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近10年來(lái)，隨著(zhù)電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著(zhù)一場(chǎng)歷史革命，即交流調速取代直流調速和計算機數字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調速技術(shù)是當今節電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調速以其優(yōu)異的調速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數和節間效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。PN2帝國開(kāi)發(fā)
1 我國變頻調速技術(shù)的發(fā)展概況PN2帝國開(kāi)發(fā)
電氣傳動(dòng)控制系統通常由電動(dòng)機、控制裝置和信息裝置3部分組成。電氣傳動(dòng)關(guān)系到合理地使用電動(dòng)機以節約電能和控制機械的運轉狀態(tài)（位置、速度、加速度等），實(shí)現電能-機械能的轉換，達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目的。電氣傳動(dòng)分成不調速和調速兩大類(lèi)，調速又分交流調速和直流調速兩種方式。不調速電動(dòng)機直接由電網(wǎng)供電，但隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展這類(lèi)原本不調速的機械越來(lái)越多地改用調速傳動(dòng)以節約電能（節約15%～20%或更多），改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。在我國60%的發(fā)電量是通過(guò)電動(dòng)機消耗的，因此調速春傳動(dòng)是一個(gè)重要行業(yè)，一直得到國家重視，目前已有一定規模。PN2帝國開(kāi)發(fā)
近年來(lái)交流調速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調速技術(shù)。變頻調速是交流調速的基礎和主干內容。上個(gè)世紀變壓器的出現使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。長(cháng)期以來(lái)，交流電的頻率一直是固定的，變頻調速技術(shù)的出現使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。PN2帝國開(kāi)發(fā)
我國電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)始建于1954年當時(shí)第一批該專(zhuān)業(yè)范圍內的學(xué)生從各大專(zhuān)院校畢業(yè)，同時(shí)在機械工業(yè)部屬下建立了我國第一個(gè)電氣傳動(dòng)成套公司，這就是后來(lái)天津電氣傳動(dòng)設計研究所的前身。我國電氣傳動(dòng)與變頻調速技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)使見(jiàn)表1�，F在我國已有200家左右的公司、工廠(chǎng)和研究所從事變頻調速技術(shù)的工作。PN2帝國開(kāi)發(fā)
我國是一個(gè)發(fā)展中國家，許多產(chǎn)品的科研開(kāi)發(fā)能力仍落后于發(fā)達國家。至今自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的變頻調速產(chǎn)品大體只相當于國際上80年代水平。隨著(zhù)改革開(kāi)放，經(jīng)濟高速發(fā)展，形成了一個(gè)巨大的市場(chǎng)，它既對國內企業(yè)，也對外國公司敞開(kāi)。很多最先進(jìn)的產(chǎn)品從發(fā)達國家進(jìn)口，在我國運行良好，滿(mǎn)足了我國生產(chǎn)和生活需要。國內許多合資公司生產(chǎn)當今國際上先進(jìn)的產(chǎn)品，國內的成套部分在自行設計制造的成套裝置中采用外國進(jìn)口公司和合資企業(yè)的先進(jìn)設備，自己開(kāi)發(fā)應用軟件，能為國內外重大工程項目提供一流的電氣傳動(dòng)控制系統。雖然取得很大成績(jì)，但應看到由于國內自行開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的能力弱，對國外公司的依賴(lài)性嚴重。PN2帝國開(kāi)發(fā)
目前國內主要的產(chǎn)品狀況如下。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（1）晶閘管交流器和開(kāi)關(guān)斷器件（DJT、IGBT、VDMOS）斬波器供電的直流調速設備。這類(lèi)設備的市場(chǎng)很大，隨著(zhù)交流調速的發(fā)展，該市場(chǎng)雖在縮減，但由于我國舊設備改造任務(wù)多，以及它在幾百至一千多kW范圍內價(jià)格比交流調速低得多，所以在短期內市場(chǎng)不會(huì )縮減很多。國產(chǎn)設備能滿(mǎn)足需要，部分出口。自行開(kāi)發(fā)的控制器多為模擬控制，近年來(lái)主要采用進(jìn)口數字控制器配國產(chǎn)功率裝置。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（2）IGBT或BJT PWM逆變器供電的交流變頻調速設備。這類(lèi)設備的市場(chǎng)很大，總容量占的比例不大，但臺數多，增長(cháng)快，應用范圍從單機擴展到全生產(chǎn)線(xiàn)，從簡(jiǎn)單的V/f控制到高性能的矢量控制。約有50家工廠(chǎng)和公司生產(chǎn)，其中合資企業(yè)占很大比重。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（3）負載換流式電流型晶閘管逆變器供電的交流變頻調速設備。這類(lèi)產(chǎn)品在抽水蓄水能電站的機組起動(dòng)，大容量風(fēng)機、泵、壓縮機和軋機傳動(dòng)方面有很大需求。國內只有少數科研單位有能力制造，目前容量最大做到12MW。功率裝置國內配套，自行開(kāi)發(fā)的控制裝置只有模擬式的，數字裝置需進(jìn)口，自己開(kāi)發(fā)應用軟件。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（4）交-交變頻器供電的交流變頻調速設備。這類(lèi)產(chǎn)品在軋機和礦井卷?yè)P傳動(dòng)方面有很大需求，臺數不多，功率大。主要靠進(jìn)口，國內只有少數科研單位有能力制造。目前最大容量做到7000～8000kW。功率部分國產(chǎn)，數字控制裝置進(jìn)口，包括開(kāi)發(fā)應用軟件。PN2帝國開(kāi)發(fā)
變頻調速技術(shù)在國民經(jīng)濟和日常生活中的重要地位是由以下因素決定的。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（1）應用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（2）是節約能源的高新技術(shù)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（3）是國際上技術(shù)更新?lián)Q代最快的領(lǐng)域。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（4）是高科技領(lǐng)域的綜合性技術(shù)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（5）是替代進(jìn)口，節約投資的最大領(lǐng)域之一。PN2帝國開(kāi)發(fā)
2 國內外技術(shù)現狀對比PN2帝國開(kāi)發(fā)
2.1 國外現狀PN2帝國開(kāi)發(fā)
在大功率交-交變頻（循環(huán)變流器）調速技術(shù)方面，法國阿爾斯通已能提供單機容量達3萬(wàn)kW的電氣傳動(dòng)設備用于船舶推進(jìn)系統。在大功率無(wú)換向器電機變頻調速技術(shù)方面，意大利ABB公司提供了單機容量為6萬(wàn)kW的設備用于抽水蓄能電站。在中功率變頻調速技術(shù)方面，德國西門(mén)子公司Simovert A電流型晶閘管變頻調速設備單機容量為10 ~ 2600 kVA和Simovert P GTO PWM變頻調速設備單機容量為100 ~ 900 kVA，其控制系統已實(shí)現全數字化，用于電力機車(chē)、風(fēng)機、水泵傳動(dòng)。在小功率交流變頻調速技術(shù)反面，日本富士BJT變頻器最大單機容量可達700 kVA，IGBT變頻器已形成系列產(chǎn)品，其控制系統也已實(shí)現全數字化。PN2帝國開(kāi)發(fā)
國外交流變頻調速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點(diǎn)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（1）市場(chǎng)的大量需求。隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和能源全球性短缺，變頻器越來(lái)越廣泛地應用在機械、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)以及風(fēng)機、水泵等的節能場(chǎng)合，應取得顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（2）功率器件的發(fā)展。近年來(lái)高電壓、大電流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應用，使高抵押、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應用成為現實(shí)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（3）控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。矢量控制、磁通控制、轉矩控制、模糊控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎；16位、32位高速微處理器以及信號處理器（DSP）和專(zhuān)用集成電路（ASIC）技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現變頻器高精度、多功能提供了硬件手段。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（4）基礎工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻器相關(guān)配套件社會(huì )化、專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
2.2 國內現狀PN2帝國開(kāi)發(fā)
從總體上看我國電氣傳動(dòng)的技術(shù)水平較國際先進(jìn)水平差距10 ~ 15年。PN2帝國開(kāi)發(fā)
在大功率-交、無(wú)換向器電機等變頻技術(shù)方面，國內只有少數科研單位有能力制造，但在數字化及系統可靠性方面與國外還有相當差距。而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站機組起動(dòng)及運行、大容量風(fēng)機、壓縮機和軋機傳動(dòng)、礦井卷場(chǎng)方面有很大需求。在中小功率變頻技術(shù)方面，國內幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的V/f控制，僅有少量的樣機采用矢量控制，品種與質(zhì)量還不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需要，每年大量進(jìn)口。PN2帝國開(kāi)發(fā)
國內交流變頻調速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現如下。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（1）變頻器的整機技術(shù)落后，國內雖有很多單位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并沒(méi)有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規模。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（2）變頻器產(chǎn)品所用半導體功率器件的制造業(yè)幾乎是空白。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（3）相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（4）產(chǎn)銷(xiāo)量少，可靠性及工藝水平不高。PN2帝國開(kāi)發(fā)
3 未來(lái)的發(fā)展方向PN2帝國開(kāi)發(fā)
交流變頻調速技術(shù)是強弱電混合、機電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題和新型電力電子器件的應用技術(shù)問(wèn)題，后者要解決（基于現代控制理論的控制策略和智能控制策略）的硬、軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題（在目前狀況下主要全數字控制技術(shù)）。PN2帝國開(kāi)發(fā)
其主要發(fā)展方向有如下幾項。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（1）實(shí)現高水平的控制�；陔妱�(dòng)機和機械模型的控制策略，有矢量控制、磁場(chǎng)控制、直接傳矩控制和機械扭振補償等；基于現代理論的控制策略，有滑模變結構技術(shù)、模型參考自適應技術(shù)、采用微分幾何理論的非線(xiàn)性解耦、魯棒觀(guān)察器，在某種指標意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設計方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )、專(zhuān)家系統和各種各樣的自?xún)?yōu)化、自診斷技術(shù)等。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（2）開(kāi)發(fā)清潔電能的變流器。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數為1，網(wǎng)側和負載側有盡可能低的諧波分量，以減少對電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機的轉矩脈動(dòng)。對中小容量變流器，提高開(kāi)關(guān)頻率的PWM控制是有效的。對大容量變流器，在常規的開(kāi)關(guān)頻率下，可改變電路結構和控制方式，實(shí)現清潔電能的變換。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（3）縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開(kāi)關(guān)電源，以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。功率器件冷卻方式的改變（如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管）對縮小裝置的尺寸也很有效。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（4）高速度的數字控制。以32位高速微處理器為基礎的數字控制模板有足夠的能力實(shí)現各種控制算法，Windows操作系統的引入使得可自由設計，圖形編程的控制技術(shù)也有很大的發(fā)展。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（5）模擬與計算機輔助設計（CAD）技術(shù)。電機模擬器、負載模擬器以及各種CAD軟件的引入對變頻器的設計和測試提供了強有力的支持。PN2帝國開(kāi)發(fā)
主要的研究開(kāi)發(fā)項目有如下各項。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（1）數字控制的大功率交-交變頻器供電的傳動(dòng)設備。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（2）大功率負載換流電流型逆變器供電的傳動(dòng)設備在抽水蓄能電站、大型風(fēng)機和泵上的推廣應用。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（3）電壓型GTO逆變器在鐵路機車(chē)上的推廣應用。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（4）電壓型IGBT、IGCT逆變器供電的傳動(dòng)設備擴大功能，改善性能。如4象限運行，帶有電極參數自測量與自設定和電機參數變化的自動(dòng)補償以及無(wú)傳感器的矢量控制、直接轉矩控制等。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（5）風(fēng)機和泵用高壓電動(dòng)機的節能調速研究。眾所周知，風(fēng)機和泵改用調速傳動(dòng)后節約大量電力。特別是電壓電動(dòng)機，容量大，節能效果更顯著(zhù)。研究經(jīng)濟合理的高壓電動(dòng)機調速方法是當今重大課題。PN2帝國開(kāi)發(fā)
主要的研究?jì)热菁瓣P(guān)鍵技術(shù)有如下各項。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（1）高壓、大電流技術(shù)：動(dòng)態(tài)、靜態(tài)均壓技術(shù)（6kV、10kV回路中3英寸晶閘管串聯(lián)，靜動(dòng)態(tài)均壓系數大于0.9）；均流技術(shù)，大功率晶閘管并聯(lián)的均流技術(shù)，均流系數大于0.85）；浪涌吸收技術(shù)（10 kV、6kV回路中）；光控及電磁觸發(fā)技術(shù)（電/光，光/電變換技術(shù)）；導熱與散熱技術(shù)（主要解決導熱及散熱性好、電流出力大的技術(shù)，如熱管散熱技術(shù)）；高壓、大電流系統保護技術(shù)（抗大電流電磁力結構、絕緣設計）；等效負載模擬技術(shù)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（2）新型電力電子器件的應用技術(shù)：可關(guān)斷驅動(dòng)技術(shù)；雙PWM逆變技術(shù)；循環(huán)變流 / 電流型交-直-交（CC / CSI0）變流技術(shù)（12脈波變頻技術(shù)）；同步機交流勵磁變速運行技術(shù)；軟開(kāi)關(guān)PWM變流技術(shù)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（3）全數字自動(dòng)化控制技術(shù)：參數自設定技術(shù)；過(guò)程自?xún)?yōu)化技術(shù)；故障自診斷技術(shù)；對象自辨識技術(shù)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（4）現代控制技術(shù)：多變量解耦控制技術(shù)；矢量控制和直接力矩控制技術(shù)；自適應技術(shù)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
4 變頻調速技術(shù)的因應用PN2帝國開(kāi)發(fā)
縱觀(guān)我國變頻調速技術(shù)的應用，總的說(shuō)來(lái)走的是一個(gè)由試驗到實(shí)用，由零星到大范圍，由輔助系統到生產(chǎn)裝置，由單純考慮節能到全民改善工藝水平，由手動(dòng)控制到自動(dòng)控制，由于低壓中小容量到高壓大容量，一句話(huà)，由低級到高級的過(guò)程。PN2帝國開(kāi)發(fā)
多年來(lái)，國家經(jīng)貿委一直會(huì )同國家有關(guān)部門(mén)致力于變頻調速技術(shù)的開(kāi)發(fā)及推廣應用，在技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)改造方面給予了重點(diǎn)扶持，組織了變頻調速技術(shù)的評測推薦工作，并把推廣應用變頻調速技術(shù)作為風(fēng)機、水泵節能技改專(zhuān)項的重點(diǎn)投資方向，同時(shí)鼓勵單位開(kāi)展統貸統還方式，抓開(kāi)發(fā)、抓示范工程、抓推廣應用。國家成力了風(fēng)機水泵節能中心，開(kāi)展信息咨詢(xún)和培訓。1995 ~ 1997年3年間我國風(fēng)機水泵變頻調速技術(shù)改造投入資金3.5億元，改造總容量達100萬(wàn)kW，可年節電7億kW＆#382; h，平均投資回收期約2年。PN2帝國開(kāi)發(fā)
1997年朱榕基總理在國家經(jīng)貿委上報的“關(guān)于風(fēng)機、水泵節能改造工作情況的報告”上明確指示“這件事抓得好”。1998年1月1日實(shí)施的《中華人民共和國節約能源法》第39條，已將變頻調速列入通用節能技術(shù)加以推廣。在國家經(jīng)貿委《“九五”資源節能綜合利用工作綱要》中，變頻調速已被列入重點(diǎn)組織實(shí)施的10項資源節約綜合利用技術(shù)改造示范工程之一。即將出臺的限制性政策規定：對新建和擴建工程需要調速運行的風(fēng)機和水泵，一律不準采用擋板和閥門(mén)調節流量；對采用擋板和閥門(mén)調節流量的要分期、分批、有步驟地進(jìn)行調速改造。PN2帝國開(kāi)發(fā)
據有關(guān)資料表明，我國變頻調速技術(shù)已經(jīng)取得了如下成績(jì)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（1）變頻調速技術(shù)的應用范圍已發(fā)展到新階段。石油、石化、機械、冶金等行業(yè)都經(jīng)過(guò)了單系統試用、大量使用和整套裝置系統使用3個(gè)發(fā)展階段。如廣東茂名石化公司和九江石油化工廠(chǎng)現已發(fā)展到飲用常減壓和催裂化變頻裝置，取得了節能、增產(chǎn)的顯著(zhù)效果；長(cháng)春第一汽車(chē)廠(chǎng)18個(gè)專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)的輸送機械、空壓機等設備應用了162臺變頻器，保證了新車(chē)的制造迅速達到了生產(chǎn)指標；新疆克拉瑪依油田在煉油、化工、供水、天然氣處理等系統中廣泛采用了變頻器，低壓變頻調速的普及率已達70%；梅林水廠(chǎng)、太原鋼廠(chǎng)、邯鄲鋼廠(chǎng)等單位在水泵、風(fēng)機機組上采用中壓變頻技術(shù)，保證了生產(chǎn)，節約了能源等。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（2）變頻調速技術(shù)已成為節約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。很多用戶(hù)實(shí)踐的結果證明，節電率一般在10% ~ 30%，有的高達40%，更重要的是生產(chǎn)中一些技術(shù)難點(diǎn)也得到解決。例如包鋼1150軋機采用變頻裝置后，年平均事故時(shí)間達到工作時(shí)間的0.1%以下，大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，且年節約電費約50萬(wàn)元；儀征化纖聯(lián)合公司共用了300臺變頻器，頻率精度達0.2%，做到了使用3年無(wú)一事故；烏魯木齊市熱力總公司在供熱系統中采用變頻調速后，當年節電達35%以上；石油系統從80年代末到1997年，油田和長(cháng)輸管道在用的變頻裝置已達12萬(wàn)kW，年節電量近2億kW h。PN2帝國開(kāi)發(fā)
5 結束語(yǔ)PN2帝國開(kāi)發(fā)
變頻調速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎技術(shù)、和節能技術(shù)，已經(jīng)滲透到經(jīng)濟領(lǐng)域的所有技術(shù)部門(mén)中。我國以后在變頻調速技術(shù)方面應積極做的工作如下。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（1）應用變頻調速技術(shù)來(lái)改造傳統的產(chǎn)業(yè)，節約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量，獲得較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（2）大力發(fā)展變頻調速技術(shù)，必需把我國變頻調速技術(shù)提高到一個(gè)新水平，縮小與世界先進(jìn)水平的差距，提高自主開(kāi)發(fā)能力，滿(mǎn)足國民經(jīng)濟重點(diǎn)工程建設和市場(chǎng)的需求。PN2帝國開(kāi)發(fā)
（3）規范我國變頻調速技術(shù)方面的標準，提高產(chǎn)品可靠性工藝水平，實(shí)現規�；�、標準化生產(chǎn)。PN2帝國開(kāi)發(fā)
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發(fā)表時(shí)間:2011-6-1 9:21:09 |
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