潜艇交流电力推进中的变频技术沈建清，于飞，吴强（海军工程大学电器工程系，湖北武汉430033））做了比较详细地论述，对其发展趋势进行了展望并对其应用情况作了简单介绍。

　　进入20世纪80年代以来，伴随着电力电子技术、微电子技术和现代电机控制理论的迅速发展，交流调速技术逐渐成熟起来，在调速性能上己经达到甚至超过了直流电动机，而且具有低成本、易维护、大容量的明显优势。所以，交流电机在潜艇电力推进中将逐步取代直流电动机而成为主流。交流电机的调速方式有多种，其中性能比较好的是变频调速技术它不但调速范围宽，平滑性好，而且易于实现能量回馈，效率高，具有优良的动态及稳态性能。目前发展前途比较好的矢量控制和直接转矩控制也都属于变频控制的范畴，因此变频技术是潜艇交流推进系统中的关键技术。

　　1潜艇交流推进中的变频器因为潜艇用蓄电池供电，这就决定其只能采用交一直一交变频器或直一交变频器，它们又分电压型和电流型两种。

　　1.1交一直一交电压型变频器交一直一交电压型变频器的构成如所示。直流电源并联有大电容，使直流输出电压具有电压源特性，内阻很小，逆变器的交流输出电压被钳位为矩形波，与负载性质无关。交流输出电流的波形与相位则由负载功率因数决定。在异步电动机变频调速系统中，这个大电容同时又是缓冲负载无功功率的储能元件，直流回路电感Ld很小，起限流作用。当变频器接三相对称负载，采用180导通方式时，输出的一相电压与线电压波形见。其它两相与线电压各自滞后120三相对称，相电压为梯形波，线电压为方波（矩形波）输出电压的交变频率取决于逆变器开关元件的切换频率。相电压的傅里叶展开式为：线电压为：由展开式可见，输出相电压和线电压中存在着（6K1）谐波，特别是较大的5次和7次谐波，对负载电动机的运行十分不利。

　　在交一直一交电压型逆变器中，由于C/的存在，直流极性无法改变，即从可控整流器到G之间心和极性不能改变，功率只能从交流电网输送到直流电路，反之不行。所以这种变频器的能量只能单方向输~50HZ送，不能进行再生制动运行。为了能够适应再生制动运行，要在整流电路中设置再生反馈通路，即反并联一组逆变桥，此时Ud极性不变，但是Id可以通过逆变桥改变方向，使电流回馈到交流电网（见）。

　　电压型变频器的电压和频率调节方式有以下几种：用可控整流器调压，用逆变器调频（见）。这种变频器结构简单，控制方便，但是输入环节采用晶闸管可控整流，使得网侧的功率因数比较低，在电压比较低时尤其明显，同时由是利用半导体开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲序列，控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术（见）。其调压和调频同时在逆变器内部完成，两者始终配合一致，与中间直流环节无关，加快了调节速度，改善了动态性能。整流器采用的是不控整流，使电网侧的功率因数大为改善；采用PWM逆变器能够抑制或消除低次谐波，加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。并且，由PWM整流器和PWM逆变器组成的电压型变频器（双PWM变流器）无需增加任何附加电路，就能使能量双向传送，实现四相限运行。

　　PWM控制技术从控制思想上来分基本有4种，即等脉宽PWM法，正弦波PWM法（SPWM法），磁链追踪型PWM法和电流跟踪型PWM法。等脉宽PWM法中每一脉冲的宽度都相等，改变脉冲序列的占空比可以调压，改变脉冲序列的周期可以调频。这种控制方法比较简取但是缺点也比较明显，输出电压中含有较大的谐波分量。SPWM法克服了等脉宽PWM法的缺点，它用正弦波作为基准波（称为调制波），与一系列的等幅的三角波或其它波形（称为载波）进行比较，根据交点确定开关元件的通断，把输入电压调制成一系列电压脉冲，脉冲的高度都相等，但是宽度按正弦变化，这样输出的电压波形逼近于正弦波，谐波分量大为减少。磁链追踪型PWM法是以三相对称正弦波电压供电时的交流电动机的理想磁链圆为基准，用逆变器不同开关模式产生的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，由追踪的结果决定开关的通断，比较后形成三相对称的PWM正弦波。这种法的数学模型是建立在电机统一理论和电机轴系坐标变换理论基础上的，它把电动机看成一个整体来处理，所得的数学模型简单便于微机实现实时处理，从而可使控制系统结构简单实时性强，是一种比较有前途的变频方法。电流跟踪型PWM法是把电压型逆变器改造成电流型，直接对输出电流实施控制。它是将电动机定子电流的检测信号与正弦波电流给定信号进行比较，根据比较结果控制开关的通断，使实际电流波形围绕给定的正弦波作锯齿状变化，开关频率越高，输出电流就越逼近给定的正弦波。由于调速的过程实际上是通过控制电流以改变转矩来实现的，而电流跟踪型PWM法直接对输出电流进行控制，所以动态响应快，控制精度高，而且可以防止逆变器的过流，因此这种控制方法在电力推进中将获得广泛的应用。

　　2.谐振型变频器在上述的PWM变频器中，开关频率越高，输出波形越好。但是随着开关频率的提高又带来另一个问题，即开关损耗随着开关频率的增加而增加，加上功率开关一般在高电压、大电流下通断，所以开关损耗占很大比重，这成为制约PWM技术发展的重要因素，而且电磁干扰（EMI）也随着高频化而变得突出起来。针对这种情况，人们又提出一种谐振变频技术它很好地解决了上述问题。谐振型变频器是利用软开关技术根据谐振原理使PWM逆变器的开关元件在零电压或零电流下通断，这样一来，开关损耗几乎为零，也有效地防止了电磁干扰，可以大大提高器件的工作频率，减少了装置的体积、重量，同时又保持了PWM的优点。所以谐振技术与PWM技术相结合，是潜艇推进电机变频调速发展的趋势。

　　2.多相变频技术为了提高电动机的推进功率，增大转矩，减小转矩的脉动系数，潜艇的电力推进系统中往往要采用多相电动机，为配合多相电机的使用，需要采用多相变频器。n相电机中，次谐波电流产生的n相合成磁势的谐破6为/ sin.北京：机械工业出版社，1998.吴守箴，臧英杰。电气传动的脉宽调制技术。北京：清华大学出版社，1995.姜泓，赵洪恕。电力拖动交流调速系统。中国