摘要：本文自動(dòng)化論文作者結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，針對全控型電力電子開關(guān)、變換器電路、交流調(diào)速控制、通用變頻器、單片機(jī)、集成電路及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展幾方面論述了電氣自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；變換器系統(tǒng)
　　0論文前言
　　電氣自動(dòng)化專業(yè)在我國最早開設(shè)于5O年代，名稱為工業(yè)企業(yè)電氣自動(dòng)化。雖經(jīng)歷了幾次重大的專業(yè)調(diào)整，但由于其專業(yè)面寬，適用性廠，一直到現(xiàn)在仍然煥發(fā)著勃勃生機(jī)。據(jù)教育部最新公布的本科專業(yè)設(shè)置目錄，它屬于工科電氣信息類。新名稱為電氣二程及其自動(dòng)化或自動(dòng)化。
　　隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)溝迅猛發(fā)展，原有的電力傳動(dòng)(電子拖動(dòng))控制的概念已經(jīng)不能充分概抓現(xiàn)代生產(chǎn)自動(dòng)化系流中承擔(dān)第一線任務(wù)的全部控制設(shè)備。而且，電力拖動(dòng)控制已經(jīng)走出工廠，在交通、農(nóng)場、辦公室以及家用電器等領(lǐng)域獲得了廣泛運(yùn)用。它的研究對象已經(jīng)發(fā)展為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，下面僅對有關(guān)電氣自動(dòng)化技術(shù)的新發(fā)展作一些介紹。
　　1全控型電力電子開關(guān)逐步取代半控型晶閘管
　　5O年代末出現(xiàn)的晶閘管標(biāo)志著運(yùn)動(dòng)控制的新紀(jì)元。它是第一代電子電力器件，在我國至今仍廣泛用于直流和交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)。隨著交流變頻技術(shù)的興起，相繼出現(xiàn)了全控式器件——GTR、GTO、P—MOSEFT等。這是第二代電力電子器件。由于目前所能生產(chǎn)的電流／電壓定額和開關(guān)時(shí)間的不同，各種器件各有其應(yīng)用范圍。
　　GTR的二次擊穿現(xiàn)象以及其安全工作區(qū)受各項(xiàng)參數(shù)影響而變化和熱容量小、過流能力低等問題，使得人們把主要精力放在根據(jù)不同的特性設(shè)計(jì)出合適的保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路上，這也使得電路比較復(fù)雜，難以掌握。
　　GT0是一種用門極可關(guān)斷的高壓器件，它的主要缺點(diǎn)是關(guān)斷增益低，一般為4～5，這就需要一個(gè)十分龐大的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路，且它的通態(tài)壓降比普通晶閘管高，約為2～4．5V，開通di／dt和關(guān)斷dv／dt也是限制GTO推廣運(yùn)用的另一原因，前者約為500A／us，后者約為500V／us，這就需要一個(gè)龐大的吸收電路。
　　由于GTR、GT0等雙極性全控性器件必須要有較大的控制電流，因而使門極控制電路非常龐大，從而促進(jìn)廠新一代具有高輸入阻抗的M0S結(jié)構(gòu)電力半導(dǎo)體器件的一切。功率MOSFET是一種電壓驅(qū)動(dòng)器件，基本上不要求穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電路只需要在器件開通時(shí)提供容性充電電流，而關(guān)斷時(shí)提供放電電流即可，因此驅(qū)動(dòng)電路很簡單。它的開關(guān)時(shí)間很快，安全工作區(qū)十分穩(wěn)定，但是P—MOSFET的通態(tài)電壓降隨著額定電壓的增加而成倍增大，這就給制造高壓P—MOSFET造成了很大困難。
　　IGBT是P—MOSFET工藝技術(shù)基礎(chǔ)上的產(chǎn)物，它兼有MOSFET高輸入阻抗、高速特性和GTR大電流密度特性的混合器件。其開關(guān)速度比P—MOSFET低，但比GTR快其通態(tài)電壓降與GTR相擬約為1．5～3．5V，比P—MOSFET小得多，其關(guān)斷存儲時(shí)間和電流I、降時(shí)間為別為O．2～O．4us和O．2～1．5s，因而有較高的工作頻率，它具有寬而穩(wěn)定的安個(gè)工作區(qū)，較高的效率，驅(qū)動(dòng)電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。
　　2變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)展
　　隨著電力電子器件的更新，由它組成的變換器電路也必然要換代。應(yīng)用普通晶閘管時(shí)，直流傳功的變換器主要是相控整流，而交流變頻動(dòng)則是交一直一交變頻器。當(dāng)電力電子器件人第二代后，更多早采用PWM變換器了、采用PWM方式后，提高了功率因數(shù)，減少了高次諧波對電網(wǎng)的影響，解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題。
　　但是PWM逆變器中的電壓、電流的諧波分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)作用在定轉(zhuǎn)子上，使電機(jī)繞組產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出噪聲。為了解決這個(gè)問題，一種方法是提高開關(guān)頻率，使之超過人耳能感受的范圍，但是電力電子器件在高電壓大電流的情況下導(dǎo)通或關(guān)斷，開關(guān)損耗很大。開關(guān)損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。
　　3交流調(diào)速控制理論日漸成熟
　　矢量控制的基本思想是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量解禍開來，分別加以控制。這種解藕，實(shí)際上是把異步電動(dòng)機(jī)的物理模型設(shè)法等效地變換成類似于直流電動(dòng)機(jī)的模式，這種等效變換是借助于坐標(biāo)變換完成的。它需要檢測轉(zhuǎn)子磁鏈的方向，且其性能易受轉(zhuǎn)子參數(shù)，特別是轉(zhuǎn)子回路時(shí)間常數(shù)的影響。加上矢量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際的控制效果難于達(dá)到分析的結(jié)果。
　　4通用變頻器開始大量投入實(shí)用
　　一般把系列化、批員化、占市場量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱為通用變頻器。從產(chǎn)品來看，第一代是普通功能型U／F控制型，多彩用16位CPU，第二代為高功能型U／F型，采用32位DSP，或雙16位CPU進(jìn)行控制，采用了磁通補(bǔ)償器、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器和電流限制拄制器．具有挖上機(jī)和“無跳閘”能力，也稱為“無跳閘變頻器”。這類變頻器目前占市場份額最大、第三代為高動(dòng)態(tài)性能矢量控制型。它采用全數(shù)字控制，可通過軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)變結(jié)構(gòu)控制和自適應(yīng)控制，可選擇U／F左頻率開環(huán)控制、無速度傳感器矢幼控制和有速度傳感器矢量控制，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制的自優(yōu)化。從技術(shù)發(fā)展看，電力半導(dǎo)體器件有GT0、GTR、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發(fā)展趨勢：支頻器的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAS(Reliabiliry，Availability，Servicebility)功能也由于采用單片機(jī)控制動(dòng)技術(shù)而得以提高。
　　5單片機(jī)、集成電路及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展
　　以MCS一51代表的8位機(jī)雖然仍占主導(dǎo)地位但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)及GM$97C(二系列單片機(jī)等正在推廣，而且單片機(jī)的應(yīng)用范圍已開始擴(kuò)展至智能儀器儀表或不太復(fù)雜的工業(yè)控制場合以充分發(fā)揮單片機(jī)的優(yōu)勢另外，單片機(jī)的開發(fā)手段也更加豐富，除用匯編語言外，更多地是采用模塊化的C語言、PL／M語言。
　　在集成電路方面，需要重點(diǎn)說明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環(huán)路及集成時(shí)基電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)中運(yùn)用很廣。在電機(jī)控制方面，還有專用于產(chǎn)生PWM控制信號的HEF4752、TL494、SLE4520和MA818等應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。
　　6論文結(jié)束語
　　隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)迅猛發(fā)展，原有的電力傳動(dòng)(電子拖動(dòng))控制的概念已經(jīng)不能充分概抓現(xiàn)代生產(chǎn)自動(dòng)化系流中承擔(dān)第一線任務(wù)的全部控制設(shè)備。而且，電力拖動(dòng)控制已經(jīng)走出工廠，在交通、農(nóng)場、辦公室以及家用電器等領(lǐng)域獲得了廣泛運(yùn)用。它的研究對象已經(jīng)發(fā)展為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，僅對有關(guān)電氣自動(dòng)化技術(shù)的新發(fā)展作一些介紹。