陈伯时教授是我国电气传动和电气自动化学科的著名学者、创始人和开拓者之一。他一直在该学科前沿的理论、技术和实践上进行研究,创造性地提出电力拖动自动控制规律和控制系统的工程设计方法,建立了该项技术的科学体系。
陈教授首先从低压通用变频器调速的发展、中(高)压变频器调速、无速度传感器控制的高性能中(高)压变频器、转子变频调速(有限范围串级调速)四个方面介绍了异步电动机的变频调速。
陈教授指出低压通用变频器调速的发展需要提高质量,拓展性能,满足不同用户的要求,同时要努力发展高性能的通用变频器,通过限制输入、输出谐波,符合标准要求,并满足电磁兼容性要求。
中(高)压目前有级联式(链式、单元串联式)变频器;三电平变频器、多电平变频器;器件直接串联式变频器。陈教授谈到,中(高)压变频器调速的发展主要是高压大功率开关器件的进展、无速度传感器控制的高性能中(高)压变频器、低谐波性能和电磁兼容性、提高中(高)压变频器的容量和可靠性。
关于无速度传感器控制的高性能调速,陈教授从基于电动机数学模型计算转速或转差;基于闭环控制构造转速信号;用电动机结构特征产生转速信号三个方面进行了详细的说明,他提到实际转速的动态过程依赖于电气传动系统的转动惯量,只能测出实际传动系统的转动惯量后,通过调试让估计的转速尽量接近实际的动态转速。陈教授还举了采用无速度传感器矢量控制系统:日本三菱公司通用变频器RP-A700系列和上海艾帕电力电子有限公司 IPER。
接着陈教授从永磁同步电动机变频调速、负载换流(LCI)同步电动机软起动和变频调速、同步电动机的磁场定向控制和直接转矩控制、同步电动机的无位置传感器控制、磁阻同步电动机调速控制介绍了同步电动机的变频调速。并与异步电机比较,功率因数可调、变频器容量小、调速比宽、控制精度高、抗负载扰动能力强、动态转矩响应快。陈教授还进一步谈到永磁同步电机的优点:由于采用了永磁材料磁极,特别是采用了稀土金属永磁,容量相同时电机的体积小、重量轻;转子没有铜损和铁损,又没有滑环和电刷的摩擦损耗,运行效率高;转动惯量小,允许脉冲转矩大,可获得较高的加速度,动态性能好;结构紧凑,运行可靠。
在介绍完同步、异步电机变频调速以后,陈教授又站在电力电子变换器在电力系统中的应用的角度,对远距离高压直流输电(HVDC)、静止无功补偿器(STATCOM)、有源电力滤波器(APF)、超导磁能(SMES)、静止同步串联电压补偿器(SSSC)、统一潮流控制器(UPFC)、通用用户电力调节器(UCPC)、柔性交流输电系统(FACTS)进行了阐述。
最后,陈教授就电力电子变换器在可再生能源中的应用做了一些介绍。比如绕线转子双馈异步发电机变速恒频控制风力发电、直流励磁或永磁同步发电机直接传动在风力发电中的应用;光伏电池、太阳光跟踪系统、DC-DC变换器、DC-AC逆变器、最大功率点控制器在太阳能光伏发电中的应用等。