九十年代后期出现的另一种新型功率半导体器件——集成门极换向晶闸管(IGCT)是在GTO的基础上发展起来的,它将IGBT与GTO的优点结合起来,其容量与GTO相当,但开关速度比GTO快10倍以上,而且省去了GTO应用时庞大而复杂的缓冲电路。IGCT的商品化水平是4000A/5000V和1800A/5500V,工作频率可达几千赫兹。
MOS门极控制晶闸管(MCT)充分地利用晶闸管良好的通态特性、优良的开通和关断特性,可望具有优良的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压,成为将来在电力装置和电力系统中很有发展前途的高压大功率器件。目前世界上有十几家公司在积极开展对MCT的研究。MOS门控晶闸管主要有三种结构:MOS场控晶闸管(MCT)、基极电阻控制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。其中EST可能是MOS门控晶闸管中最有希望的一种结构。但是,这种器件要真正成为商业化的实用器件,达到取代GTO的水平,还需要相当长的一段时间。
第三代功率半导体器件是功率集成电路(PIC)。在这种PIC单片上有一组功率器件和一套独立功能电路。它将能承受高电压、大电流的功率器件与起控制作用的逻辑电路、模拟电路、保护电路和传感检测电路集成到一起,使单片器件不仅具有功率开关的作用,而且具有电路驱动,过热、过压、过流保护,电流检测等作用。例如由横向高压器件与逻辑或模拟控制电路组成的高压集成电路(HVIC)、由纵向功率器件与逻辑或模拟控制电路组成的智能功率集成电路(SPIC)、由IGBT及其辅助器件与其驱动保护电路组成的智能功率模块(IPM)。功率集成电路实现了电能和信息的集成,成为机电一体化的理想接口,具有广阔的应用前景。
现在先进的国家正在向第四代功率半导体器件即电力电子系统的积木式集成化方向进军,它将集中电力电子学、计算机、控制、传感、通信和电磁兼容等领域最新而又成熟的技术于一套电力电子系统。系统中所需的各种功能部件,例如功率电路、滤波器、驱动、保护、功率平衡、传感、监控显示、通信、诊断和控制电源等,都将以模块的形式出现,作为积木块使用。由中央控制模块(由CPU、DSP、PLA、A/D、D/A、专用控制芯片等核心部件构成)负责监视、指挥和控制各功能模块协调地工作,以期达到最佳的工作性能。对于不同用途、不同目的和不同要求的电能变换装置或系统,只需要通过中央控制模块,修改软件,改变控制规律和控制策略,就可以达到预期的控制目标。相比传统的方案,它将极大地提高系统的密集度,降低设计的费用,缩短产品的开发周期,同时它还将在提高整个系统的可靠性方面上一个大的台阶。这项技术若能研究成功,必将给未来的无刷直流电机的控制领域带来一场深刻的变革[4]。
3 无刷直流电动机的发展
首先,无刷直流电动机需要进一步改进的问题是转矩脉动,特别是在要求运行平稳、高精度、调速范围宽时转矩脉动成为突出问题。为了改进性能,研究人员在不断的开发各种无刷直流电动机。如盘式电动机,无槽电动机,无刷直流力矩电动机,无刷直流有限转角电动机,无刷直流直线电动机,低惯量无刷直流电动机等等。美国J.Y.Hung博士等人,利用定子电流谐波的最优权重的设计方法,通过电流调节器等装置有效减少了电磁转矩及齿槽引起的转矩波动。
其次,目前在无刷直流电动机中常用的位置传感器有霍尔元件、光电管、电磁式位置传感器和阻尼磁性二极管等。由于位置传感器的存在,不但增加了无刷直流电动机的体积和重量,而且增加了容易发生故障的控制环节。为了进一步提高它的性能和运行的可靠性,最近研究人员正致力于研究取消位置传感器,利用无刷直流电动机运行时,各相绕组本身存在的反电势作为转子位置的反馈信号代替原有位置传感器的作用,参与无刷直流电动机的闭环控制运行。 无刷直流电动机技术国内外发展研究现状(2):http://www.751com.cn/yanjiu/lunwen_74809.html