dochar a dhéanann gairis leictreonacha cumhachta agus frithbhearta
Cuireann ceartú céim-rialaithe agus ceartú dé-óid neamhrialaithe i bhfeistí leictreonacha cumhachta saobhadh tromchúiseach ar thonnform an tsrutha ionchuir, rud a laghdaíonn ní amháin fachtóir cumhachta an chórais, ach a dhéanann truailliú armónach tromchúiseach freisin.
Ina theannta sin, cuireann athruithe gasta voltais agus srutha sa chiorcad crua-earraí strus mór leictreach ar na gairis leictreonacha cumhachta, agus cuireann siad isteach go mór ar leictreamaighnéadach (EM1) ar an trealamh leictreach agus na dtonnta raidió máguaird, agus tá an scéal ag dul in olcas. Tá caighdeáin náisiúnta curtha le chéile ag go leor tíortha chun armónach a theorannú. Sheol Institiúid Idirnáisiúnta na nInnealtóirí Leictreacha agus Leictreonaic (IEEE), an Coimisiún Leictriteicniúil Idirnáisiúnta (IEC) agus an Chomhdháil Idirnáisiúnta ar Eangacha Cumhachta Móra (CIGRE) a gcaighdeáin armónacha féin. Tá rialacháin ábhartha curtha le chéile ag rialtas na Síne freisin chun armónach a theorannú.
(1) Frithbhearta le haghaidh armónach agus cur isteach leictreamaighnéadach
1. Sochtadh armónach
D’fhonn na harmóin a ghineann gléasanna leictreonacha cumhachta a shochtadh, modh amháin is ea cúiteamh armónach a dhéanamh, is é sin, feiste cúitimh armónach a chur ar bun chun tonn sine a dhéanamh den ionchur.
Úsáideann an gléas cúitimh armónach traidisiúnta scagaire tiúnta IC, ar féidir leis armónach agus cumhacht imoibríoch a chúiteamh. Is é an míbhuntáiste ná go mbíonn tionchar ag impedance na heangaí agus an stáit oibriúcháin ar na tréithe cúitimh, agus is furasta athshondas comhthreomhar a bheith aige leis an gcóras, as a dtagann aimpliú armónach, agus déanann sé an scagaire LC a ró-ualach nó fiú a dhó. Ina theannta sin, ní fhéadfaidh sé ach armónach minicíochta seasta a chúiteamh, agus níl an éifeacht oiriúnach.
Tar éis mórchóiriú agus cur i bhfeidhm feistí leictreonacha cumhachta, tá treo tábhachtach ag baint le scagairí cumhachta gníomhacha a úsáid mar chúiteamh armónach. Is é an prionsabal ná an sruth armónach a bhrath ón réad cúitimh, agus sruth cúitimh a ghiniúint leis an méid céanna agus an polaraíocht os coinne leis an sruth armónach, ionas nach mbeidh sa chomhpháirt greille ach an chomhpháirt tonn bunúsach. Féadann an scagaire seo armónach a rianú agus a chúiteamh a n-athraíonn a mhinicíocht agus a aimplitiúid, agus nach mbíonn tionchar ag impedance na heangaí ar na tréithe cúitimh.
Is é an príomh-mhodh tiontaire mórchumais chun armónach a laghdú ná iltheicneolaíocht a úsáid: tonnta cearnacha iolracha a fhorshuí chun armónach níos ísle a dhíchur, agus ar an gcaoi sin tonn chéim a fháil gar do sine. An níos mó iolracht, an níos dlúithe atá an tonnform le sine, ach is casta an struchtúr ciorcad. D’fhonn armónach íseal agus fachtóir ardchumhachta a bhaint amach, is gnách go n-úsáideann tiontairí cumais bheaga ceartú dé-óid agus mionghearradh PWM, ar a dtugtar ceartú fachtóir cumhachta go minic (PEC). I measc na gciorcad tipiciúil tá cineál borradh, cineál céim síos, cineál borradh-borradh agus mar sin de.
2. Sochtadh trasnaíochta leictreamaighnéadaigh
Is é an beart chun IEA a réiteach ná an ráta ardú reatha iomarcach di / dt agus an ráta ardú voltais du / dt a fheictear nuair a dhéantar an gléas lasctha a chasadh air agus as a shárú. Faoi láthair, tugtar an aird is mó ar lascadh srutha nialas (ZCS) agus ar lascadh nialas voltais (ZVS). ) Ciorcad. is é an bealach:
(1) Tá an t-ionduchtas ceangailte i sraith leis an bhfeiste lasctha, a fhéadfaidh an di / dt a shochtadh nuair a dhéantar an gléas lasctha a chasadh air, ionas nach mbeidh aon voltas agus limistéar forluí reatha ar an bhfeiste, agus an réamhchaillteanas a laghdú;
(2) Tá toilleoirí comhthreomhara ceangailte leis an bhfeiste lasctha, nuair a dhéantar an fheiste a mhúchadh, cuirtear cosc ar an du / dt ardú, agus níl aon voltas agus limistéar forluí reatha ar an bhfeiste, rud a laghdaíonn an caillteanas lasctha;
(3) Tá dé-óidí frith-chomhthreomhara ceangailte leis an bhfeiste. Le linn na tréimhse seolta dé-óid, tá an gléas lasctha i staid reatha náid voltais agus nialas. Ag an am seo, déantar an gléas tiomána a chasadh air nó as chun gníomhartha ZVS agus ZCS a bhaint amach.
Faoi láthair, cuimsíonn na teicneolaíochtaí aistrithe bogearraí is coitianta PWM athshondach páirteach agus ciorcad snubber gan chailliúint.
(2) Cúiteamh fachtóir cumhachta
Is é an modh luath mótar sioncrónach a úsáid, ar mótar sioncrónach é a úsáidtear go speisialta chun cumhacht imoibríoch a ghiniúint. Úsáideann sé ró-excitation agus tearc-excitation chun méideanna éagsúla de chumhacht imoibríoch capacitive nó ionduchtach a astú faoi seach. Mar sin féin, toisc gur meaisín rothlach leictreach é, tá an torann agus an caillteanas mór, tá an oibríocht agus an cothabháil casta freisin, agus tá an luas freagartha mall. Dá bhrí sin, i go leor cásanna, níor éirigh leis na riachtanais maidir le cúiteamh tapa cumhachta imoibríoch a chomhlíonadh.
Modh eile is ea feiste cúitimh chumhachta imoibríoch statach a úsáid le himoibreoir sáithithe. Tá buntáistí ag baint leis maidir le cineál statach agus luas freagartha tapa, ach toisc go gcaithfear a chroí a mhaighnéadú go staid sháithithe, tá an caillteanas agus an torann mór, agus tá roinnt fadhbanna speisialta ag ciorcaid neamhlíneach, agus ní féidir é a choigeartú i céim chun míchothromaíocht an ualaigh a chúiteamh. Dá bhrí sin, níor éirigh leis príomhshrutha na bhfeistí cúitimh statacha a áitiú.
Le forbairt leanúnach na teicneolaíochta leictreonaice cumhachta, rinneadh feistí cúitimh statacha var a úsáideann SCR, GTO agus IGBT a fhorbairt trí léimní agus teorainneacha. Ina measc, is é an gineadóir var statach an ceann is fearr. Tá buntáistí aige maidir le luas coigeartaithe tapa agus raon oibríochta leathan, agus tar éis dó teicnící iolracha, il-leibhéil nó PWM a ghlacadh, féadfaidh sé an t-ábhar armónach sa sruth cúitimh a laghdú go mór. Níos tábhachtaí fós, tá an t-imoibreoir agus na comhpháirteanna toilleasacha a úsáidtear sa ghineadóir var statach beag, rud a laghdaíonn méid agus costas na feiste go mór. Léiríonn an gineadóir cumhachta imoibríoch statach treo forbartha na bhfeistí cúitimh cumhachta imoibríche dinimiciúla.
Cúig, ráitis deiridh
Creidimid go mbeidh teicneolaíocht leictreonach cumhachta ar cheann de na teicneolaíochtaí colún tábhachtacha sa 21ú haois. Tá áit thábhachtach ag teicneolaíocht tiontaithe minicíochta i réimse na teicneolaíochta leictreonaice cumhachta. Le blianta beaga anuas, tá aird tarraingthe ag an bhforbairt i réimse na rialála luais tiontaithe minicíochta meánvoltais agus tarraingt leictreach. Le comhtháthú an gheilleagair dhomhanda agus aontachas mo thíre leis an Eagraíocht Trádála Domhanda, beidh deiseanna forbartha gan fasach ag tionscail leictreonaice cumhachta agus teicneolaíochta tiontaithe minicíochta mo thíre.