变频调速系统的发展现状与前景展望

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1、变频调速系统的发展现状与前景展望摘要：详细介绍了目前变频调速领域研究的热点问题，分析了最新技术发展对变频调速系统产业化所带来的影响，并对变频调速系统的发展前景进行了预测。关键词：变频调速系统P数字控制1前言　　当前全球经济发展过程中，有两条显著的相互交织的主线：能源和环境。能源的紧张不仅制约了相当多发展中国家的经济增长，也为许多发达国家带来了相当大的问题。能源集中的地方也往往成为全世界所关注的热点地区。而能源的开发与利用又对环境的保护有着重大影响。全球变暖、酸雨等一系列环境灾难都与能源的开发与利用有关。　　能源工业作为国

2、民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。有资料表明，受资金、技术、能源价格的影响，中国能源利用效率比发达国家低很多。90年代中国高耗能产品的耗能量一般比发达国家高12%-55%左右，90%以上的能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。如果进行单位GNP能耗（吨标准煤/千美元）的国家比较（90年代中期），中国分别是瑞士、意大利、日本、法国、德国、英国、美国、加拿大的14.4倍、11.3倍、10.6倍、8.8倍、8.

3、3倍、7.2倍、4.6倍、和4.2倍。1995年，中国火电厂煤耗为412克标准煤/kCS-96系列是目前性能较高的单片机系列之一，适用于高速、高精度的工业控制。其高档型：8×196KB、8×196KC、8×196MC等在通用开环交流调速系统中的应用较多。　　由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。扩展卡尔曼滤波、FFT、状态观测器、自适应控制、人工神经网络等等均应用到了各种交流电机的矢量控制或直接转矩控制当中。因此，DSP芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到施展身手的舞台。如TI公司的MCS320

4、F240等DSP芯片，以其较高的性能价格比成为了全数字化交流调速系统的首选。最近TI公司推出的MCS320F240X系列产品更将价格降低到了单片机的水平。　　在交流调速的全数字化的过程当中，各种总线也扮演了相当重要的角色。STD总线、工业PC总线、现场总线以及CAN总线等在交流调速系统的自动化应用领域起到了重要的作用。3P技术　　P控制是交流调速系统的控制核心，任何控制算法的最终实现几乎都是以各种P控制方式完成的。目前已经提出并得到实际应用的P控制方案就不下十几种，关于P控制技术的文章在很多著名的电力电力国际会议上，如P

5、ESC，IECON，EPE年会上已形成专题。尤其是微处理器应用于P技术并使之数字化以后，花样是不断翻新，从最初追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦，再到磁通的正弦；从效率最优，转矩脉动最少，再到消除噪音等，P控制技术的发展经历了一个不断创新和不断完善的过程。到目前为止，还有新的方案不断提出，进一步证明这项技术的研究方兴未艾。其中，空间矢量P技术以其电压利用率高、控制算法简单、电流谐波小等特点在交流调速系统中得到了越来越多的应用。4高压大容量交流调速系统　　在小功率交流调速方面，由于国外产品的规模效应，使得国内厂家在价格上

6、、工艺上和技术上均无法与之抗衡。而在高压大功率方面，国外公司又为我们留下了赶超的空间。首先，国外的电网电压等级一般为3000V，而我国的电网电压等级为6000V和10000V；其次，高压大功率交流调速系统无法进行大规模的批量生产，而国外的劳动力成本，特别是具有一定专业知识的劳动力成本较高。目前，研究较多的大功率逆变电路有：（1）多电平电压型逆变器（2）变压器耦合的多脉冲逆变器（3）交交变频器（4）双馈交流变频调速系统。（1）多电平电压型逆变器　　日本长冈科技大学的A.Nabae等人于1980年在IAS年会上首次提出三电平

7、逆变器，又称中点箝位式（NeutralPointClamped）逆变器。它的出现为高压大容量电压型逆变器的研制开辟了一条新思路。多电平电压型逆变器与普通双电平逆变器相比具有以下优点：1.更适合大容量、高电压的场合。2.可产生M层梯形输出电压，对阶梯波再作调制可以得到很好近似的正弦波，理论上提高电平数可接近纯正弦波型、谐波含量很小。3.电磁干扰（EMI）问题大大减轻，因为开关元件一次动作的dv/dt通常只有传统双电平的1/（M-1）。4.效率高，消除同样谐波，双电平采用P控制法开关频率高、损耗大，而多电平逆变器可用较低频率

8、进行开关动作、开关频率低、损耗小，效率提高。（2）变压器耦合的多脉冲逆变器　　变压器耦合的多脉冲逆变器的三电平电路中，要获得更多电平只须将每相所串联的单元逆变桥数目同等增加即可。其优点为：1.不存在电压均衡问题。无需箝位二极管或电容，适于调速控制；2.模块化程度好，维修方便；3.对相同电平数而言，所需器件数目最少；4