【正文】 耗的功率為： (73)為了使電位器溫升較小，實(shí)選電位器的瓦數(shù)應(yīng)為所消耗功率的一倍以上，因此RP4選為5W，1kΩ的可調(diào)電位器。他勵(lì)式ZCF221型直流發(fā)電機(jī)，額定數(shù)據(jù)為。如圖71 所示轉(zhuǎn)速測(cè)測(cè)量電路，RP為可調(diào)電位器，TG為電動(dòng)機(jī)同軸的測(cè)速發(fā)電機(jī)。7轉(zhuǎn)速測(cè)量與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中需要引入轉(zhuǎn)速作為反饋?zhàn)兞?，?duì)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)?！　?，運(yùn)算速度快，精度高，有大容量的存儲(chǔ)單元，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。PMW交流變頻調(diào)速以其高效率、高功率因數(shù)、輸出波形好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在井下風(fēng)機(jī)、水泵、造紙機(jī)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。PTO/ PWM控制寄存器表描述用于控制PTO/PWM操作的寄存器[12] 。 圖62高速脈沖輸出指令PLS指令讀取存儲(chǔ)在指定的SM內(nèi)存位置的數(shù)據(jù)，并以此為PTO/PWM發(fā)生器編程。當(dāng)EN輸入有效時(shí)，首先檢測(cè)用程序設(shè)置的特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器位，激活由控制位定義的脈沖操作。高速脈沖輸出指令高速脈沖輸出指令的梯形圖和語句表如圖61所示。同步更新使新、舊兩個(gè)脈沖開始的上升沿和結(jié)束的下降沿保持同步，波形特性的變化發(fā)生在周期的邊沿，兩個(gè)脈沖能平滑轉(zhuǎn)換。改變PWM波形特性的方法有兩種：同步更新和異步更新。寬度可調(diào)脈沖輸出PWM的周期單位、脈沖數(shù)的規(guī)定與高速脈沖串輸出PTO相同。PLC模式選擇PWM模式[11]。使用高速脈沖輸出功能時(shí)，PLC主機(jī)應(yīng)選用晶體管輸出型而不能采用繼電器輸出型，以滿足高速輸出的頻率、快速響應(yīng)的要求。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 圖56 調(diào)制法波形發(fā)生圖6 門極控制信號(hào)的產(chǎn)生逆變電路的六路柵極觸發(fā)信號(hào)是由PLC高速脈沖產(chǎn)生，再由合適的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。在調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。等腰三角形是應(yīng)用較多的載波信號(hào)，此外有些情況也使用鋸齒波作為載波。 調(diào)制法調(diào)制法的實(shí)現(xiàn)需要有專門的調(diào)制電路完成，調(diào)制電路可以是單片機(jī)內(nèi)的調(diào)制模塊或是專門的調(diào)制芯片如SA8281。按照計(jì)算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。PWM逆變電路的控制方法有很多，主要方法有計(jì)算法、調(diào)制法、跟蹤法。 PWM逆變電路及其控制方法逆變電路分為電壓型和電流型。V5V6V1V2V3V4關(guān)斷V4V5V6V1V2V3圖54各相PWM波形上述分析是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的絕大部分運(yùn)行工況，設(shè)計(jì)的同步轉(zhuǎn)速是在最大風(fēng)速時(shí)才能達(dá)到的。表51各IGBT通斷情況0——————導(dǎo)通V1V2V3V4V5V6120176。當(dāng)—時(shí)，V4關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)，V1開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段VVV6的柵極G接收脈沖信號(hào)。當(dāng)—時(shí)，V2關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)，V5開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段VVV5的柵極G接收脈沖信號(hào)。當(dāng)—時(shí)，V6關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)，V3開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段VVV3的柵極G接收脈沖信號(hào)。下面來分析一個(gè)周期內(nèi)PWM波形的產(chǎn)生過程，當(dāng)0—時(shí)，V1在一周期內(nèi)開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段VVV6的柵極G接收脈沖信號(hào)。每個(gè)橋臂上的某個(gè)IGBT從電壓過零點(diǎn)開始導(dǎo)通到開始換相關(guān)斷，要經(jīng)過180176。每一時(shí)刻都有三個(gè)IGBT導(dǎo)通。從整體看三相交流電，則是每60176。單獨(dú)觀察一相電壓，每有一個(gè)電壓過零點(diǎn)，上下兩個(gè)橋臂的通斷狀態(tài)就要互換，即180176。采用脈寬調(diào)制方法可以產(chǎn)生合格的三相交流電，如圖53，即三相勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的交流電。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM（Sinusoidal PWM）波形[5]。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦波是等效的。這就是PWM波形。這些脈沖寬度相等都等于，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。（a） （b）（c） （d）圖51 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖下面來分析怎樣用一系列等副不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波。如圖51所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，其中圖51a為矩形脈沖，圖51b為三角形脈沖，圖51c為正弦半波脈沖，但它們的面積（即沖量）都等于1，那么，當(dāng)它們分別在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出相應(yīng)波形基本相同。在采樣控制理論中的面積等效原理，有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同?？梢哉fPWM技術(shù)和逆變電路應(yīng)用在發(fā)展中相互促進(jìn)，PWM技術(shù)才不斷得到改進(jìn)，從而確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。PWM控制技術(shù)在眾多領(lǐng)域的逆變電路中的最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻。PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。5 PWM控制技術(shù)介紹PWM控制是重要的電力電子技術(shù)，通過脈寬調(diào)制可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，基于PWM控制技術(shù)的三相逆變電路，更能輸出三相正弦交流電。只有當(dāng)它們能同時(shí)被觸通時(shí)，才能構(gòu)成負(fù)載電流導(dǎo)通回路。如圖41三相橋式整流電路原理圖,T整流變壓器一次側(cè)從風(fēng)力發(fā)電機(jī)引入三相交流電源，二次側(cè)接整流電路。三相逆變電路接收門級(jí)觸發(fā)信號(hào)輸出符合要求的三相勵(lì)磁電流。圖35一相輸出電流計(jì)算三相橋式逆變電路的輸入電壓 ：根據(jù)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)中要求勵(lì)磁電壓36V，所以V。V、W兩相的情況和U相類似，的波形形狀和相同，只是相位依次相差120176。對(duì)于U相輸出來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通是，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，因此也稱為縱向換流。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。和單相半橋、全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是180176。圖34 三相逆變電路逆變橋中的二極管作為續(xù)流二極管使用，防止管子打開或關(guān)斷時(shí)受到電流的沖擊而產(chǎn)生過大的壓降，而損壞管子。負(fù)載為感性，星形接法，在整流電路和逆變電路之間并聯(lián)大電容Cd。直流電源采用整流電路，由普通二極管組成。由電壓型直流電源供電的逆變電路。圖33簡(jiǎn)單逆變電路 三相逆變電路為勵(lì)磁提供電源，在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。這樣，就把直流電變成了交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。圖中S1～S4是橋式電路的4個(gè)臂，他們由電力電子器件及其輔助電路組成。載波頻率的大小與器件的開關(guān)損耗、器件的發(fā)熱、電流的波形、干擾的大小、電動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)等有關(guān)，因此按照不同功率的電動(dòng)機(jī)惡化現(xiàn)場(chǎng)條件來正確選擇載波頻率值，也是變頻調(diào)試中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。IGBT的耐壓值計(jì)算：IGBT的損耗損耗是指IGBT在開通或關(guān)斷過渡過程期間的功率損耗。根據(jù)勵(lì)磁電流計(jì)算IGBT的額定電流。%的過載120%的電流脈動(dòng)率來制定的。工作電壓為50%—60%，在這種情況下器件是最安全的。圖32 IGBT的開關(guān)過程 IGBT的額定電流計(jì)算IGBT的主要參數(shù)——由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定——包括額定直流和1ms脈寬最大電流——正常工作溫度下允許的最大功耗。圖32所示為IGBT開關(guān)過程的波形圖。當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號(hào)，IGBT關(guān)斷[5]。如圖31是IGBT的結(jié)構(gòu)圖。IGBT的中文名稱叫絕緣柵極雙極晶體管，具有通流能力強(qiáng)、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好、所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。三相橋式逆變電路所選功率型器件是IGBT。 IGBT介紹 IGBT的結(jié)構(gòu)與特性在20世紀(jì)80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管為代表的復(fù)合型器件得到了迅猛發(fā)展。另外，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置使用非常廣泛，其電路的核心部分都是逆變電路。逆變電路的應(yīng)用十分廣泛。如圖21，系統(tǒng)控制圖。實(shí)現(xiàn)恒頻的計(jì)算過程：發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率: (11)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓: (12)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為: (13)由式1113推導(dǎo)出交流勵(lì)磁頻率: (14)因此，只要對(duì)輸入單片機(jī)的（測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓）進(jìn)行整理、計(jì)算，就可得出三相逆變電路需要給風(fēng)力機(jī)電流的補(bǔ)償頻率。因此，為了避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速運(yùn)行，在PLC中編寫一段程序，設(shè)定在補(bǔ)償頻率將要超過20Hz時(shí)，要關(guān)斷所有IGBT。所以，此次設(shè)計(jì)的交流勵(lì)磁裝置時(shí)，這是滿足一定指標(biāo)的隨動(dòng)裝置。這就需要?jiǎng)?lì)磁裝置除了最大風(fēng)速時(shí)提供直流勵(lì)磁電流，其他狀況都是提供具有一定頻率的勵(lì)磁電流。 根據(jù)某一地區(qū)的最大風(fēng)速設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)，滿足最大風(fēng)速時(shí)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在同步狀態(tài)。雖然雙饋電機(jī)可以獲得較好的調(diào)節(jié)性能和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但需要增加一套獨(dú)立的功率可雙向傳輸?shù)淖冾l電源和較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)的要求也較其他電機(jī)高。當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，可以通過快速控制勵(lì)磁電流的幅值、頻率、相位來調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，充分利用轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，釋放給負(fù)荷或者從負(fù)荷吸收，同時(shí)其對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)比常規(guī)的電機(jī)還要小。這說明交流勵(lì)磁電機(jī)比同步電機(jī)多了兩個(gè)可調(diào)量，通過改變勵(lì)磁電流的頻率，可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。同步電機(jī)的勵(lì)磁的可調(diào)量只有一個(gè)，即電流的幅值。雙饋電機(jī)與同步電機(jī)在某些方面具有同樣的特性，比如它們都具有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組；可以調(diào)節(jié)功率因數(shù)；當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速可以保持不變，所以有的稱交流勵(lì)磁電機(jī)為交流勵(lì)磁同步電機(jī)，又有的稱為同步感應(yīng)電機(jī)，又有的稱為異步化電機(jī)。這種電機(jī)在配合改變勵(lì)磁電流相序和轉(zhuǎn)差功率流向時(shí)還可使其轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速；若在調(diào)速同時(shí)能對(duì)其勵(lì)磁電流的有功分量和無功分量進(jìn)行解耦控制，則可使電機(jī)運(yùn)行在高功率因數(shù)即cos =1狀態(tài)下，取得巨大節(jié)能效果。由于具有良好的輸出電壓性能，近年來獲得了很大發(fā)展，而且將會(huì)成為未來并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型。這種機(jī)型是由電力電子換流器實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻控制。這三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)型有各自的特點(diǎn)，目前都在應(yīng)用。一般按發(fā)電機(jī)分的話分直驅(qū)和雙饋兩種類型，目前大多采用的都是雙饋，未來的流行趨勢(shì)是直驅(qū)，因?yàn)闆]有齒輪箱，機(jī)械故障率更低?！笆晃濉逼陂g，國(guó)家進(jìn)一步完善大型風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目招標(biāo)方法和風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目開發(fā)授予方式 ，兼顧風(fēng)能資源條件、電力市場(chǎng)條件和前期工作進(jìn)展情況，大力推進(jìn)10萬千瓦大型風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的開發(fā)，重點(diǎn)在東部沿海和“三北”地區(qū)，建成一批裝機(jī)容量在10萬千瓦以上的風(fēng)電場(chǎng)，并建設(shè)1—2座百萬千瓦級(jí)的大型風(fēng)力發(fā)電基地。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電，其發(fā)展思路和戰(zhàn)略布局是：以規(guī)?；瘞?dòng)產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)風(fēng)電技術(shù)水平的迅速提高，增強(qiáng)風(fēng)機(jī)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的能力，降低風(fēng)力發(fā)電成本。雖然我國(guó)近幾年風(fēng)電發(fā)展很快，裝機(jī)量以每年20%以上的速度遞增，%，因此我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電目前仍處于起步階段。我國(guó)自主開發(fā)的200300千瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化率已超過90%；600千瓦機(jī)組樣機(jī)的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到80%左右。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電從20世紀(jì)80年代開始起步，到2001年底全國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到40萬千瓦左右，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展到26個(gè)。據(jù)專家預(yù)測(cè)，我國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量大，分布面廣，全國(guó)大約有2/3的地區(qū)為多風(fēng)地帶。荷蘭、英國(guó)等國(guó)的發(fā)電事業(yè)，也在迅速發(fā)展。印度從20世紀(jì)90年代以后大力引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，并采取有力的政策措施促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。丹麥政府近期又把注意力轉(zhuǎn)向海洋，于1997年秋宣布了海上風(fēng)力發(fā)電計(jì)劃，擬于2005年使海上風(fēng)力發(fā)電容量達(dá)75萬千瓦，2015年達(dá)到230萬千瓦。1978年丹麥成立了國(guó)立風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)站，并對(duì)其實(shí)行政策性補(bǔ)貼，促使了風(fēng)力機(jī)工業(yè)和風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。不過，這一切都取決于開發(fā)風(fēng)能發(fā)電的新領(lǐng)域，近海風(fēng)力發(fā)電的努力是否成功。在未來10年里，德國(guó)風(fēng)力發(fā)電在電力生產(chǎn)中所占的比例將達(dá)到305%。在德國(guó)，風(fēng)能是居水力發(fā)電之后最重要的再生能源來源，%。在風(fēng)電發(fā)展中最有影響、發(fā)展較快的國(guó)家有美國(guó)德國(guó)丹麥印度荷蘭英國(guó)等。在這樣的背景下，各工業(yè)國(guó)對(duì)清潔能源傾注了更多的熱情，促使了近20年來可再生新能源技術(shù)的顯著發(fā)展與進(jìn)步。從而實(shí)際應(yīng)用中，可減少勵(lì)磁裝置體積、重量、成本，提高系統(tǒng)可靠性、減少維護(hù)、延長(zhǎng)壽命，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的雙PWM變換器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并綜合矢量控制技術(shù)對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。與獨(dú)立控制方式相對(duì)應(yīng)，協(xié)調(diào)控制則是站在更高的高度、從整體出發(fā)、以系統(tǒng)的眼光，對(duì)整流部分和逆變部分之間的物理聯(lián)系進(jìn)行剖析，在此基礎(chǔ)上，將兩者當(dāng)作一個(gè)相互影響的整體，對(duì)整流部分和逆變部分進(jìn)行關(guān)聯(lián)、協(xié)調(diào)控制。具體來說，無論從電流流向的角度看，還是從能量傳遞的角度看，整流部分和逆變部分都存在著一定的物理聯(lián)系?？梢哉f，整個(gè)勵(lì)磁電源系統(tǒng)的壽命的瓶頸在于這個(gè)電解電容。這是因?yàn)椋哼@種大容量?jī)?chǔ)能濾波電容一般是電解電容，其缺點(diǎn)是體積大、笨重而且性能不可靠。若濾波電容C越大，則直流母線