有关电力电子及电力传动研究动态现状如何

[机械电力电子等文章在那个期刊发表]电子类期刊名称期刊级别电力电子技术浙江大学学位与研究生教育期刊A类电子测量与仪器学报浙江大学学位与研究生教育期刊A类电子科技大学学报浙江大学学位与研究生教...+阅读

有关电力电子及电力传动研究动态现状如何

随着电力电子技术及大规模集成电路、微处理器控制技术的发展，功率半导体电力变换技术也得到迅速发展。20世纪60年代后半段开始，功率半导体器件从SCR（普通晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压IGBT）。器件的每一次更新都为电力变换技术的发展注入新的活力。作为联系弱电与强电的纽带，电力变换技术提供了控制电功率流动与改变电能形态的有力手段，输出适合其负载的最佳电压和电流，以达到满足工业技术要和节约能源的目的。电气传动是电力变换技术最重要的应用领域之一。

电气传动装置的应用范围小至机器人中精密的、高精度的位置控制，大至流量可调的大型水泵、风机的调速驱动，功率范围从数瓦至数兆瓦。电力电子变流器作为输入功率与电动机之间的接口设备，控制电动机的转速或转子位置，以满足被电动机驱动的机械设备的需要。随着交流电动机调速理论的突破和调速装置（主要是变频器）性能的完善，电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速，而且随着控制技术和控制手段的不断提高，变频调速又由VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)控制的PWM(Pulse Width Modulation)变频调速发展到矢量控制（Vector or Field-Oriented Control）、直接转矩控制（Direct Torque and Flux Control--DTC）变频调速，提高了变频器的动、静态特性，使得交流电动机变频调速性能大大提高。

在高性能的变频调速控制系统里，转速（位置）闭环控制环节是必不可少的，通常采用与电动机同轴安装的机械式转子速度（位置）传感器，如光电编码器，旋转变压器等，但这些机械式转子速度（位置）传感器有机械安装、使用环境、电缆连接等诸多应用限制，其可靠性受到很大影响。为了克服机械式转子速度（位置）传感器安装带来的种种缺陷、简化硬件系统、减少设备故障率，在矢量控制、直接转矩控制变频调速的基础上又发展了无速度（位置）传感器的变频调速。近年来，这项研究已经成为交流传动领域的一个新的热点问题。交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。

为了进一步提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作正围绕以下几个方面展开： 1. 采用新型功率半导体器件和脉宽调制（PWM）技术功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。

电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型PWM变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动（发电）状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器，必须采用可逆变流器，如采用两套可控整流器反并联、采用PWM控制方式的自换相变流器（斩控式整流器或PWM整流器）。网侧变流器采用PWM控制的变频器称为双PWM控制变频器，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点，代表一个新的技术发展动向，但成本问题限制了它的发展速度。

通常的交-交变频器都有输入谐波电流大、输入功率因数低的缺点，只能用于低速（低频）大容量调速传动。为此，矩阵式交-交变频器应运而生。矩阵式交-交变频器功率密度大，而且没有中间直流环节，省去了笨重而昂贵的储能元件，它为实现输入功率因数为1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。随着电压型PWM变频器在高性能的交流传动系统中应用日趋广泛，PWM技术的研究越来越深入。PWM利用功率半导体器件的高...

电子技术发展方向

未来电子技术发展方向

1. 半导体生存系统正在发生变化。随着半导体产业数十年的发展，整机制造商和半导体供应商的需和服务都在发生转变：从整机制造商来看，其需层次已由器件、参考设计上升到总体解决方案，包括硬件、软件，甚至外形等工业设计，这对半导体厂商提出更高的要；另一方面，半导体供应商面临更多的挑战，包括更高的集成度、更低的功耗、更低的成本。基于这些要，业界的广泛合作会成为一个必然。

2. 平台解决方案的重要性和业界的接受程度日益明显。领先的半导体公司纷纷推出了各具特色的平台产品，其优势体现在强大的功能、广泛的第三方软件和硬件支持、产品的可延续性和升级性等。

3. 可靠、高效率、低功耗是业界对电源系统的永久追。从目前一些领先电源半导体制造商的解决方案来看，在中、小功率应用中，提高效率、降低成本仍然是主要的作为；而对于大功率应用来看，多相位无疑将成为主流，在服务器、电信设备中的应用中已明显看到这个趋势。

4. 可编程技术和器件将与平台半导体解决方案形成更激烈的竞争态势，并促进FPGA/CPLD器件密度的进一步提高，以及面向特定应用的新型器的研发。

5. EDA工具和半导体IP成为半导体工业发展的重要支持力量。半导体工艺向90nm以及65nm、45nm直至32nm的进程大大增加了芯片复杂度，而其它需，如采用CMOS工艺实现模拟和射频电路、DFM、DFT等，对EDA工具提出了更高的要。SiP是半导体厂商可以考虑的一种重要模式。

6. 模拟器件仍然无处不在。数字家庭中的无线连接、新潮便携数码产品中的音频电路、电源管理、信号通路使模拟器件的重要性日益突显，我们看到的趋势是在数字世界中创造了更多的模拟应用，放大器、ADC/DAC、接口都是明显的例子。未来，我们应该更关注的是模拟及数字器件将如何不断融合的发展进程。

7. 信息加密系统是身份认证、信息保密、信息完整以及信息确认方面的保证。PKI加密算法等，可以提供数据的安全保障，而结合了智能卡和PKI的智能卡存储加密解决方案，通过“卡”和“密钥”的共同使用，可以进一步提高安全的可靠性。同时，生物密钥、量子密钥等其它加密手段也在取得进展。

望采纳。