交流電機變頻調速控制系統(tǒng)的探討
自1971年德國西門子公司F.Blaschke發(fā)明了基于交流電機坐標交換的交流電機矢量控制(以下簡稱VC)原理以來,交流電機矢量控制得到了廣泛地應用。經過30年的產品開發(fā)和工程實踐,矢量控制原理日趨完善,大大小小的交流電機變頻調速控制系統(tǒng)大多采用矢量控制,使交流電機調速達到并超過傳統(tǒng)的直流電機調速性能。 1985年德國魯爾大學M.Depenbrock教授提出了不同于坐標變換矢量控制的另外一種交流電機調速控制原理——直接轉矩控制(以下簡稱DTC),魯爾大學的教授曾多次在國際學術會議并到中國來介紹DTC技術,引起了學術界極大的興趣和關注。DTC原理具有不同于VC的鮮明特點:·不需要旋轉坐標變換,有靜止坐標系上控制轉矩和磁鏈·采用砰-砰控制·DTC與脈寬調制PWM技術并用·轉矩響應快·應用于GTO電壓型變頻器的機車牽引傳動 DTC的出現(xiàn)引起交流電機控制理論的研究熱潮,國內不少高校對DTC技術及系統(tǒng)進行深入研究,不少文章提出一些有益的改進方法,對DTC理論與實踐作出貢獻。但應該指出,DTC引入中國的初期,人們的視角多集中在DTC的不用旋轉變換和砰-砰控制上。隨著計算機技術的飛速發(fā)展,VC的旋轉坐標變換的技術實現(xiàn)已不成為問題,而由于DTC技術應用實例局限于GTO電壓型變頻器的機車牽引傳動,使得國內學術界和變頻器制造商沒有條件對實用的DTC技術以及DTC變頻器的靜態(tài)和動態(tài)特性進行深入研究。
1995年瑞士ABB公司第一次將DTC技術應用到通用變頻器上,推出采用DTC技術的IGBT脈寬調制變頻器ACS600,隨后又將DTC技術應用于IGCT三電平高壓變頻器ACS1000,近期推出的用于大型軋鋼,船舶推進的IGCT變頻器ACS6000也采用了DTC直接轉矩控制技術。 隨著中國經濟的飛速發(fā)展,交流調速技術得到了廣泛的應用,通用變頻器年銷售額已超過50億。國家“十五”期間,許多大型項目需要交流調速傳動,例如,西氣東輸的大型壓縮機傳動,大型船舶電力推進,大型熱軋和冷軋機交流傳動,高速鐵路牽引傳動,以及風機水泵高壓變頻節(jié)能傳動等等。
隨著市場容量的擴大,國際各公司產品的競爭愈加激烈,直接轉矩控制成為產品技術競爭的一個亮點。在充分挖掘和展示了DTC技術優(yōu)點的基礎上,市場宣傳主要是DTC轉矩響應比VC快,可以達到1~3ms,可以實現(xiàn)無速度傳感器調速控制,在零速時滿負荷輸出。同時,個別產品推銷員在市場宣傳中提出DTC直接轉矩控制是交流電機控制技術的革命,是取代矢量控制的新一代控制技術等等。而同時,采用矢量控制技術的產品廠家回應DTC在市場上宣傳DTC技術的缺點,主要是質疑DTC無速度傳感器零速控制;DTC變頻器諧波大,效率低;需要輸出濾波器等等。一時間在中國的用戶,變頻器制造廠,以及國家重大項目決策中造成了混亂,市場競爭演變?yōu)镈TC與VC的技術之爭。
市場競爭現(xiàn)狀給學術界提出了新的課題,作為科技工作者應拋開商業(yè)因素,重新認識DTC與VC技術,慎重地評價DTC與VC的優(yōu)缺點與應用場合。為此北京電力電子學會,IEEE電力電子北京分會,組織國內電力電子及電氣傳動的有關專家對DTC和VC技術進行了充分研討,清華大學電機系對分別采用DTC和VC技術的產品進行了測試和性能比較。相信此舉會給國內用戶和項目決策者一個客觀正確的技術背景,同時,也借此促進我國交流電機控制理論與技術的進一步發(fā)展。
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