大容量交流電機調速節能技術的發展趨勢

能源短缺和環境污染是人類當前面臨的共同的世紀性難題。上世紀70年代以來兩次世界性的能源危機以及當前環境問題的嚴重性，引起世界各國對節能技術的廣泛關注。我國能源生產和消費已列世界第二，但仍遠遠滿足不了工業生產和人民生活發展的需要，在能源十分緊張的情況下，卻因為在節能方面的巨大差距，造成單位產值能耗太高，每年的能源浪費驚人。如：相當一部分的風機、水泵類負載，由于采取恒速驅動，浪費掉大量的電能。這類拖動系統約占工業電力拖動總量的一半，如果采用調速節能技術則至少可節約20%以上的電能。我國“十一五”規劃提出了不斷提高能源利用效率和效益的節能目標，而節能工作的重點則放在推行量大面廣的節能技術上。其中一項重要措施就是要逐步實現電動機、風機、泵類設備和系統的經濟運行，發展電機調速節電和電力電子節電技術，只有這樣才能以較低的能源消費彈性系數和較大的節能量來長期支持國民經濟快速、健康、持續的發展。

此外，大量的煤炭、石油沒有經過深加工就被燒掉，不但熱利用率低，還造成對環境的嚴重污染。目前，汽車廢氣排放超標已造成全球性的溫室效應，也是造成北京地區空氣污染的主要原因之一。解決城市環境污染和交通擁擠的重要途徑是發展高速公共交通工具（地鐵，城市輕軌）及電動汽車，高速電氣化列車則是實現城際快速交通的首選，其核心技術都是上世紀80年代以來和微電子技術并駕齊驅飛速發展起來的一門新技術——現代電力電子及交流電機傳動技術。此外，在軋鋼、造紙、水泥制造、礦井提升、輪船推進器等工業和民用領域中也應廣泛使用大中容量交流電機調速系統。此時，交流調速系統的應用不但可達到節能的目的，還可實現整個系統的性能最佳，改善工藝條件，并大大提高生產效率和產品質量。

從目前掌握的資料和市場上提供的大容量調速產品可以看到，目前每年世界范圍內的交流電機調速系統的硬件、軟件和外圍設備的總銷售額是48.5億美元。其中歐洲、中東和非洲總共占39%，日本占27%，北美占21%，亞洲12%，最后是拉丁美洲的1%。從系統功率的銷售分布看，小功率的調速系統仍然支配著市場，1-4kW的調速系統占了總銷售額的21%，5-40kW系統則占總銷售額的26%。但是隨著以IGBT、 IGCT為代表的新型復合器件耐壓、電流和開關性能的迅速提高，大容量交流電機調速技術必將獲得飛速的發展和長足的進步，其市場前景十分鼓舞人心。

國外在高性能大容量交流電機傳動技術的研究和應用上遠遠走在我們前面，已有MV•A級的高壓逆變器產品大量投入市場，并應用于電力機車、船艦電力推進、軋鋼、造紙及供水等系統中，交流電機變頻調速技術及其產品已成為一些工業發達國家的先導產業。目前我國大、中容量交流調速系統的研制工作起步較晚，很多必需的場合均為國外產品所占領。

因此，研制性能可靠，價格便宜的大、中容量高性能交流電機變頻調速系統，并盡快投入批量生產，對促進國民經濟發展，實現經濟增長方式轉變，降低單位產值能耗，打破西方國家在此領域的壟斷地位，都將具有重要的戰略和現實意義。

由于在功率器件研制及拓結構方面取得的突破性進展，大容量交流電機調速技術的發展呈現著嶄新的面貌，蘊藏著巨大的發展機遇。

傳統大功率逆變電路由于體積大，性能差，并對電網產生較多諧波，因此應用領域越來越多地受到限制。而新型多電平逆變器由于具有動態性能好，對電網和電機產生的諧波較少，可以升高電壓等優點，受到越來越多的重視。當PWM技術應用于多電平逆變器時，產生一些改進方案，對高性能大容量逆變器的應用起了重要作用。

目前我國電動機調速技術的特點是以低壓、小容量調速對象為主，高壓、高效的變頻調速裝置以進口為主。面對節能、改善工藝的迫切需求和巨大的市場前景，國產高壓大功率變頻器產品的生產還基本上剛剛起步。然而，困難與希望同在，挑戰與機遇共存。國際上具有生產、研制新型大功率變頻調速裝置能力的均是世界知名的大電工電氣公司，由于他們在電力電子技術發展的過程中一直是按部就班進行的，形成了從功率半導體器件到整機生產的全套工業環節，市場慣性和企業本身的龐大機構使得他們不會馬上轉產全新的產品。而我國是一個新興的發發展中國家，盡管在老技術方面有一些投資，但投資相對較小，包袱不大，可以馬上轉入最新技術的開發和利用，借鑒別人的經驗，跨過他們已經走過的路程。

在最新領域取得研究成果的基礎上盡快產業化，可大大縮短與先進國家的差距，在某些方面甚至還可以超過他們。從目前看，大容量交流電機調速技術應用的時機業已成熟，國內只要在體制改革、生產管理和經營決策方面走上軌道，其發展前途不可限量。