我国变频调速技术的发展及应用

1.引言近10年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的讯速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善不断恶化环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

2. 我国变频调速技术的发展概况电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3部分组成。电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态(位置、速度、加速度等)实现电能－机械能的转换，达到优质、高产、低耗的目的。电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械，越来越多的改用调速传动以节约电能(节约15-20％或更多)，改善产品质量，提高产量。在我国60％的发电量是通过电动机消耗掉的，因此它是一个重要行业，一直得到国家重视，目前已有一定规模。近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础和主干内容，上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来，交流电的频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。我国电气传动产业建于1954年，当时第一批该专业的学生从各大专院校毕业，同时在机械工业部属下建立了我国第一个电气传动成套公司，这就是后来的天津电气传动设计研究所的前身。我国电气传动与变频调速技术的发展简史见附表。现在我国已有200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际80年代水平。随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。很多最先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要。国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部门在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供一流的电气传动控制系统。虽然取得很大成绩，但应看到由于国内自行开发，生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性严重。

2.1 目前国内主要的产品状况

(1) 晶闸管变流器和可关断器件(BJT、IGBT、VDMOS)斩波器供电的直流调速设备:这类设备的市场很大，随交流调速的发展，该市场虽在缩减，但由于我国旧设备改造任务多，以及它在几百至一千多千瓦范围内价格比交流调速低的多。所以在短期内市场不会缩减很多。国产设备能满足需要，部分出口，但自行开发的控制器多为模拟控制，近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。 (2) IGBT-PWM逆变器供电的交流变频调速设备:这类设备的市场很大，总容量占的比例不大，但台数多，增长快，应用范围从单机扩展到全生产线，从简单的V/F控制到高性能的矢量控制。约有50家工厂和公司生产，其中合资企业占很大比重。

(3) 负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备:这类产品在抽水蓄能电站的机组起动，大容量风机、泵、压缩机和轧机传动方面有很大需求。国内只有少数科研单位有能力制造，目前容量最大做到12MW。功率装置国内配套，自行开发的控制装置只有模拟式的，数字装置需进口，自己开发应用软件。

(4) 交-交变频器供电的交流变频调速设备:这类产品在轧机和矿井卷扬传动方面有很大需求。台数不多，功率大。主要靠进口，国内只有少数科研单位有能力制造。目前最大容量做到7000-8000kW。功率部分国产，数字控制装置进口，包括开发应用软件。附表中: ★我国第一台电机扩大机是在1955年制造出来的 ★★我国第一台汞弧整流器(5A，600V)是在1952年制造出来的 ★★★我国第一只晶闸管(5A，400V)是在1963年制造出来的

2.2变频调速技术在国民经济和日常生活中的重要地位

(1) 应用面广，是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术。

(2) 是节约能源的高新技术。

(3) 是国际上技术更新换代最快的领域。

(4) 是高科技领域的综合性技术。

(5) 是替代进口，节约投资的最大领域之一。

3 国内外技术现状对比

3.1 国外现状在大功率交－交(循环变流器)变频调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达3万kW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为6万kW的设备用于抽水蓄能电站。在高压变频调速技术方面, 西门子高压IGBT的三电平大容量变频器，电压为2.3kV、3.3kV、4.16kV、6kV，容量800kVA-4000kVA;ABB高压IGCT的三电平大容量变频器，电压为2.3kV、3.3kV、4.16kV、6.6kV，容量315kW-7460kW;ROBICON、东芝低压IGBT的多重式、多级串联高压变频器，电压为2.3kV--13.8kV，容量800kW-5600kW;其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术方面，日本富士BJT变频器最大单机容量可达700kVA，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。附表 我国电气传动与变频调速技术的发展简史。