近10年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)間效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。
1 我國變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況電氣傳動控制系統(tǒng)通常由電動機、控制裝置和信息裝置3部分組成。電氣傳動關(guān)系到合理地使用電動機以節(jié)約電能和控制機械的運轉(zhuǎn)狀態(tài)（位置、速度、加速度等），實現(xiàn)電能-機械能的轉(zhuǎn)換，達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目的。電氣傳動分成不調(diào)速和調(diào)速兩大類，調(diào)速又分交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種方式。不調(diào)速電動機直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展這類原本不調(diào)速的機械越來越多地改用調(diào)速傳動以節(jié)約電能（節(jié)約15%～20%或更多），改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。在我國60%的發(fā)電量是通過電動機消耗的，因此調(diào)速春傳動是一個重要行業(yè)，一直得到國家重視，目前已有一定規(guī)模?！　?br />近年來交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。上個世紀變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個龐大的電力行業(yè)。長期以來，交流電的頻率一直是固定的，變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源?！　?br />我國電氣傳動產(chǎn)業(yè)始建于1954年當時第一批該專業(yè)范圍內(nèi)的學生從各大專院校畢業(yè)，同時在機械工業(yè)部屬下建立了我國第一個電氣傳動成套公司，這就是后來天津電氣傳動設(shè)計研究所的前身。我國電氣傳動與變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展簡使見表1?，F(xiàn)在我國已有200家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作?！　?br />我國是一個發(fā)展中國家，許多產(chǎn)品的科研開發(fā)能力仍落后于發(fā)達國家。至今自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品大體只相當于國際上80年代水平。隨著改革開放，經(jīng)濟高速發(fā)展，形成了一個巨大的市場，它既對國內(nèi)企業(yè)，也對外國公司敞開。很多最先進的產(chǎn)品從發(fā)達國家進口，在我國運行良好，滿足了我國生產(chǎn)和生活需要。 國內(nèi)許多合資公司生產(chǎn)當今國際上先進的產(chǎn)品，國內(nèi)的成套部分在自行設(shè)計制造的成套裝置中采用外國進口公司和合資企業(yè)的先進設(shè)備，自己開發(fā)應(yīng)用軟件，能為國內(nèi)外重大工程項目提供一流的電氣傳動控制系統(tǒng)。雖然取得很大成績，但應(yīng)看到由于國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的能力弱，對國外公司的依賴性嚴重。目前國內(nèi)主要的產(chǎn)品狀況如下?！　?br />（1）晶閘管交流器和開關(guān)斷器件（DJT、IGBT、VDMOS）斬波器供電的直流調(diào)速設(shè)備。這類設(shè)備的市場很大，隨著交流調(diào)速的發(fā)展，該市場雖在縮減，但由于我國舊設(shè)備改造任務(wù)多，以及它在幾百至一千多kW范圍內(nèi)價格比交流調(diào)速低得多，所以在短期內(nèi)市場不會縮減很多。國產(chǎn)設(shè)備能滿足需要，部分出口。自行開發(fā)的控制器多為模擬控制，近年來主要采用進口數(shù)字控制器配國產(chǎn)功率裝置。　　
（2）IGBT或BJT PWM逆變器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備。這類設(shè)備的市場很大，總?cè)萘空嫉谋壤淮?，但臺數(shù)多，增長快，應(yīng)用范圍從單機擴展到全生產(chǎn)線，從簡單的V/f控制到高性能的矢量控制。約有50家工廠和公司生產(chǎn)，其中合資企業(yè)占很大比重。　　
（3）負載換流式電流型晶閘管逆變器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備。這類產(chǎn)品在抽水蓄水能電站的機組起動，大容量風機、泵、壓縮機和軋機傳動方面有很大需求。國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，目前容量最大做到12MW。功率裝置國內(nèi)配套，自行開發(fā)的控制裝置只有模擬式的，數(shù)字裝置需進口，自己開發(fā)應(yīng)用軟件?！　?br />（4）交-交變頻器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備。這類產(chǎn)品在軋機和礦井卷揚傳動方面有很大需求，臺數(shù)不多，功率大。主要靠進口，國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造。目前最大容量做到7000～8000kW。功率部分國產(chǎn)，數(shù)字控制裝置進口，包括開發(fā)應(yīng)用軟件。　　
變頻調(diào)速技術(shù)在國民經(jīng)濟和日常生活中的重要地位是由以下因素決定的。　?。?）應(yīng)用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù)?！　?br />（2）是節(jié)約能源的高新技術(shù)?！　?br />（3）是國際上技術(shù)更新?lián)Q代最快的領(lǐng)域?！　?br />（4）是高科技領(lǐng)域的綜合性技術(shù)?！　?br />（5）是替代進口，節(jié)約投資的最大領(lǐng)域之一。
2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀對比
2.1 國外現(xiàn)狀　　在大功率交-交變頻（循環(huán)變流器）調(diào)速技術(shù)方面，法國阿爾斯通已能提供單機容量達3萬kW的電氣傳動設(shè)備用于船舶推進系統(tǒng)。在大功率無換向器電機變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利ABB公司提供了單機容量為6萬kW的設(shè)備用于抽水蓄能電站。在中功率變頻調(diào)速技術(shù)方面，德國西門子公司Simovert A電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備單機容量為10 ~ 2600 kVA和Simovert P GTO PWM變頻調(diào)速設(shè)備單機容量為100 ~ 900 kVA，其控制系統(tǒng)已實現(xiàn)全數(shù)字化，用于電力機車、風機、水泵傳動。在小功率交流變頻調(diào)速技術(shù)反面，日本富士BJT變頻器最大單機容量可達700 kVA，IGBT變頻器已形成系列產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實現(xiàn)全數(shù)字化?！　?br />國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點。　　
（1）市場的大量需求。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高和能源全球性短缺，變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在機械、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個行業(yè)以及風機、水泵等的節(jié)能場合，應(yīng)取得顯著的經(jīng)濟效益?！　?br />（2）功率器件的發(fā)展。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)的發(fā)展應(yīng)用，使高抵押、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實?！　?br />（3）控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)；16位、32位高速微處理器以及信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）技術(shù)的快速發(fā)展，為實現(xiàn)變頻器高精度、多功能提供了硬件手段?！　?br />（4）基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻器相關(guān)配套件社會化、專業(yè)化生產(chǎn)?！　?br />2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀　　
從總體上看我國電氣傳動的技術(shù)水平較國際先進水平差距10 ~ 15年。　　在大功率-交、無換向器電機等變頻技術(shù)方面，國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國外還有相當差距。而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站機組起動及運行、大容量風機、壓縮機和軋機傳動、礦井卷場方面有很大需求。在中小功率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的V/f控制，僅有少量的樣機采用矢量控制，品種與質(zhì)量還不能滿足市場需要，每年大量進口?！　?br />國內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下?！　?br />（1）變頻器的整機技術(shù)落后，國內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并沒有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。
（2）變頻器產(chǎn)品所用半導體功率器件的制造業(yè)幾乎是空白?！　?br />（3）相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后?！　?br />（4）產(chǎn)銷量少，可靠性及工藝水平不高。
3 未來的發(fā)展方向交流變頻調(diào)速技術(shù)是強弱電混合、機電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，后者要解決（基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略）的硬、軟件開發(fā)問題（在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)）?！　?br />其主要發(fā)展方向有如下幾項?！　?br />（1）實現(xiàn)高水平的控制?；陔妱訖C和機械模型的控制策略，有矢量控制、磁場控制、直接傳矩控制和機械扭振補償?shù)龋换诂F(xiàn)代理論的控制策略，有滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器，在某種指標意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設(shè)計方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等?！　?br />（2）開發(fā)清潔電能的變流器。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)為1，網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)有盡可能低的諧波分量，以減少對電網(wǎng)的公害和電動機的轉(zhuǎn)矩脈動。對中小容量變流器，提高開關(guān)頻率的PWM控制是有效的。對大容量變流器，在常規(guī)的開關(guān)頻率下，可改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式，實現(xiàn)清潔電能的變換?！　?br />（3）縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關(guān)電源，以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。功率器件冷卻方式的改變（如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管）對縮小裝置的尺寸也很有效?！　。?）高速度的數(shù)字控制。以32位高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板有足夠的能力實現(xiàn)各種控制算法，Windows操作系統(tǒng)的引入使得可自由設(shè)計，圖形編程的控制技術(shù)也有很大的發(fā)展?！　?br />（5）模擬與計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)。電機模擬器、負載模擬器以及各種CAD軟件的引入對變頻器的設(shè)計和測試提供了強有力的支持?！　?br />主要的研究開發(fā)項目有如下各項?！　?br />（1）數(shù)字控制的大功率交-交變頻器供電的傳動設(shè)備?！　?br />（2）大功率負載換流電流型逆變器供電的傳動設(shè)備在抽水蓄能電站、大型風機和泵上的推廣應(yīng)用?！　?br />（3）電壓型GTO逆變器在鐵路機車上的推廣應(yīng)用?！　?br />（4）電壓型IGBT、IGCT逆變器供電的傳動設(shè)備擴大功能，改善性能。如4象限運行，帶有電極參數(shù)自測量與自設(shè)定和電機參數(shù)變化的自動補償以及無傳感器的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等?！　?br />（5）風機和泵用高壓電動機的節(jié)能調(diào)速研究。眾所周知，風機和泵改用調(diào)速傳動后節(jié)約大量電力。特別是電壓電動機，容量大，節(jié)能效果更顯著。研究經(jīng)濟合理的高壓電動機調(diào)速方法是當今重大課題?！　?br />主要的研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)有如下各項?！　?br />（1）高壓、大電流技術(shù)：動態(tài)、靜態(tài)均壓技術(shù)（6kV、10kV回路中3英寸晶閘管串聯(lián)，靜動態(tài)均壓系數(shù)大于0.9）；均流技術(shù)，大功率晶閘管并聯(lián)的均流技術(shù)，均流系數(shù)大于0.85）；浪涌吸收技術(shù)（10 kV、6kV回路中）；光控及電磁觸發(fā)技術(shù)（電/光，光/電變換技術(shù)）；導熱與散熱技術(shù)（主要解決導熱及散熱性好、電流出力大的技術(shù)，如熱管散熱技術(shù)）；高壓、大電流系統(tǒng)保護技術(shù)（抗大電流電磁力結(jié)構(gòu)、絕緣設(shè)計）；等效負載模擬技術(shù)?！　?br />（2）新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)：可關(guān)斷驅(qū)動技術(shù)；雙PWM逆變技術(shù)；循環(huán)變流 / 電流型交-直-交（CC / CSI0）變流技術(shù)（12脈波變頻技術(shù)）；同步機交流勵磁變速運行技術(shù)；軟開關(guān)PWM變流技術(shù)?！　?br />（3）全數(shù)字自動化控制技術(shù)：參數(shù)自設(shè)定技術(shù)；過程自優(yōu)化技術(shù)；故障自診斷技術(shù)；對象自辨識技術(shù)?！　?br />（4）現(xiàn)代控制技術(shù)：多變量解耦控制技術(shù)；矢量控制和直接力矩控制技術(shù)；自適應(yīng)技術(shù)。 4 變頻調(diào)速技術(shù)的因應(yīng)用縱觀我國變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，總的說來走的是一個由試驗到實用，由零星到大范圍，由輔助系統(tǒng)到生產(chǎn)裝置，由單純考慮節(jié)能到全民改善工藝水平，由手動控制到自動控制，由于低壓中小容量到高壓大容量，一句話，由低級到高級的過程。　　
多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家有關(guān)部門致力于變頻調(diào)速技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，在技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造方面給予了重點扶持，組織了變頻調(diào)速技術(shù)的評測推薦工作，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向，同時鼓勵單位開展統(tǒng)貸統(tǒng)還方式，抓開發(fā)、抓示范工程、抓推廣應(yīng)用。國家成力了風機水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓。1995 ~ 1997年3年間我國風機水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造投入資金3.5億元，改造總?cè)萘窟_100萬kW，可年節(jié)電7億kW＆#382; h，平均投資回收期約2年。　　1997年朱榕基總理在國家經(jīng)貿(mào)委上報的“關(guān)于風機、水泵節(jié)能改造工作情況的報告”上明確指示“這件事抓得好”。1998年1月1日實施的《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條，已將變頻調(diào)速列入通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。在國家經(jīng)貿(mào)委《“九五”資源節(jié)能綜合利用工作綱要》中，變頻調(diào)速已被列入重點組織實施的10項資源節(jié)約綜合利用技術(shù)改造示范工程之一。即將出臺的限制性政策規(guī)定：對新建和擴建工程需要調(diào)速運行的風機和水泵，一律不準采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量；對采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量的要分期、分批、有步驟地進行調(diào)速改造。　　
據(jù)有關(guān)資料表明，我國變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)取得了如下成績?！　?br />（1）變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用范圍已發(fā)展到新階段。石油、石化、機械、冶金等行業(yè)都經(jīng)過了單系統(tǒng)試用、大量使用和整套裝置系統(tǒng)使用3個發(fā)展階段。 如廣東茂名石化公司和九江石油化工廠現(xiàn)已發(fā)展到飲用常減壓和催裂化變頻裝置，取得了節(jié)能、增產(chǎn)的顯著效果；長春第一汽車廠18個專業(yè)廠的輸送機械、空壓機等設(shè)備應(yīng)用了162臺變頻器，保證了新車的制造迅速達到了生產(chǎn)指標；新疆克拉瑪依油田在煉油、化工、供水、天然氣處理等系統(tǒng)中廣泛采用了變頻器，低壓變頻調(diào)速的普及率已達70%；梅林水廠、太原鋼廠、邯鄲鋼廠等單位在水泵、風機機組上采用中壓變頻技術(shù)，保證了生產(chǎn)，節(jié)約了能源等?！　?br />（2）變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。很多用戶實踐的結(jié)果證明，節(jié)電率一般在10% ~ 30%，有的高達40%，更重要的是生產(chǎn)中一些技術(shù)難點也得到解決。例如包鋼1150軋機采用變頻裝置后，年平均事故時間達到工作時間的0.1%以下，大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，且年節(jié)約電費約50萬元；儀征化纖聯(lián)合公司共用了300臺變頻器，頻率精度達0.2%，做到了使用3年無一事故；烏魯木齊市熱力總公司在供熱系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速后，當年節(jié)電達35%以上；石油系統(tǒng)從80年代末到1997年，油田和長輸管道在用的變頻裝置已達12萬kW，年節(jié)電量近2億kW＆#382; h。 5 結(jié)束語變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)、和節(jié)能技術(shù)，已經(jīng)滲透到經(jīng)濟領(lǐng)域的所有技術(shù)部門中。我國以后在變頻調(diào)速技術(shù)方面應(yīng)積極做的工作如下?！　?br />（1）應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量，獲得較好的經(jīng)濟效益和社會效益?！　?br />（2）大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)，必需把我國變頻調(diào)速技術(shù)提高到一個新水平，縮小與世界先進水平的差距，提高自主開發(fā)能力，滿足國民經(jīng)濟重點工程建設(shè)和市場的需求?！　?br />（3）規(guī)范我國變頻調(diào)速技術(shù)方面的標準，提高產(chǎn)品可靠性工藝水平，實現(xiàn)規(guī)?；?、標準化生產(chǎn)。