变频调速的现状与发展.doc

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1、变频调速系统的现状与发展1前言当前全球经济发展过程屮，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为多发展屮国家的经济增长，也为许多发达国家带来了相当大的问题。能源集屮的地方也往往成为全卅:界所关注的热点地区。而能源的开发与利用乂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，屮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，屮国能源利用效率比发达国家低很多。90年代屮

2、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屮损失和浪费。如果进行单位GNP能耗（吨标准煤/千美元）的国家比较（90年代屮期），屮国分别是瑞士、意大利、曰本、法国、徳国、英国、美国、加拿大的14.4倍、11.3倍、10.6倍、8.8倍、8.3倍、7.2倍、4.6倍、和4.2倍。1995年，屮国火电厂煤耗为412克标准煤/kWh,是国际先进水平的1.27倍。由此可见，对能源的有效利用在我国已经非常迫切。作为能源消耗大户之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。我国电机的总装机容量已达4亿千汕，年耗电量达

3、6000亿千乩吋，约占工业耗电量的80%o我国各类在用电机屮，80%以上为0.55-220kW以下的屮小型杲步电动机。我国在用电机拖动系统的总体装备水平仅相当于发达国家50年代水平。因此，在国家十五计划小，电机系统节能方面的投入将高达500亿元左右，所以变频调速系统在我国将有菲常巨大的市场需求。H前，国内变频调速系统的研究非常活跃,但是在产业化方面还不是很理想,市场的大部分还是被国外公司所占据。因此，为了加快国内变频调速系统的发展,就需要对国际变频调速技术的发展趋势和国内的山场需求有一个全面的了解。2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

4、模效应，使得国内厂家在价格上、工艺上和技术上均无法与之抗衡。而在高压大功率方面，国外公司乂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。H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逆变器，乂称屮点

5、箝位式（NeutralPointClamped）逆变器。它的岀现为高床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层梯形输出电斥，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-I）。4.效率高，消除同样谐波，双电平采fflPWM控制法开关频率高、损耗大，而多电平逆变器可用较低频率进行开关动作、开关频率低、损耗小，效率提高。（2

6、）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屮，要获得更多电平只须将每相所串联的单元逆变桥数FI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.对相同屯平数而言，所需器件数ri最少；4.无箝位二极管或屯容的限制，可实现更多电平，上更高电压，实现更低谐波;5.控制方法相对简单，可分别对每一•级进行PWM控制，然后进行波形重组。当然，这种结构的不足Z处在于需要很多隔离的直流电源，应用受到一定限制。（3）交交变频器交交变频器采用晶闸管作为主功率器件，在轧机和矿井卷扬机传动方面有很大

7、的需求。晶闸管的最大优点就是开关功率大（可达5000V/5000A）,适合于大容量交流电机调速系统。同时，大功率晶闸管的生产和技术功能技术相半成熟,通过与现代交流电机控制理论的数字化结合，将具有较强的竞争力。但是交交变频器也存在一些固有缺点：调速范围小，为电源为50Hz时，最大输出频率不超过20Hz；另一方而，功率因数低、谐波污染大，因此需要同吋进行无功补偿和谐波治理。（4）双馈交流变频调速系统双馈交流变频调速系统的变频器功率小、功率因数可调、系统可靠性较高，因此近来受到了许多研究人员的重视。由于变频器的功率只占电机容量的25%,因此可以大大降低系统的成本。但

8、是，双馈交流变频调速系统屮的电机需要专