【論文關(guān)鍵詞】：容量選擇；傳動(dòng)系統(tǒng)；最高頻率；傳動(dòng)比；制動(dòng)電阻

【論文摘要】：對(duì)變頻調(diào)速器在實(shí)踐應(yīng)用中容量的正確選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及外接制動(dòng)電阻等方面的問題，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。

隨著電力技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)步，進(jìn)入了普及應(yīng)用階段。在我國(guó)，變頻調(diào)速器也正越來越廣泛地被采用，與此同是地，如何正確地選好、用好已成為廣大用戶十分突出的問題了。

1.關(guān)于容量選擇

在變頻調(diào)速器的說明書中，為了幫助用戶選擇容量，都有"配用電動(dòng)機(jī)容量"一欄，然而，這一欄的含義卻不夠確切，常導(dǎo)致變頻器的誤選。

各種生產(chǎn)機(jī)械中，電動(dòng)機(jī)的容量主是根據(jù)發(fā)熱原則來選定的。就是說，在電動(dòng)機(jī)帶得動(dòng)的前提下，只要其溫升在允許范圍內(nèi)，短時(shí)間的過載是允許的。電動(dòng)機(jī)的過載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。電動(dòng)機(jī)的溫升，所謂"短時(shí)間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調(diào)速器的過載能力為：150％，l分鐘。這個(gè)指標(biāo)，對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，只有在起動(dòng)過程才有意義，在運(yùn)行過程中，實(shí)際上是不允許載。

【論文關(guān)鍵詞】：容量選擇；傳動(dòng)系統(tǒng)；最高頻率；傳動(dòng)比；制動(dòng)電阻

【論文摘要】：對(duì)變頻調(diào)速器在實(shí)踐應(yīng)用中容量的正確選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及外接制動(dòng)電阻等方面的問題，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。

隨著電力技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)步，進(jìn)入了普及應(yīng)用階段。在我國(guó)，變頻調(diào)速器也正越來越廣泛地被采用，與此同是地，如何正確地選好、用好已成為廣大用戶十分突出的問題了。

1.關(guān)于容量選擇

在變頻調(diào)速器的說明書中，為了幫助用戶選擇容量，都有"配用電動(dòng)機(jī)容量"一欄，然而，這一欄的含義卻不夠確切，常導(dǎo)致變頻器的誤選。

各種生產(chǎn)機(jī)械中，電動(dòng)機(jī)的容量主是根據(jù)發(fā)熱原則來選定的。就是說，在電動(dòng)機(jī)帶得動(dòng)的前提下，只要其溫升在允許范圍內(nèi)，短時(shí)間的過載是允許的。電動(dòng)機(jī)的過載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。電動(dòng)機(jī)的溫升，所謂"短時(shí)間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調(diào)速器的過載能力為：150％，l分鐘。這個(gè)指標(biāo)，對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，只有在起動(dòng)過程才有意義，在運(yùn)行過程中，實(shí)際上是不允許載。

摘要：分析了由MCU和雙向晶閘管開關(guān)來控制通用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的原理，提出了一種提高電動(dòng)機(jī)效率的設(shè)計(jì)方案，給出了該實(shí)現(xiàn)方案的硬件電路和軟件程序框圖，同時(shí)給出了實(shí)驗(yàn)仿真的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：微控制器；晶閘管開關(guān)；電路板

1引言

在日常生產(chǎn)與生活中，大量電動(dòng)機(jī)都以規(guī)定的速度和功率去拖動(dòng)各種機(jī)械。而在軍事上，很多應(yīng)用往往要求旋轉(zhuǎn)天線在各種條件下都要保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng),這就要求在不同的情況下，電動(dòng)機(jī)能相應(yīng)調(diào)整工作速度，以保持恒定的速度。要實(shí)現(xiàn)這一功能，最常用的方法是對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。改變直流電動(dòng)機(jī)的電樞或交流電動(dòng)機(jī)的定子電壓，都可以在一定的范圍里改變轉(zhuǎn)速；也可用雙向晶閘管交流開關(guān)或直接選用模擬控制的通用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器來取代笨重的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組以及飽和電抗器。本文介紹一個(gè)直接由110／240V電源供電的通用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)MCU以及一個(gè)雙向晶閘管開關(guān)來實(shí)現(xiàn)控速的設(shè)計(jì)方法。其中單片機(jī)選用Microchip公司的PIC12F675。與用戶接口的方式有三種一個(gè)是接觸傳感器；一個(gè)是按鈕；一個(gè)是電位器。筆者在該仿真實(shí)驗(yàn)中采用的是電位器。輔助電源從電源電壓中變壓整流獲得。

2設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)

2．1電路結(jié)構(gòu)

摘要:本文主要介紹交流電機(jī)的控制使用，主要因?yàn)榻涣麟姍C(jī)已經(jīng)取代以前直流電機(jī)的重要作用，因此進(jìn)一步研究交流調(diào)速控制，對(duì)于我們以后工業(yè)發(fā)展和節(jié)能減排等有著十分現(xiàn)實(shí)的意義。

關(guān)鍵詞:STM32;交流電機(jī);SVPWM

1緒論

如今生產(chǎn)生活中交流電機(jī)的使用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了直流電機(jī)，而在交流電機(jī)中由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速不同，分成了異步電動(dòng)機(jī)和同步步電動(dòng)機(jī)。前者由于負(fù)載的轉(zhuǎn)速與輸入電網(wǎng)的頻率之比可以不為定值。［1］它與后者相比內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)方便、運(yùn)行可靠，而且質(zhì)量輕，花費(fèi)成本低，因此我們把交流異步電動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象。［2］

2系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主電路采用交－直－交變壓型電路。該系統(tǒng)主電路主要由整流，濾波以及IPM等部分組成。本文選擇的控制部分也是當(dāng)今使用最為廣泛的STM32F1系列單片機(jī)，可用來處理反饋環(huán)節(jié)返回來的變量以及產(chǎn)生精確地SVPWM波來驅(qū)動(dòng)IPM模塊，總體框圖如圖1所示。2．1電流采樣電路。它的主要作用是采集系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的電流，通過該模塊處理后返回到MCU中，電流采樣電路如圖2所示。2．2測(cè)速模塊。本系統(tǒng)中我們采用的是M法，我們將它的A和B兩個(gè)引腳同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于它每一次旋轉(zhuǎn)都可以產(chǎn)生產(chǎn)生1024個(gè)脈沖。兩個(gè)引腳同時(shí)計(jì)數(shù)可以讓我們的結(jié)果更加精確。將這兩個(gè)引腳的輸入到MCU的IO口中進(jìn)行處理。2．3主電路設(shè)計(jì)。它是來執(zhí)行變頻調(diào)速的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該電路采用的是交－直－交變壓變頻。如圖中間經(jīng)過的是直流，它采用的是大電容來進(jìn)行濾波操作。本系統(tǒng)采用的整流器是二極管，最右側(cè)輸出的波形接近正弦波。2．4IPM選擇。在選用它時(shí)，我們首先要考慮的是系統(tǒng)能正常運(yùn)行。額定電壓值計(jì)算:Un1．5Ud=1．5×540=810V額定電流值計(jì)算:In=(1．2～2)*λ*Im=(1．2～2)×1．5×槡2×8=20．34～33．9A該式中的為我們通常所說的安全裕量。λ為所有電機(jī)的過載倍數(shù)，最終選擇的IPM型號(hào)為PM50RSA120。該型號(hào)的最大耐壓為1200V，電流為50A。［3］

【摘要】《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》課程是自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是一門集理論與實(shí)踐于一身的課程。這門課程需要電磁學(xué)、微積分、電工技術(shù)等多門學(xué)科為基礎(chǔ)，內(nèi)容抽象，對(duì)理論與實(shí)踐均要求較高，是一門既難教又難學(xué)的課程。本文從本校教學(xué)實(shí)際出發(fā)，分析《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》課程教學(xué)過程中存在的問題，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及實(shí)踐應(yīng)用等方面進(jìn)行改革，開展“模塊化”教學(xué)，取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)；教學(xué)改革；模塊化教學(xué)；任務(wù)驅(qū)動(dòng)

近年來，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才已成為各個(gè)高校培養(yǎng)人才的方向，各個(gè)專業(yè)增開涉及到新技術(shù)、新理論的各類課程，多門專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課程的學(xué)時(shí)被壓縮，學(xué)時(shí)少、任務(wù)重是日常教學(xué)中必須解決的矛盾。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，高質(zhì)量地教，高質(zhì)量地學(xué)，是當(dāng)前教學(xué)過程必須解決的問題。

1教學(xué)中面臨的問題

《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》在自動(dòng)化專業(yè)的課程中，是一門既難學(xué)又難教的課程，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1.1內(nèi)容多而學(xué)時(shí)少?！峨姍C(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容包含電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)兩方面內(nèi)容，概念繁多，公式種類紛繁復(fù)雜。本校教學(xué)學(xué)時(shí)為40學(xué)時(shí)，包含8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)。如何更好地利用這40個(gè)學(xué)時(shí)，使學(xué)生對(duì)電機(jī)、電力拖動(dòng)這兩大模塊知識(shí)具有基礎(chǔ)理論與基本的實(shí)踐操作技能，是這門課教學(xué)過程中急需解決的問題。1.2內(nèi)容抽象而實(shí)踐性強(qiáng)?！峨姍C(jī)與拖動(dòng)機(jī)車》課程是以《高等數(shù)學(xué)》中的微積分運(yùn)算、《大學(xué)物理》中的電磁學(xué)、《電路理論》中的基本概念、元件等知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)。需要學(xué)生對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)熟練掌握，理解透徹，否則會(huì)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏難情緒，甚至影響學(xué)習(xí)效果。實(shí)踐上包含電機(jī)的啟動(dòng)、工作特性與機(jī)械特性的測(cè)定、調(diào)速與制動(dòng)等電機(jī)運(yùn)行的幾個(gè)環(huán)節(jié)，需要了解電機(jī)結(jié)構(gòu)、掌握電機(jī)工作原理以及運(yùn)行性能，才能夠更好地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、分析?shí)驗(yàn)結(jié)果。

2《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》模塊化劃分

1直流電機(jī)電樞絕緣結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)電樞絕緣結(jié)構(gòu)，是由繞組絕緣、換向器絕緣、支架絕緣、扎鋼絲絕緣和層間絕緣等組成。由于采用的電樞繞組的型式，電壓等級(jí)和綁扎材料不同，電樞絕緣結(jié)構(gòu)某些地方有所變化。

1.1電樞繞組絕緣電樞繞組絕緣結(jié)構(gòu)隨繞組結(jié)構(gòu)型式不同而有所區(qū)別。為了提高防潮性能，大型直流電機(jī)電樞繞組一般采用連續(xù)式絕緣。

1.1.1匝間絕緣作用是絕緣同一線圈中的相鄰元件，只承受片間電壓。大型直流電機(jī)匝間絕緣一般采用裸銅線外半疊包一層0.1毫米云母帶，或直接采用高強(qiáng)度漆包雙玻璃絲包線。中、小型電機(jī)一般采用雙玻璃絲包線即可。在F級(jí)薄膜絕緣大型電機(jī)可采用0.05毫米薄膜半疊包一層并將薄膜“燒結(jié)”在導(dǎo)體上，或加包一層玻璃絲帶。中、小型電機(jī)半疊包0.05毫米薄膜一層或?qū)⒈∧ぁ盁Y(jié)”在導(dǎo)體上。

1.1.2對(duì)地絕緣主絕緣，承受線圈對(duì)鐵心間的全電壓。1000伏級(jí)大型電機(jī)：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞三層。660伏級(jí)中型電機(jī)：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞二層(連續(xù)式絕緣)或0.2毫米云母箔卷包2層(套筒式絕緣)。F級(jí)薄膜大型電機(jī)：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞四層。中、小型F級(jí)或H級(jí)電機(jī)：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞2～3層。

1.1.3保護(hù)布帶主要保護(hù)主絕緣免受機(jī)械損傷。一般B級(jí)絕緣電機(jī)采用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞或平繞一層。F級(jí)薄膜絕緣一般不用保護(hù)布帶，有時(shí)為可靠起見，也用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層。

【摘要】公鐵兩用牽引車是可以在鐵路和公路行駛的車輛，主要用于對(duì)列車在庫房、工位、移車臺(tái)之間的鐵路線路上牽引作業(yè)，同時(shí)可在基地道路或檢修庫房普通地面上運(yùn)行。系統(tǒng)采用電傳動(dòng)方式，以蓄電池為動(dòng)力電器設(shè)計(jì)。電器系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保，工作噪音不大于60dB，維護(hù)量低，傳動(dòng)效率高，采用先進(jìn)可靠的交流電機(jī)，閉環(huán)控制系統(tǒng)、無級(jí)變速驅(qū)動(dòng)，確保運(yùn)行安全可靠。

【關(guān)鍵字】驅(qū)動(dòng)器；控制器；電池管理系統(tǒng)

一、設(shè)計(jì)背景

公鐵兩用車的電氣控制部分主要組成如圖1所示：電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器：電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器是整車的核心部件，控制器接收來自操縱臺(tái)的的各種主令信號(hào)（主令信號(hào)主要包括加速、制動(dòng)、啟動(dòng)、緊急制動(dòng)等指令），以及各傳感器傳送的檢測(cè)信號(hào)，通過CAN總線通訊向變頻器發(fā)送轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速指令控制電機(jī)。通過CAN總線把車速、電池電量等信息在顯示器上顯示。變頻器：兩用車配備的變頻器用于控制牽引電機(jī)，對(duì)電機(jī)采取轉(zhuǎn)矩控制。變頻器具有豐富的保護(hù)功能，包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)和過熱保護(hù)等，保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。主要控制對(duì)象為驅(qū)動(dòng)電機(jī)和油泵電機(jī)，也是整車最關(guān)鍵部分，下面分別介紹目前該車的電機(jī)主要參數(shù)。1.牽引電機(jī)。牽引電機(jī)選用意大利SME公司生產(chǎn)的MC225型交流電機(jī)，該交流電機(jī)額定電壓48V，額定功率16kW，額定轉(zhuǎn)矩150Nm，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，峰值功率可達(dá)到47.8kW，峰值轉(zhuǎn)矩314Nm，最高轉(zhuǎn)速4500r/min。牽引電機(jī)是鼠籠轉(zhuǎn)子交流電機(jī)，壽命長(zhǎng)，不需要維護(hù)；電機(jī)具有0速輸出最大轉(zhuǎn)矩的能力，從而獲得最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由變頻器控制主電機(jī)，對(duì)電機(jī)的控制方式有轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制2種，可以根據(jù)指令切換；回饋制動(dòng)功能將電機(jī)制動(dòng)的能量給電池充電，提高了電能利用率，延長(zhǎng)電池一次充電的工作時(shí)間；變頻器具有豐富的保護(hù)功能，包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)和過熱保護(hù)等，保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。2.油泵電機(jī)。除牽引電機(jī)外，系統(tǒng)中還有一個(gè)泵電機(jī)用來驅(qū)動(dòng)油泵。泵電機(jī)采用意大利SME公司生產(chǎn)的MT719B2型，額定功率10kW，額定轉(zhuǎn)速1500rpm，可以為導(dǎo)輪、助力轉(zhuǎn)向器和剎車油泵提供動(dòng)力。

二、設(shè)計(jì)思路

通過對(duì)被控制對(duì)象的分析，需要實(shí)現(xiàn)一套大扭矩的電動(dòng)車。電氣系統(tǒng)部分的核心在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制，需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，調(diào)頻調(diào)速，制動(dòng)控制，能量回收等，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為交流異步電機(jī)。縱觀市場(chǎng)，此類控制器也比較多，應(yīng)用廣泛，如叉車、牽引車、代步車、景區(qū)擺渡車等類電動(dòng)車，技術(shù)比較成熟，通過系統(tǒng)集成方式完成一套控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1直流電機(jī)電樞絕緣結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)電樞絕緣結(jié)構(gòu)，是由繞組絕緣、換向器絕緣、支架絕緣、扎鋼絲絕緣和層間絕緣等組成。由于采用的電樞繞組的型式，電壓等級(jí)和綁扎材料不同，電樞絕緣結(jié)構(gòu)某些地方有所變化。

1.1電樞繞組絕緣電樞繞組絕緣結(jié)構(gòu)隨繞組結(jié)構(gòu)型式不同而有所區(qū)別。為了提高防潮性能，大型直流電機(jī)電樞繞組一般采用連續(xù)式絕緣。

1.1.1匝間絕緣作用是絕緣同一線圈中的相鄰元件，只承受片間電壓。大型直流電機(jī)匝間絕緣一般采用裸銅線外半疊包一層0.1毫米云母帶，或直接采用高強(qiáng)度漆包雙玻璃絲包線。中、小型電機(jī)一般采用雙玻璃絲包線即可。在F級(jí)薄膜絕緣大型電機(jī)可采用0.05毫米薄膜半疊包一層并將薄膜“燒結(jié)”在導(dǎo)體上，或加包一層玻璃絲帶。中、小型電機(jī)半疊包0.05毫米薄膜一層或?qū)⒈∧ぁ盁Y(jié)”在導(dǎo)體上。

1.1.2對(duì)地絕緣主絕緣，承受線圈對(duì)鐵心間的全電壓。1000伏級(jí)大型電機(jī)：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞三層。660伏級(jí)中型電機(jī)：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞二層(連續(xù)式絕緣)或0.2毫米云母箔卷包2層(套筒式絕緣)。F級(jí)薄膜大型電機(jī)：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞四層。中、小型F級(jí)或H級(jí)電機(jī)：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞2～3層。

1.1.3保護(hù)布帶主要保護(hù)主絕緣免受機(jī)械損傷。一般B級(jí)絕緣電機(jī)采用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞或平繞一層。F級(jí)薄膜絕緣一般不用保護(hù)布帶，有時(shí)為可靠起見，也用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層。

摘要：介紹了采用實(shí)際控制器輸出的PWM開關(guān)邏輯信號(hào)定義正、負(fù)半橋開關(guān)函數(shù)，建立逆變器的Simulink實(shí)時(shí)模型。該模型既可實(shí)現(xiàn)電力驅(qū)動(dòng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中逆變器與電機(jī)模型的解耦，又可以確定逆變器開關(guān)死區(qū)時(shí)間。還給出了基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真環(huán)境的逆變器-異步電機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，針對(duì)開關(guān)頻率為1kHz的逆變器，采樣周期為11μs的實(shí)時(shí)仿真與仿真步長(zhǎng)為100ns的離線仿真結(jié)果無明顯差別。

關(guān)鍵詞：逆變器開關(guān)函數(shù)實(shí)時(shí)仿真

在交通和某些工業(yè)領(lǐng)域中的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制過程中，直接使用實(shí)際電機(jī)系統(tǒng)對(duì)新的控制器進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，而且費(fèi)用較高。因此，需要介于離線仿真和實(shí)機(jī)試驗(yàn)之間的逆變器-交流電機(jī)實(shí)時(shí)仿真器，與實(shí)際控制器硬件相連，在閉環(huán)條件下對(duì)實(shí)際控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試。由于這種實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)回路中有實(shí)際控制器硬件介入，因此被稱為硬件在回路仿真（Hardware-in-the-LoopSimulation）。

盡管在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)是必不可少的，但是由于采用實(shí)機(jī)難以進(jìn)行極限與失效測(cè)試，而采用實(shí)時(shí)仿真器可以自由地給定各種測(cè)試條件，測(cè)試被測(cè)控制器的性能，因此實(shí)時(shí)仿真器可作為快速控制原型（RapidControlPrototyping）的虛擬試驗(yàn)臺(tái)，在電機(jī)、逆變器、電源和控制器需要同時(shí)工作的并行工程中必不可少。

圖1電源-濾波-逆變器-交流電機(jī)系統(tǒng)

由于目前數(shù)字計(jì)算機(jī)處理速度的限制，不能實(shí)現(xiàn)亞微秒級(jí)物理模型實(shí)時(shí)仿真，需要對(duì)逆變器開關(guān)過程進(jìn)行理想化處理，因此引入了離散事件系統(tǒng)。離散事件逆變器子系統(tǒng)與連續(xù)時(shí)間電機(jī)子系統(tǒng)耦合，使變流器-電機(jī)實(shí)時(shí)仿真器成為變因果和變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。變因果是指離散開關(guān)事件發(fā)生前后，描述連續(xù)時(shí)間電機(jī)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程的輸入變量與輸出變量會(huì)變換位置；變結(jié)構(gòu)是指在仿真進(jìn)程中，離散開關(guān)事件引發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因而需要對(duì)動(dòng)態(tài)方程不斷地進(jìn)行調(diào)整和初始化[1]。

一、電力電子技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。

1、整流器時(shí)代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國(guó)大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。

2、逆變器時(shí)代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取＿@時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。