潘運(yùn)軍 王斯賢

（天津華云自控股份有限公司，天津 300402）

電力電子器件及變頻技術(shù)應(yīng)用探析

潘運(yùn)軍 王斯賢

（天津華云自控股份有限公司，天津 300402）

隨著電子科技的發(fā)展，電力電子器件和變頻技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，特別是變頻技術(shù)在家電領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。為此我們分析了電力電子器件及變頻技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了變頻技術(shù)的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上對變頻技術(shù)的發(fā)展帶來的很多電子問題進(jìn)行了分析，最后提出了對應(yīng)的解決辦法。

電力電子器件 變頻技術(shù) 應(yīng)用探索

變頻技術(shù)是重要的交流調(diào)速技術(shù)，是在電力電子器件和計算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展下興起的技術(shù)。特別是隨著微電子技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻技術(shù)承擔(dān)著越來越重要的角色，而電力電子器件也叫功率半導(dǎo)體器件，主要作用于電子設(shè)備的電能轉(zhuǎn)換以及大型控制電路的電子器件，其在機(jī)電一體化、電機(jī)傳動、航空航天等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

1 電力電子器件以及變頻技術(shù)的發(fā)展

電力電子技術(shù)通常有四個方面分別是：功率半導(dǎo)體器件；IC技術(shù)；功率轉(zhuǎn)換技術(shù)；自動控制技術(shù)，而電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)基礎(chǔ)。普通晶閘管是最早投入使用的電力電子器件，是奠定電力電子器件的基礎(chǔ)。變頻技術(shù)最早是在上世紀(jì)70年代出現(xiàn)的，技術(shù)的產(chǎn)生一開始是為了實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的無極調(diào)速，但是隨著研究的深入，很多研究學(xué)者對脈寬調(diào)制變壓變頻調(diào)速進(jìn)行了深入的研究。直到八十年代，PWM模式的優(yōu)化逐漸成為了研究的重點(diǎn)方向，并且也取得了較好的成果。電力電子器件從最初的控制晶閘管、雙極功率晶體管、SIT等逐漸的向HVIGBT進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使得變頻技術(shù)得到了發(fā)展。隨后產(chǎn)生的VVVF變頻器的操作不并不難，而且也能夠達(dá)到硬度上的標(biāo)準(zhǔn)，并逐漸的得到重視，但是其在最大輸出轉(zhuǎn)矩、靜態(tài)調(diào)速等方面還有著很大的不足。矢量控制法的出現(xiàn)極大的改善了這些問題，但是在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中由于電動機(jī)參數(shù)和系統(tǒng)特性有關(guān)，矢量轉(zhuǎn)換的效果并不理想。直接轉(zhuǎn)矩控制是由德國的Dcpen.教授研究的，操作理念先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡單，獲得了廣泛的應(yīng)用。

2 變頻技術(shù)在家電中的應(yīng)用

（1）電冰箱，因?yàn)殡姳湫枰L時間運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)壓縮機(jī)完成變頻制冷后，可以將運(yùn)行速度控制到低速狀態(tài)，這樣就可以有效的降低壓縮機(jī)引起的噪聲現(xiàn)象，而且也非常的利于節(jié)能。

（2）空調(diào)器，變頻技術(shù)最大好處就是擴(kuò)大了空調(diào)器中壓縮機(jī)的工作范圍，壓縮器的運(yùn)行不再是冷、暖操作斷續(xù)狀態(tài)，因此大大提升了電力資源的利用率。當(dāng)前空調(diào)器上的變頻調(diào)速已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)運(yùn)行，相比于以往的電機(jī)變頻，其節(jié)能效果進(jìn)一步提升。為了進(jìn)一步的提高空調(diào)的功能轉(zhuǎn)換效率，日本的研發(fā)者已經(jīng)開始采用PWM+PAM的方法取代原來單一PWM的操作方法。其控制的方法是，當(dāng)速率較低的時候采用U/f恒定控制，如果轉(zhuǎn)速超過了臨界值，則調(diào)節(jié)到最大值從而增加逆變器的輸入直流電壓值，所以就必須先調(diào)整直流斬波器的導(dǎo)通占空比，從而使變頻器轉(zhuǎn)速隨輸出電壓的增大而增加，通常這個區(qū)域被叫做PAM區(qū)。進(jìn)行這樣的操作和技術(shù)后，使得變頻器的綜合效率、輸入功率因素等相比于以往的控制進(jìn)一步增加。

變頻技術(shù)的應(yīng)用給家電帶來很大的便利，可以說是對家電領(lǐng)域的一次技術(shù)革新。而且隨著變頻技術(shù)與其他學(xué)科的交叉越來越深入，其對于太陽能發(fā)電系統(tǒng)、新型能源拓?fù)?、濾波技術(shù)等也會越來越大。

3 變頻技術(shù)的核心問題和解決對策

3.1 諧波調(diào)控

要實(shí)現(xiàn)對電子設(shè)備諧波的控制，首先的措施就是通過諧波補(bǔ)償將輸入電流轉(zhuǎn)換成正弦波。其次是運(yùn)用單位功率對交流器內(nèi)部進(jìn)行改造，在提高功率因數(shù)的同時控制諧波。多重化技術(shù)對大容量變流器的諧波有著很好的消除作用，通過疊加方波的方法減少次數(shù)不高的諧波，保持階梯波在正弦附近，隨著重數(shù)增加讓波形更加接近于正弦波。PWM技術(shù)則應(yīng)用于更高功率的因數(shù)變流器上，輸入電流幾乎等同于正弦波，并由PWM來控制整流橋的各個電子器件，因此輸入電流幾乎等同于正弦波，經(jīng)由正弦PWM控制著整流橋上的各器件。如此，則高次諧波成為輸入電流中唯一的諧波，而這些諧波更加的方便于濾除。PWM逆變器通常采用整流器，好處是電流頻率和輸入電壓保持不變，而輸出電壓則并不確定，在運(yùn)行時可以達(dá)到四象限，完成雙向傳輸能量。

3.2 電磁干擾的抑制策略

解決電磁干擾的主要辦法是盡量減少開關(guān)器件開合時產(chǎn)生的過大電流以及電壓上升率，當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛也是最有效的兩種方法是零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)電路。其中具體的實(shí)現(xiàn)辦法為：首先可以改變開關(guān)器件上的串聯(lián)電感，這樣就能有效的削弱電流開關(guān)器件到導(dǎo)通時的電流上升率，并讓器件喪失了電壓、電流重疊區(qū)，從而達(dá)到減少開關(guān)損耗、抑制電磁干擾的目的。同樣也可以在開關(guān)器件上并聯(lián)電容的方法來實(shí)現(xiàn)，這樣的方式能夠削弱器件關(guān)閉時的抑制電壓上升率（du/dt），同樣也會避免其出現(xiàn)電壓、電流重疊區(qū)，減小開關(guān)損耗。目前變頻技術(shù)中存在的軟開關(guān)技術(shù)：部分諧振PWM，為了讓效率更加的接近硬開關(guān)，必須避免器件電流有效值的升高。因此在一個開關(guān)周期內(nèi)，電路諧振僅存在于器件開關(guān)和斷開的時候，所以稱之為部分諧振。無損耗緩沖電路是串聯(lián)電感或者并聯(lián)電容在進(jìn)行電能釋放的過程中并不經(jīng)過開關(guān)或者電阻，因此也被稱為無損耗緩沖電路，一般不會采用反并聯(lián)二極管。在電機(jī)控制中主開關(guān)器件多采用IGBT、IGBT關(guān)斷時有尾部電流，對關(guān)斷損耗很有影響，因此通常采用零電流時間較長的ZCS。

4 結(jié)語

電力電子器件和變頻技術(shù)不僅在家電領(lǐng)域，在輸送泵、風(fēng)機(jī)類、工業(yè)鍋爐等都有著廣泛的運(yùn)用，我們介紹了電力電子器件和變頻技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，并在此技術(shù)上分析了變頻技術(shù)中的難點(diǎn)，提出了相關(guān)問題目前的解決辦法，為其應(yīng)用提供了參考。

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［2］朱志剛譯.數(shù)字圖像處理［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013：20.

［3］劉瑞新.電力電子器件應(yīng)用簡介［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：7.