变频调速技术的现状与发展(王经纬)

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1、变频调速技术的现状与发展王经纬（山东大学控制科学与工程学院，山东济南250002）摘要：变频调速以其优异的调速和启制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围及其他许多优点，已成为高性能交流调速领域中世界各国备受关注和重点发展的技术之一。本文概述了其行业现状和未来发展趋势，重点论述了其优势及其发展历史、国内外现状、控制方式、未来发展方向及今后应做的工作。关键字：变频调速系统；矢量控制；PWM技术0引言20世纪70年代以来，随着电力电子技术和控制理论的高速发展，交流电机变频调速技术取得了突破性的进展。变频调速以其优异的调速和启制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围

2、及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式，是当今节能、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。目前，国内变频调速系统的研究非常活跃，但是在产业化方面还不是很理想，市场的大部分份额还是被国外公司所占据。因此，加快国内变频调速系统的发展以及如何站在高起点上结合我国国情开发我国自己的产品都具有十分积极的意义，这就需要对国际变频调速技术的现状和发展趋势有一个全面、深入的了解。1变频调速技术的优势及其发展历史1.1变频调速技术的优势电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3部分组成。它分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电

3、动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能（节约15%～20%或更多），改善产品质量，提高产量。近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础和主干内容。变频调速主要有如下一些优点：①调速范围宽，可以使普通异步电动机实现无级调速；②启动电流小，而启动转矩大；③启动平滑，消除机械的冲击力，保护机械设备；④对电机具有保护功能，降低电机的维修费用；⑤具有显著的节电效果；⑥通过调节电压和频率的关系方便地实现恒转矩或者恒功率调速。1.2变频调速技术发展历史交流变频调速理论最初诞生20世纪20年代，直到60年代，由于

4、电力电子器件技术的进步，才促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代席卷工业发达国家的石油危机，促使其投入大量的人力、物力、财力去研究高效率的变频器，使变频技术有了很大发展并得到推广应用。80年代，变频器已经产品化，性能也不断提高，并开始被应用于工业各部门。进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT、IGCT等的发展及性能的提高、微型计算机技术（DSP）的发展，以及先进控制理论的发展和完善（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制）等原因，极大地提高了变频调速技术的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等

5、方面大大超过了其他常规交流调速方式，其性能指标亦已超过直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎，在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术的发展应用中无不看到变频调速技术的踪影，变频调速技术取得了显著的经济效益。0国内外技术现状对比0.1国外现状在大功率交-交变频调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达3万千瓦的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为6万千瓦的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，

6、德国西门子公司SimovertA电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10～2600kVA，SimovertPGTOPWM变频调速设备单机容量为100～900kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。国外变频调速技术有以下特点：①功率器件的发展。近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及串、并联技术的发展应用，使高抵押、大功率变频器的生产及应用成为现实；②控制理论和微电子技术的发展。矢量控制、磁通控制、转矩控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；16/32位高速微处理器以及信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）技术的快速发

7、展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件手段；③市场的大量需求。随着工业自动化程度的不断提高和全球性能源短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金等各个行业，取得显著的经济效益。0.2国内现状从总体上看，我国电气传动的技术水平落后国际先进水平10～20年。在大功率交-交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品