电子器件变频技术分析论文

摘要：变频技术及应用是高等职业院校电气自动化专业的一门应用性主干专业课程。文章主要围绕课程定位和目标，从采用先进教学手段、强化教材建设、优化教学内容和完善考核评价机制等诸多方面研究和探讨如何提高变频器技术课程的教学质量，实现创新教学。下面是小编为大家整理的《电子器件变频技术分析论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

电子器件变频技术分析论文 篇1：

电力电子器件及变频技术的发展与应用研究

摘要:介绍了电力电子器件和变频技术的发展过程，以及变频技术在家用电器的应用,分析了变频技术的应用也带来了谐波、电磁干扰和电源系统功率因数下降等问题。提出了相关的谐波抑制方法及提高电源系统功率因数的措施。

关键词:电力电子器件；变频技术；谐波；功率因数

引言

随着电力电子、计算机技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。变频技术是交流调速的核心技术，电力电子和计算机技术又是变频技术的核心，而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。专家预言，在21世纪高度发展的自动控制领域内，计算机技术与电力电子技术是两项最重要的技术。

一、电力电子器件的发展过程

上世纪50年代末晶闸管在美国问世，标志着电力电子技术就此诞生。第一代电力电子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我国70年代将其列为节能技术在全国推广。然而，SCR毕竟是一种只能控制其导通而不能控制关断的半控型开关器件，在交流传动和变频电源的应用中受到限制。70年代以后陆续发明的功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、功率MOS场效应管(Power MOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等，它们的共同特点是既控制其导通，又能控制其关断，是全控型开关器件，由于不需要换流电路，故体积、重量较之SCR有大幅度下降。当前，IGBT以其优异的特性已成为主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。

许多国家都在努力开发大容量器件，国外已生产6000V的IGBT。IEGT(injection enhanced gate thyristor)是一种将IGBT和GTO的优点结合起来的新型器件，已有1000A/4500V的样品问世。IGCT(integrated gate eommutated thyristor)在GTO基础上采用缓冲层和透明发射极，它开通时相当于晶闸管，关断时相当于晶体管，从而有效地协调了通态电压和阻断电压的矛盾，工作频率可达几千赫兹[2][3]。瑞士ABB公司已经推出的IGCT可达4500一 6000V，3000一 3500A。MCT因进展不大而引退而IGCT的发展使其在电力电子器件的新格局中占有重要的地位。与发达国家相比，我国在器件制造方面比在应用方面有更大的差距。高功率沟栅结构IGBT模块、IEGT、MOS门控晶闸管、高压砷化稼高频整流二极管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在国外有了最新发展。可以相信，采用GaAs、SiC等新型半导体材料制成功率器件，实现人们对“理想器件”的追求，将是21世纪电力电子器件发展的主要趋势。

高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(IPEM)是近期美国电力电子技术发展新热点。GTO和IGCT，IGCT和高压IGBT等电力电子新器件之间的激烈竞争，必将为21世纪世界电力电子新技术和变频技术的发展带来更多的机遇和挑战。

二、变频技术的发展过程

变频技术是应交流电机无级调速的需要而誕生的。电力电子器件的更新促使电力变换

技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。

VVVF变频器的控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。

矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交—交变频应运而生。

三、变频技术与家用电器

20世纪70年代,家用电器开始逐步变频化,出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等[4]。

20世纪末期期,家用电器则依托变频技术,主要瞄准高功能和省电。

首先是电冰箱,由于它处于全天工作,采用变频制冷后,压缩机始终处在低速运行状态,可以彻底消除因压缩机起动引的噪声,节能效果更加明显。其次,空调器使用变频后,扩大了压缩机的工作范围,不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制,达到降低电力消耗,消除由于温度变动而引起的不适感。近年来,新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化,而且利用高速运行能实现快速冷冻。

在洗衣机方面,过去使用变频实现可变速控制,提高洗净性能,新流行的洗衣机除了节能和静音化外,还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热,没有燃气和电加热的炽热部分,因此不但安全,还大幅度提高加热效率,其工作频率高于听觉之上,从而消除了饭锅振动引起的噪声。

四、电力电子装置带来的危害及对策

电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变,不但大大降低了系统的功率因数,还引起了严重的谐波污染。

另外,硬件电路中电压和电流的急剧变化,使得电力电子器件承受很大的电应力,并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EM1),而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准,国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也制定了限制谐波的有关规定[5]。

（一）谐波与电磁干扰的对策

1、谐波抑制

为了抑制电力电子装置产生的谐波,一种方法是进行谐波补偿,即设置谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波[3]。

传统的谐波补偿装置是采用IC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。其缺点是,补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。此外,它只能补偿固定频率的谐波,效果也不够理想。

电力电子器件普及应用之后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是,从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。

大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波,从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多,波形越接近正弦,但电路结构越复杂。小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数,一般采用二极管整流加PWM斬波,常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。

2、电磁干扰抑制

解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt,目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:

(1)开关器件上串联电感,这样可抑制开关器件导通时的di/dt,使器件上不存在电压、电流重叠区,减少了正关损耗;

(2)开关器件上并联电容,当器件关断后抑制du/dt上升,器件上不存在电压、电流重叠区,减少了开关损耗;

(3)器件上反并联二极管,在二极管导通期间,开关器件呈零电压、零电流状态,此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。

目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。

（二）功率因数补偿

早期的方法是采用同步调相机,它是专门用来产生无功功率的同步电机,利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而,由于它是旋转电机,噪声和损耗都较大,运行维护也复杂,响应速度慢。因此,在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。

另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点,但由于其铁心需磁化到饱和状态,损耗和噪声都很大,而且存在非线性电路的一些特殊问题,又不能分相调节以补偿负载的不平衡,所以未能占据静止无功补偿装置的主流。

随着电力电子技术的不断发展,使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展,其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点,而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后,可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是,静止无功发生器使用的抗器和电容元件小,大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。

五、结束语

我们相信，电力电子技术将成为21世纪重要的支柱技术之一，变频技术在电力电子技术领域中占有重要的地位，近年来在中压变频调速和电力牵引领域中的发展引人注目。随着全球经济一体化及我国加人世界贸易组织，我国电力电子技术及变频技术产业将出现前所未有的发展机遇。

参考文献:

[1] 周明宝.电力电子技术[M].北京:机制工业出版社,1985.

[2]陈坚.电力电子学－电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社,2002.

[3]王兆安 黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2003.

[4]陈国呈,周勤利.变频技术研究[J].上海大学自动化学院学报,1995(6):23-26.

[5]王正元.面向新世纪的电力电子技术电源技术应用，2001

作者：陈　勇　叶文通　祝永华

电子器件变频技术分析论文 篇2：

变频技术及应用课程教学改革探讨

摘 要： 变频技术及应用是高等职业院校电气自动化专业的一门应用性主干专业课程。文章主要围绕课程定位和目标，从采用先进教学手段、强化教材建设、优化教学内容和完善考核评价机制等诸多方面研究和探讨如何提高变频器技术课程的教学质量，实现创新教学。

关键词： 变频技术 教学方法 教材建设 考核

随着电气和自动化技术的迅猛发展，知识更新换代的速度加快，人才竞争日趋激烈，对电气自动化专业教学提出了更高的要求。变频技术及应用作为高等职业院校电气自动化专业的一门重要专业课程，发展很快，实践性很强，变频器的应用对技术的进步、产品质量的提高、节能环保等方面起到了非常重要的作用。变频器已广泛应用于冶金、电力、煤炭、石化、医药、造纸、纺织、卷烟、建材、家电等行业。

我校自05级学生起开设变频技术课程，教学内容不断更新，我根据近几年的教学实践与体会，对变频器的课堂教学进行了探讨性研究，在教学中探索和实施创新教育，激发学生求知欲，使学生学有所获，适应企业需求。

1.课程定位和教学目标

变频技术及应用课程是高等职业院校电气自动化专业的一门必修课。通过学习，要使学生深刻理解通用变频器的各类功能含义，了解专用变频器的工业应用，培养学生在变频器应用方面的实践能力。课程相关的先修课程有《电机与变压器》、《电力拖动》、《电力电子技术》、《PLC应用技术》、《传感器及应用》等，后续课程有《自动控制技术》、《数控原理与系统》等。

变频技术及应用课程主要任务是结合变频器行业的发展现状，通过理论、实验、实训教学和课程设计，实现以下三个方面的教学目标。

知识目标：熟悉电力电子器件有关知识，理解变频调速的基本理论。掌握变频器的内部结构理论和外部端子功能，理解变频器相关功能的含义和作用。

能力目标：掌握变频器的基本操作方法和参数设置，具有根据工程需要设计、安装、调试及改造变频器控制系统的能力。具有变频器控制系统日常维护及故障诊断的基本能力。具有查阅相关技术资料和编写技术文件的能力，并具有利用技术资料学习相应变频器知识和操作、解决现场问题的能力。具有将相关课程知识融合，综合应用自动控制系统的能力。

素质目标：培养学生良好的职业道德。具备一丝不苟的工作作风和严谨的工作态度，具有明确的岗位责任意识；具有科学的思维方法、创新精神、实践能力和继续学习、掌握新技术的能力。

以上述课程定位和教学目标为指导，为社会培养具有高素质的掌握变频器应用技能的电气专业技术工人，以适应社会发展的需求。

2.更新教学手段，运用先进的教学方法，强化教学效果

由于条件有限，使教学内容和教学空间受限，思维空间和能力狭隘，导致学生分析问题和处理问题能力得到限制。运用多媒体技术、网络技术和信息技术教育等平台和手段改革传统的教学思想观念、教学方法和教学手段。我校电气自动化设备安装与维修专业为江苏省技工院校重点专业和常州市示范专业，变频技术及应用课程作为主干课程，开发网上教学资料，实现优质教学资源网络共享，使得教学内容的广度和深度得到明显提升，为学生自主学习、个性化学习提供了广阔平台。

变频技术课程涉及的知识多，有电力电子技术、微电子技术、PLC技术、现场总线技术等，学生掌握确实有一定难度，专业教师要学习运用新的教学方法。好的教学方法能调动学生学习的积极性和主动性，要使学生获得必需、够用、实用、适用的知识，实践证明任务驱动法是一种行之有效的方法。

任务驱动教学法的任务就是让学生做一件具体的事，完成具体的操作，把教学内容巧妙地隐含在每个任务之中，创造以学定教、学生主动参与、自主合作、探索创新的新型的学习方式，完成任务就是“任务驱动”，任务设计的质量直接关系到教学效果，因而选择的任务要具有典型性、实用性和吸引力。

课堂教学内容做到精讲多练，在有限学时内有针对性地组织教学内容、突出重难点，采用理论与实践结合紧密的任务驱动教学法，结合课程内容和学校现有实践条件，筛选、整合教学模块，在每个模块中设计若干个精选的任务，按照其难易程度安排教学，力求符合学生的认知规律，逐步引入。

任务驱动教学法教学模式主要以学生主动学习为主，教师以组织者、引导者的身份在学生学习过程中提出明确的要求，给予适当的建议，并适时引导。学生通过寻求完成任务的多种解决方案，培养创造性思维和创新能力。实施过程如下：

（1）导入和教学准备：激发兴趣，阐明任务目标，提供素材和参考资料，明确任务，完成任务相关知识的储备。

（2）教学内容：回忆旧知，以生产实例导引任务，相关知识讲解，主动探索、教师引导。制订操作计划，教师审核并提出意见，自我评估，完成调试。亦可以分组完成。

（3）教学评估：学生展示自我，提出未能解决的问题，讨论交流，再提高、再学习。

（4）课堂总结：鼓励为主，指出不足，为下节课做铺垫。

在实施任务驱动法教学的过程中，注意培养学生科学严谨地分析问题、解决问题的能力，调动学生的主动性、积极性和创造性。

3.加强课程教材建设，优化教学内容

各校高级维修电工班均开设了变频技术课程，好的教材是保证教学质量的前提，各校选用的教材不尽相同，有劳动出版社的、机械工业出版社的、电子工业出版社的等。我校自05级高级维修电工班起开设本课程，至今已经六届，期间教材几经更换，但基本上用的是劳动出版社的。

就目前许多教材来看，内容与变频器技术人才的需求脱节，教材所介绍的产品型号与学校教学设备不一致，理论知识深奥，不符合高职学生培养目标的要求。各校需组织经验丰富的专业教师，深入企业，了解变频器新技术、新工艺、新设备、新标准，了解企业对变频器技术人才的需求，寻求企业专家帮助，参考各版本教材和产品说明书，并结合学校设备的实际情况和学生的学习特点，力求自编能够体现课程教学目标的教材或实习指导书。编写的教材应贯彻以下原则：（1）参照国家职业标准对维修电工要求，满足岗位需求，体现够用、适用、实用指导思想，降低学习难度。（2）体现以技能为主线、理论为支撑的思路，处理好理论教学与技能训练的关系，结合学校实验教学设备安排实训项目，涵盖高级维修电工要求的知识点和技能点，学完该课程，学生能够掌握一定的变频器应用技能，达到高级工对该课程要求。（3）内容要体现先进性、广泛性和典型性，教材应有丰富的实际工程应用案例，教材内容应与企业新技术挂钩，吸收当今较为先进的变频器应用技术和经验，以期缩短学校教育与企业需要的距离，更好地满足企业用工需求。教师授课时，要突出职业能力培养目标，以一本教材或指导书为主，以多本教学参考书为辅，采用多种灵活的教学方法，自主选择、合理取舍，组织和优化教学内容。

4.考核方式及成绩评定

考核与成绩评定是教学过程中的一个重要环节，是重要的反馈和评价手段，也是促进学生学习的重要手段。考核包括理论知识和实践技能，包括职业能力和职业素质。本课程的考核综合了作业、实验、考试等环节，实验操作考核成绩所占的比例相当高。

经过反复讨论与改革，我校确定了以下课程评分机制：学期总评成绩=平时成绩（20%）+阶段测验（30%）+期末考试（50%，其中30—50%为实践技能题），其中：平时成绩=出勤（20%）+学习态度（30%）+作业成绩（50%），这种评分方式体现了对学习过程的考核，突出了技能。

我校在个别班级探索试行了用课程设计代替期末卷面考试，从实施效果来看，这种考核方式能大大提高学生综合运用知识的能力，体现专业知识应用、实用的原则，也为学生毕业设计作必要铺垫。课程设计考核方式能从设计方案的合理性、方案实施的操作水平、设计完成的质量、独立处理问题和合作交流能力等方面综合考核评价，准确地反映学生的真实水平。

5.课改中待解决的问题

在课程教学改革过程中，需要解决以下问题：

（1）师资建设

教师要不断学习先进的教育教学理论，更新教育理念，树立现代教育思想。教师的教学水平和业务能力是培养学生职业能力的重要保障。近年来，随着电力电子技术和微电子技术的迅速发展，变频器新技术、新产品层出不穷，学校应每年有计划地组织专业教师参加校内外的师资培训，提高教师的专业理论水平和实操能力。另外，教师要利用为企业服务的条件不断提高业务能力和专业水平，适时补充新内容、搜集更多的技术资料，学习新知识、新技能，了解新产品、新技术和企业的培养需求，拓宽视野，促进教学水平和综合能力的提高。引导学生订阅变频器和电气专业杂志，利用网络资源，了解新技术，学习新理论，拓宽知识面，提高学生对专业的兴趣，如常用参考网站有中国工控网、中国传动网等。

（2）实验室建设

实验设备是开展实践教学的物质保障。当前许多学校相应的实验室还在完善中，设施不完备，工位不足，实习或实验不得不分批或流转完成，有些实训项目尚不能开展，学生得不到充分训练，影响了教学质量。学校还要加大设备的投入，改善实训条件。我校教师充分利用学校现有资源，根据课程教学的需求，自制实训台，基本满足变频技术课程实验和高级维修电工实习需要。

在学校资金不足的情况下，学校要主动寻求合作企业帮助，建立校外实习基地。如需学习多种变频器的使用，学生可在熟悉了一种品牌变频器配置的基础上，再运用变频器模拟仿真软件学习其他品牌的变频器，强调实用性，注重培养学生利用技术资料学习新知识的能力，节约教学资源。

（3）教学建议

若教学实际时数与课程分配建议时数有偏差，根据实际情况微调。根据本课程的性质与特点，理论内容以定性分析为主，定量计算不作过高的要求。变频器产品更新较快，教师授课时有意识地根据技术发展现状，适时补充新内容，开展课外教学活动，开放实验室，带学生到企业参观，鼓励学生参加技能大赛、参与实际工程设计。建议学生每个任务采用不同品牌的变频器控制，适应企业需求。有条件的情况下探索行动导向法、反转课堂、案例教学、一体化等先进方法。

在实施素质教育、推进教育现代化的过程中，职业教育要跟上时代发展的步伐，不被市场淘汰，职业教育工作者必须勇于创新、勇于争先，提高素质和业务水平，不断充电，更新观念，摈弃落后思想，研究学情，探索新的、易于被学生接受的教学方法，激发学生的求知欲。变频技术及应用课程教学改革需要不断探索和实践，调动学生的学习积极性和主动性，加强实践教学环节。提高学生的综合职业能力是一项系统工程，需要教育工作者长期实践和探索。

参考文献：

[1]唐修波.变频技术及应用[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2006.

[2]骆震波.传感器及应用课程教学探讨[J]. 考试周刊，2012（52）.

[3]黄静华.浅谈《变频技术及应用》课程的改革与实践[J].轻工科技，2009（11）.

[4]谢自能.职高《电子线路》教学创新之我见[J].中国基础教育研究，2010（10）.

作者：骆震波

电子器件变频技术分析论文 篇3：

电子变频技术的研究

[摘要]电力电子器件和变频技术的发展过程,以及变频技术在家用电器的应用给变频技术的应用也带来谐波、电磁干扰和电源系统功率因数下降等问题,提出相关的谐波抑制方法及提高电源系统功率因数的措施。

[关键词]变频技术谐波功率因数

随着电力电子、计算机技术的迅速发展,交流调速取代直流调速已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。变频技术是交流调速的核心技术,电力电子和计算机技术又是变频技术的核心,而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术,广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域,现已成为各国竞相发展的一种高新技术。

一、变频技术的发展过程

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。

VVVF变频器的控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交-直-交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交交变频应运而生。

二、变频技术与家用电器

现代社会,家用电器开始逐步变频化,出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等。家用电器则依托变频技术,主要瞄准高功能和省电。

首先是电冰箱,由于它处于全天工作,采用变频制冷后,压缩机始终处在低速运行状态,可以彻底消除因压缩机起动引的噪声,节能效果更加明显。其次,空调器使用变频后,扩大了压缩机的工作范围,不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制,达到降低电力消耗,消除由于温度变动而引起的不适感。近年来,新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化,而且利用高速运行能实现快速冷冻。在洗衣机方面,过去使用变频实现可变速控制,提高洗净性能,新流行的洗衣机除了节能和静音化外,还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热,没有燃气和电加热的炽热部分,因此不但安全,还大幅度提高加热效率,其工作频率高于听觉之上,从而消除了饭锅振动引起的噪声。

三、电力电子装置带来的危害及对策

(一)谐波与电磁干扰的对策

1.谐波抑制。为了抑制电力电子装置产生的谐波,一种方法是进行谐波补偿,即设置谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用IC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。其缺点是,补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。此外,它只能补偿固定频率的谐波,效果也不够理想。电力电子器件普及应用之后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是,从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波,从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多,波形越接近正弦,但电路结构越复杂。小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数,一般采用二极管整流加PWM斩波,常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。

2.电磁干扰抑制。解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt,目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:(1)开关器件上串联电感,这样可抑制开关器件导通时的di/dt,使器件上不存在电压、电流重叠区,减少了正关损耗;(2)开关器件上并联电容,当器件关断后抑制du/dt上升,器件上不存在电压、电流重叠区,减少了开关损耗;(3)器件上反并联二极管,在二极管导通期间,开关器件呈零电压、零电流状态,此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。

目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。

(二)功率因数补偿

早期的方法是采用同步调相机,它是专门用来产生无功功率的同步电机,利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而,由于它是旋转电机,噪声和损耗都较大,运行维护也复杂,响应速度慢。因此,在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。随着电力电子技术的不断发展,使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展,其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点,而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后,可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是,静止无功发生器使用的抗器和电容元件小,大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。

电力电子技术将成为21世纪重要的支柱技术之一,变频技术在电力电子技术领域中占有重要的地位,近年来在中压变频调速和电力牵引领域中的发展引人注目。随着全球经济一体化及我国加人世界贸易组织,我国电力电子技术及变频技术产业将出现前所未有的发展机遇。

参考文献:

[1]刘志、朱文坚,光机电一体化技术,现代制造工程,2001(12).

[2]梁进秋,微光机电系统国内外研究进展,光机电信息,2000(8).

[3]宋云夺编译,光机电一体化业的未来,光机电信息,2003(12).

作者简介:

黄世祥,男,贵州大学07级微电子学与固体电子学在读研究生,研究方向:电子技术。

作者：黄世祥