變頻調(diào)速及其控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
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- 變頻調(diào)速及其控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢摘要：變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，為節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量提供了重要手段。本文首先回顧了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，然后總結(jié)了變頻調(diào)速中的關(guān)鍵控制技術(shù)，并介紹了智能控制理論在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，最后指出了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵字：變頻調(diào)速技術(shù) 矢量控制 異步電動機(jī) PWM技術(shù) 智能控制
1變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
變頻調(diào)速技術(shù)涉及到電力、電子、電工、信息與控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為代表的近代交流調(diào)速技術(shù)有了飛速的發(fā)展。交流變頻調(diào)速傳動克服了直流電機(jī)的缺點(diǎn)，發(fā)揮了交流電機(jī)本身固有的優(yōu)點(diǎn)（結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠、動態(tài)響應(yīng)好等），并且很好地解決了交流電機(jī)調(diào)速性能先天不足的問題。交流變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果以及在*****領(lǐng)域的廣泛適用性，而被公認(rèn)為是一種最有前途的交流調(diào)速方式，代表了電氣傳動發(fā)展的主流方向。交流調(diào)速技術(shù)為節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量提供了至關(guān)重要的手段。變頻調(diào)速理論已形成較為完整的科學(xué)體系，成為一門相對獨(dú)立的學(xué)科。變頻裝置有交-直-交系統(tǒng)和交-交系統(tǒng)兩大類。交-直-交系統(tǒng)又分為電壓型和電流型，其中，電壓型變頻器在工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。本文所涉及的就是此類變頻調(diào)速理論和技術(shù)。
20世紀(jì)是電力電子變頻技術(shù)由誕生到發(fā)展的一個(gè)全盛時(shí)代。最初的交流變頻調(diào)速理論誕生于20世紀(jì)20年代，直到60年代，由于電力電子器件的發(fā)展，才促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)向?qū)嵱梅较虬l(fā)展。70年代席卷工業(yè)發(fā)達(dá)國家的石油危機(jī)，促使他們投入大量的人力、物力、財(cái)力、去研究高效率的變頻器，使變頻調(diào)速技術(shù)有了很大的發(fā)展并得到推廣應(yīng)用。80年代，變頻調(diào)速已產(chǎn)品化，性能也不斷提高，發(fā)揮了交流調(diào)速的優(yōu)越性，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)各部門，并且部分取代了直流調(diào)速。進(jìn)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(fā)展及性能的提高、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，如由16位機(jī)發(fā)展到32位機(jī)以及DSP（數(shù)字信號處理器Digital signal processor）的誕生和發(fā)展等以及先進(jìn)控制理論和技術(shù)的完善和發(fā)展（如磁場定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制）等原因，極大地提高了變頻調(diào)速的技術(shù)性能，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，使變頻器在調(diào)速范圍、驅(qū)動能力、調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)、輸出性能、功率因數(shù)、運(yùn)行效率及使用的方便性等方面大大超過了其它常規(guī)交流調(diào)速方式，其性能指標(biāo)也超過了直流調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到取代直流調(diào)速系統(tǒng)的地步。目前，交流變頻調(diào)速以其優(yōu)越的性能而深受各行業(yè)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(jī)床等傳統(tǒng)工業(yè)的改造中和航天航空等新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用中無不看到變頻調(diào)速技術(shù)的蹤影，變頻調(diào)速技術(shù)取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
國外交流變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀具有以下特點(diǎn)：
(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(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。
(2) 在微電子技術(shù)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(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)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(fā)展提供了相關(guān)理論基礎(chǔ)。
(4) 在產(chǎn)品化生產(chǎn)方面，基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，促進(jìn)了變頻器相關(guān)配套件的社會化、專業(yè)化生產(chǎn)。
在國家“八五”科技攻關(guān)計(jì)劃中，交流調(diào)速技術(shù)被列為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。在“九五”計(jì)劃中，交流調(diào)速及相關(guān)技術(shù)也受到重視。但是我國電力半導(dǎo)體器件雖然經(jīng)過較長時(shí)間的發(fā)展，總體水平仍然很低，幾乎不具備新產(chǎn)品的獨(dú)立開發(fā)能力。IGBT、GTO器件的生產(chǎn)雖引進(jìn)了國外技術(shù)，但一直未形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，變頻器產(chǎn)品所用半導(dǎo)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(diào)速技術(shù)的發(fā)展。從總體上看我國電氣傳動的技術(shù)水平較國際先進(jìn)水平差距10-15年。在大功率交-交變頻技術(shù)、無換向器電機(jī)等方面，國內(nèi)雖然有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國外相...
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