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變頻調速及其控制技術的現狀與發展趨勢

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更新時間：2017-05-24
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變頻調速及其控制技術的現狀與發展趨勢摘要：變頻調速技術以其卓越的調速性能、顯著的節電效果在各個領域得到廣泛的應用，為節能降耗、改善控制性能、提高產品的產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展歷史和現狀，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中的應用情況，最后指出了變頻調速技術的發展趨勢。
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變頻調速技術的發展歷史及現狀
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展，以變頻調速為代表的近代交流調速技術有了飛速的發展。交流變頻調速傳動克服了直流電機的缺點，發揮了交流電機本身固有的優點（結構簡單、堅固耐用、經濟可靠、動態響應好等），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，代表了電氣傳動發展的主流方向。交流調速技術為節能降耗、改善控制性能、提高產品的產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-交系統和交-交系統兩大類。交-直-交系統又分為電壓型和電流型，其中，電壓型變頻器在工業中應用最為廣泛。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展，才促進了變頻調速技術向實用方向發展。70年代席卷工業發達國家的石油危機，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展并得到推廣應用。80年代，變頻調速已產品化，性能也不斷提高，發揮了交流調速的優越性，廣泛地應用于工業各部門，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 Gate Bipolar Transistor），IGCT(集成門極換向型晶閘管Integrated Gate Commutated Thyristor)等的發展及性能的提高、計算機技術的發展，如由16位機發展到32位機以及DSP（數字信號處理器Digital signal processor）的誕生和發展等以及先進控制理論和技術的完善和發展（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展，使變頻器在調速范圍、驅動能力、調速精度、動態響應、輸出性能、功率因數、運行效率及使用的方便性等方面大大超過了其它常規交流調速方式，其性能指標也超過了直流調速系統，達到取代直流調速系統的地步。目前，交流變頻調速以其優越的性能而深受各行業的普遍歡迎，在電力、軋鋼、造紙、化工、水泥、煤炭、紡織、鐵路、食品、船舶、機床等傳統工業的改造中和航天航空等新技術的發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濟效益。
國外交流變頻調速技術的現狀具有以下特點：
(1) 在功率器件方面，近年來高電壓、大電流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生產以及并聯、串聯技術的應用，使高電壓、大功率變頻器產品的生產及應用成為現實。
(2) 在微電子技術方面，16位、32位的高速處理器以及DSP和ASIC（專用集成電路Application Specific IC）技術的快速發展，為實現變頻器高精度、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展提供了相關理論基礎。
(4) 在產品化生產方面，基礎工業和各種制造業的高速發展，促進了變頻器相關配套件的社會化、專業化生產。
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過較長時間的發展，總體水平仍然很低，幾乎不具備新產品的獨立開發能力。IGBT、GTO器件的生產雖引進了國外技術，但一直未形成規模經濟效益，變頻器產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，國內雖然有少數科研單位有能力制造，但在數字化及系統可靠性方面與國外相...

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