我國變頻調速技術的發展及應用

1.引言近10年來，隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的訊速發展，電氣傳動技術面臨著一場歷史革命，即交流調速取代直流調速和計算機數字控制技術取代模擬控制技術已成為發展趨勢。電機交流變頻調速技術是當今節電、改善工藝流程以提高產品質量和改善不斷惡化環境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優異的調速和起制動性能，高效率、高功率因數和節電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優點而被國內外公認為最有發展前途的調速方式。

2. 我國變頻調速技術的發展概況電氣傳動控制系統通常由電動機、控制裝置和信息裝置3部分組成。電氣傳動關系到合理地使用電動機以節約電能和控制機械的運轉狀態(位置、速度、加速度等)實現電能－機械能的轉換，達到優質、高產、低耗的目的。電氣傳動分成不調速和調速兩大類，調速又分交流調速和直流調速兩種方式。不調速電動機直接由電網供電，但隨著電力電子技術的發展這類原本不調速的機械，越來越多的改用調速傳動以節約電能(節約15-20％或更多)，改善產品質量，提高產量。在我國60％的發電量是通過電動機消耗掉的，因此它是一個重要行業，一直得到國家重視，目前已有一定規模。近年來交流調速中最活躍、發展最快的就是變頻調速技術。變頻調速是交流調速的基礎和主干內容，上個世紀變壓器的出現使改變電壓變得很容易，從而造就了一個龐大的電力行業。長期以來，交流電的頻率一直是固定的，變頻調速技術的出現使頻率變為可以充分利用的資源。我國電氣傳動產業建于1954年，當時第一批該專業的學生從各大專院校畢業，同時在機械工業部屬下建立了我國第一個電氣傳動成套公司，這就是后來的天津電氣傳動設計研究所的前身。我國電氣傳動與變頻調速技術的發展簡史見附表。現在我國已有200家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調速技術的工作。我國是一個發展中國家，許多產品的科研開發能力仍落后于發達國家。至今自行開發生產的變頻調速產品大體只相當于國際80年代水平。隨著改革開放，經濟高速發展，形成了一個巨大的市場，它既對國內企業，也對外國公司敞開。很多最先進的產品從發達國家進口，在我國運行良好，滿足了我國生產和生活需要。國內許多合資公司生產當今國際上先進的產品，國內的成套部門在自行設計制造的成套裝置中采用外國進口公司和合資企業的先進設備，自己開發應用軟件，能為國內外重大工程項目提供一流的電氣傳動控制系統。雖然取得很大成績，但應看到由于國內自行開發，生產產品的能力弱，對國外公司的依賴性嚴重。

2.1 目前國內主要的產品狀況

(1) 晶閘管變流器和可關斷器件(BJT、IGBT、VDMOS)斬波器供電的直流調速設備:這類設備的市場很大，隨交流調速的發展，該市場雖在縮減，但由于我國舊設備改造任務多，以及它在幾百至一千多千瓦范圍內價格比交流調速低的多。所以在短期內市場不會縮減很多。國產設備能滿足需要，部分出口，但自行開發的控制器多為模擬控制，近年來主要采用進口數字控制器配國產功率裝置。 (2) IGBT-PWM逆變器供電的交流變頻調速設備:這類設備的市場很大，總容量占的比例不大，但臺數多，增長快，應用范圍從單機擴展到全生產線，從簡單的V/F控制到高性能的矢量控制。約有50家工廠和公司生產，其中合資企業占很大比重。

(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:這類產品在抽水蓄能電站的機組起動，大容量風機、泵、壓縮機和軋機傳動方面有很大需求。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，自行開發的控制裝置只有模擬式的，數字裝置需進口，自己開發應用軟件。

(4) 交-交變頻器供電的交流變頻調速設備:這類產品在軋機和礦井卷揚傳動方面有很大需求。臺數不多，功率大。主要靠進口，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，數字控制裝置進口，包括開發應用軟件。附表中: ★我國第一臺電機擴大機是在1955年制造出來的 ★★我國第一臺汞弧整流器(5A，600V)是在1952年制造出來的 ★★★我國第一只晶閘管(5A，400V)是在1963年制造出來的

2.2變頻調速技術在國民經濟和日常生活中的重要地位

(1) 應用面廣，是工業企業和日常生活中普遍需要的新技術。

(2) 是節約能源的高新技術。

(3) 是國際上技術更新換代最快的領域。

(4) 是高科技領域的綜合性技術。

(5) 是替代進口，節約投資的最大領域之一。

3 國內外技術現狀對比

3.1 國外現狀在大功率交－交(循環變流器)變頻調速技術方面，法國阿爾斯通已能提供單機容量達3萬kW的電氣傳動設備用于船舶推進系統。在大功率無換向器電機變頻調速技術方面，意大利ABB公司提供了單機容量為6萬kW的設備用于抽水蓄能電站。在高壓變頻調速技術方面, 西門子高壓IGBT的三電平大容量變頻器，電壓為2.3kV、3.3kV、4.16kV、6kV，容量800kVA-4000kVA;ABB高壓IGCT的三電平大容量變頻器，電壓為2.3kV、3.3kV、4.16kV、6.6kV，容量315kW-7460kW;ROBICON、東芝低壓IGBT的多重式、多級串聯高壓變頻器，電壓為2.3kV--13.8kV，容量800kW-5600kW;其控制系統已實現全數字化，用于電力機車、風機、水泵傳動。在小功率交流變頻調速技術方面，日本富士BJT變頻器最大單機容量可達700kVA，IGBT變頻器已形成系列產品，其控制系統也已實現全數字化。附表 我國電氣傳動與變頻調速技術的發展簡史。