變頻調速及其控制技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

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1、變頻調速及其控制技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢摘要：變頻調速技術以其卓越的調速性能、顯著的節(jié)電效果在各個領域得到廣泛的應用，為節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量提供了重要手段。本文首先回顧了變頻調速技術的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，然后總結了變頻調速中的關鍵控制技術，并介紹了智能控制理論在變頻調速系統(tǒng)中的應用情況，最后指出了變頻調速技術的發(fā)展趨勢。關鍵字：變頻調速技術矢量控制異步電動機PWM技術智能控制1變頻調速技術的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀第59頁共59頁變頻調速技術涉及到電力、電子、電工、信息與控制等多個學科領域。隨著電力電子技術、計算機技術和自動控制技術的發(fā)展，以變頻調速為代表的近代交

2、流調速技術有了飛速的發(fā)展。交流變頻調速傳動克服了直流電機的缺點，發(fā)揮了交流電機本身固有的優(yōu)點（結構簡單、堅固耐用、經(jīng)濟可靠、動態(tài)響應好等），并且很好地解決了交流電機調速性能先天不足的問題。交流變頻調速技術以其卓越的調速性能、顯著的節(jié)電效果以及在*****領域的廣泛適用性，而被公認為是一種最有前途的交流調速方式，代表了電氣傳動發(fā)展的主流方向。交流調速技術為節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量提供了至關重要的手段。變頻調速理論已形成較為完整的科學體系，成為一門相對獨立的學科。變頻裝置有交-直-交系統(tǒng)和交-交系統(tǒng)兩大類。交-直-交系統(tǒng)又分為電壓型和電流型，其中，電壓型

3、變頻器在工業(yè)中應用最為廣泛。本文所涉及的就是此類變頻調速理論和技術。20世紀是電力電子變頻技術由誕生到發(fā)展的一個全盛時代。最初的交流變頻調速理論誕生于20世紀20年代，直到60年代，由于電力電子器件的發(fā)展，才促進了變頻調速技術向實用方向發(fā)展。70年代席卷工業(yè)發(fā)達國家的石油危機，促使他們投入大量的人力、物力、財力、去研究高效率的變頻器，使變頻調速技術有了很大的發(fā)展并得到推廣應用。80年代，變頻調速已產(chǎn)品化，性能也不斷提高，發(fā)揮了交流調速的優(yōu)越性，廣泛地應用于工業(yè)各部門，并且部分取代了直流調速。進入90年代，由于新型電力電子器件如IGBT（絕緣柵雙極晶體管Insolated

4、GateBipolarTransistor），IGCT(集成門極換向型晶閘管IntegratedGateCommutatedThyristor)等的發(fā)展及性能的提高、計算機技術的發(fā)展，如由16位機發(fā)展到32位機以及DSP（數(shù)字信號處理器Digitalsignalprocessor第59頁共59頁）的誕生和發(fā)展等以及先進控制理論和技術的完善和發(fā)展（如磁場定向矢量控制、直接轉矩控制）等原因，極大地提高了變頻調速的技術性能，促進了變頻調速技術的發(fā)展，使變頻器在調速范圍、驅動能力、調速精度、動態(tài)響應、輸出性能、功率因數(shù)、運行效率及使用的方便性等方面大大超過了其它常規(guī)交流調速方式

5、，其性能指標也超過了直流調速系統(tǒng)，達到取代直流調速系統(tǒng)的地步。目前，交流變頻調速以其優(yōu)越的性能而深受各行業(yè)的普遍歡迎，在電力、軋鋼、造紙、化工、水泥、煤炭、紡織、鐵路、食品、船舶、機床等傳統(tǒng)工業(yè)的改造中和航天航空等新技術的發(fā)展應用中無不看到變頻調速技術的蹤影，變頻調速技術取得了顯著的經(jīng)濟效益。國外交流變頻調速技術的現(xiàn)狀具有以下特點：(1)在功率器件方面，近年來高電壓、大電流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術的應用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應用成為現(xiàn)實。(2)在微電子技術方面，16位、32位的高速處理器以及DSP和ASIC（專用集

6、成電路ApplicationSpecificIC）技術的快速發(fā)展，為實現(xiàn)變頻器高精度、多功能化提供了硬件手段。(3)在控制理論方面，矢量控制、磁通控制、轉矩控制、智能控制等新的控制理論為研制高性能變頻器的發(fā)展提供了相關理論基礎。(4)在產(chǎn)品化生產(chǎn)方面，基礎工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，促進了變頻器相關配套件的社會化、專業(yè)化生產(chǎn)。在國家“八五”科技攻關計劃中，交流調速技術被列為重點科技攻關項目。在“九五”計劃中，交流調速及相關技術也受到重視。但是我國電力半導體器件雖然經(jīng)過較長時間的發(fā)展，總體水平仍然很低，幾乎不具備新產(chǎn)品的獨立開發(fā)能力。IGBT、GTO器件的生產(chǎn)雖引進了國外

7、技術，但一直未形成規(guī)模經(jīng)濟效益，變頻器產(chǎn)品所用半導體功率器件的制造也幾乎是空白，這在一定程度上影響了變頻調速技術的發(fā)展。從總體上看我國電氣傳動的技術水平較國際先進水平差距10-15第59頁共59頁年。在大功率交-交變頻技術、無換向器電機等方面，國內雖然有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國外相比，還有相當差距。在中小功率變頻技術方面，國內幾乎所有的產(chǎn)品都是采用普通V/F控制，僅有少量樣機采用矢量控制，品種與質量還不能滿足市場需要，只能靠大量進口產(chǎn)品滿足需求。1變頻調速中的關鍵控制技術及其發(fā)展(1)矢量控制技術1971年西