《变频调速及其控制技术的现状与发展趋势.doc

变频调速及其控制技术的现状与发展趋势 摘要：变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果在各个领域得到广泛的应用，为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了重要手段。本文首先回顾了变频调速技术的发展历史和现状，然后总结了变频调速中的关键控制技术，并介绍了智能控制理论在变频调速系统中的应用情况，最后指出了变频调速技术的发展趋势。 关键字：变频调速技术 矢量控制 异步电动机 PWM技术 智能控制 变频调速技术的发展历史及现状 变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点（结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等），并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在*****领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。交流调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。变频装置有交-直-交系统和交-交系统两大类。交-直-交系统又分为电压型和电流型，其中，电压型变频器在工业中应用最为广泛。本文所涉及的就是此类变频调速理论和技术。 20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。最初的交流变频调速理论诞生于20世纪20年代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，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，促使他们投入大量的人力、物力、财力、去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大的发展并得到推广应用。80年代，变频调速已产品化，性能也不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛地应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速。进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT（绝缘栅双极晶体管Insolated Gate Bipolar Transistor），IGCT(集成门极换向型晶闸管Integrated Gate Commutated Thyristor)等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP（数字信号处理器Digital signal processor）的诞生和发展等以及先进控制理论和技术的完善和发展（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方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标也超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优越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。 国外交流变频调速技术的现状具有以下特点： (1) 在功率器件方面，近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。 (2) 在微电子技术方面，16位、32位的高速处理器以及DSP和ASIC（专用集成电路Application Specific IC）技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。 (3) 在控制理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论为研制高性能变频器的发展提供了相关理论基础。 (4) 在产品化生产方面，基础工业和各种制造业的高速发展，促进了变频器相关配套件的社会化、专业化生产。 在国家“八五”科技攻关计划中，交流调速技术被列为重点科技攻关项目。在“九五”计划中，交流调速及相关技术也受到重视。但是我国电力半导体器件虽然经过较长时间的发展，总体水平仍然很低，几乎不具备新产品的独立开发能力。IGBT、GTO器件的生产虽引进了国外技术，但一直未形成规模经济效益，变频器产品所用半导体功率器件的制造也几乎是空白，这在一定程度上影响了变频调速技术的发展。从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距10-15年。在大功率交-交变频技术、无换向器电机等方面，国内虽然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相比，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都是采用普通V/F控制，仅有少量样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，只能靠大量进口产品满足需求。 变频调速中的关键控制技术及其发展