淺析高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

王建華

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展及人們節(jié)能環(huán)保的意識(shí)不斷增強(qiáng)，人們更加迫切地希望通過科學(xué)技術(shù)手段改變現(xiàn)狀，做出節(jié)能、環(huán)保的新型產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。故而，人們向著全新的科技投去更多目光，關(guān)注度較以往提高了很多。例如，在我們的生產(chǎn)、生活中，相關(guān)研發(fā)技術(shù)人員更新了高壓變頻調(diào)速的技術(shù)，將其更廣泛地應(yīng)用在各種工況場合及生產(chǎn)現(xiàn)場。新型技術(shù)的應(yīng)用大大減少了電能的輸出，節(jié)省了能源。因此，我們根據(jù)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析其在生產(chǎn)、生活中的技術(shù)應(yīng)用，研究、探討高壓變頻調(diào)速技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：變頻;調(diào)速;高壓變頻;節(jié)約;能源

中圖分類號(hào)：G30.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

高壓變頻調(diào)速技術(shù)是社會(huì)發(fā)展下的先進(jìn)生產(chǎn)產(chǎn)能，在我們生產(chǎn)、生活中被人們廣泛地應(yīng)用。其在電力能源的使用方面，進(jìn)行了良好的分配和調(diào)控，能夠高效提高并擴(kuò)大生產(chǎn)效益，進(jìn)而引發(fā)經(jīng)濟(jì)效益提升、促進(jìn)相關(guān)行業(yè)技術(shù)革新等連鎖反應(yīng)。由于許多技術(shù)壁壘因素，這種能源技術(shù)在生產(chǎn)上出現(xiàn)了一定的問題，導(dǎo)致在后來的加大生產(chǎn)中存在生產(chǎn)產(chǎn)能滯后的現(xiàn)象。所以，企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)車間和有關(guān)部門應(yīng)該更加注意生產(chǎn)技術(shù)問題，在技術(shù)生產(chǎn)上應(yīng)該投入更多的關(guān)注，加大資源的投入力度，實(shí)現(xiàn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)更上一層樓。故而，本文對(duì)現(xiàn)在高壓變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域上的應(yīng)用狀態(tài)及其中涉及的相關(guān)技術(shù)等進(jìn)行剖析和討論，以此使讀者對(duì)這種技術(shù)未來的發(fā)展趨勢有一個(gè)多方位的了解[1]。

1 高壓變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和現(xiàn)狀

1.1 高壓變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷史

高壓變頻調(diào)速技術(shù)涉及的工程廣泛，如電力開發(fā)、電力工程、電子技術(shù)、信息處理和控制系統(tǒng)等多個(gè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的興起，以高壓變頻調(diào)速為代表的近現(xiàn)代交流調(diào)控技術(shù)就有了很大的進(jìn)步。通過這種交流變頻傳動(dòng)帶動(dòng)交流電機(jī)，解決了直流電機(jī)存在的直流電機(jī)制造比較貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障多、可靠性低、壽命短、保養(yǎng)維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)。而且發(fā)揮了交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡便、經(jīng)濟(jì)適用、牢固耐磨、動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好的優(yōu)點(diǎn)，很好地處理了交流電機(jī)調(diào)速在性能上先天不足的缺陷，交流變頻調(diào)速技術(shù)依靠高超的調(diào)速性能、卓越的用電效率及人們?cè)谑褂眠^程中良好的應(yīng)用反饋，被大家一致認(rèn)可是一種最有前途和發(fā)展的交流調(diào)速方式，代表了電力傳動(dòng)發(fā)展的主體方向[2]。在節(jié)能環(huán)保、降低消耗、改善控制性能和提高產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)能方面，變速調(diào)控技術(shù)都起到了至關(guān)重要的作用。變頻調(diào)速控制已經(jīng)成為一門相對(duì)來說較為獨(dú)立的理論學(xué)科，形成了相對(duì)穩(wěn)定的科學(xué)體系。

電力電子變頻技術(shù)由誕生到全盛時(shí)期是在20世紀(jì)，最開始的交流變頻調(diào)速理論誕生在20世紀(jì)20年代，一直到60年代，電力電子器件開始發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)才開始向?qū)嵱玫姆较虬l(fā)展。在20世紀(jì)70年代的時(shí)候，大多數(shù)發(fā)達(dá)國家發(fā)生了石油危機(jī)，所以他們?cè)谘芯扛咝首冾l器的時(shí)候投入了大量的人力、物力和財(cái)力。這樣一來，變頻調(diào)速技術(shù)就得到了很好的發(fā)展應(yīng)用和使用方面的積極推廣。在20世紀(jì)80年代的時(shí)候，變頻調(diào)速技術(shù)逐漸產(chǎn)品化，在其使用性能方面得到大幅度提升，更大程度上發(fā)揮了變流調(diào)速的自身優(yōu)越性，被大力使用到工業(yè)的各種場合，甚至取代了以往直流調(diào)速的一部分。20世紀(jì)90年代，絕緣柵雙極型晶體管、集成門極換流型晶閘管等新型電力電子器件的發(fā)展和實(shí)用性能的提高，對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的性能方面，都有極大的提高，很好地促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展更新[3]。

近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的DSP單片電機(jī)控制器內(nèi)（如ADI的ADMC3系列、TI的TM S320C240和Motorola的DSP56F8系列），價(jià)格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP的單周期指令執(zhí)行時(shí)間快達(dá)幾十納秒，它和普通的單片機(jī)相比，處理數(shù)字運(yùn)算能力增強(qiáng)10～15倍，確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。數(shù)字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷加強(qiáng)保護(hù)和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化（如有些變頻器具有自調(diào)整功能）。微處理器的進(jìn)步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，特別是交流電動(dòng)機(jī)高性能的控制需要存儲(chǔ)多種數(shù)據(jù)和快速實(shí)時(shí)處理大量信息，所有的變頻調(diào)速技術(shù)被廣泛應(yīng)用，在一定程度上，高壓電力系統(tǒng)得到更多的完善和優(yōu)化。

1.2 高壓變頻調(diào)速技術(shù)在各行各業(yè)中應(yīng)用的現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)于高壓變頻調(diào)速技術(shù)的需求也越來越多，在性能、保護(hù)使用方面也越來越多樣化，但因?yàn)橐恍┩獠吭虻拇嬖?，高壓變頻調(diào)速技術(shù)在市場上的需求方面還存在一定的局限性。因?yàn)楦邏鹤冾l調(diào)速技術(shù)在使用方面可以實(shí)現(xiàn)流量和速率的變化，可以使設(shè)備不用安裝擋板和閥門等流量控制器件，節(jié)省了能源，達(dá)到高效操作的效果，特別是在大功率設(shè)備的應(yīng)用上根據(jù)生產(chǎn)工藝要求及時(shí)調(diào)頻調(diào)速，能夠更好地提高資源使用的效果。

1.3 高壓變頻調(diào)速技術(shù)自身產(chǎn)品的組成結(jié)構(gòu)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們生產(chǎn)、生活中的需求也越來越多，對(duì)于高壓變頻調(diào)速技術(shù)的要求也變得嚴(yán)格起來。人們希望利用現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品開發(fā)，以此實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化、功能的選擇化、保護(hù)的全面化、控制的智能化。在目前的市面上，高壓變頻調(diào)速技術(shù)的主要產(chǎn)品類型以兩象限通用為主，在技術(shù)開采方面則是以單元串聯(lián)多電平的技術(shù)類型為主，在能量使用的反饋方面以四象限為主。

2 高壓變頻調(diào)速技術(shù)在應(yīng)用方面的發(fā)展趨勢

2.1 在變頻電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面的變化趨勢

在變頻電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，高壓變頻調(diào)速技術(shù)也有著很大潛能，其未來發(fā)展的趨勢大體是向著綠色節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，達(dá)到電力能源最大效率的應(yīng)用。生產(chǎn)現(xiàn)場中，電路整流部分同樣運(yùn)用電子自關(guān)斷器實(shí)現(xiàn)控制，被稱之為綠色節(jié)能技術(shù)。這種綠色節(jié)能技術(shù)的使用可以實(shí)現(xiàn)電流波形的變化，波形變成正弦波形，也能夠良好地控制住功率因數(shù)，讓其控制在1的范圍中。通過變頻電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綠色環(huán)保的節(jié)能技術(shù)，可以對(duì)直流環(huán)節(jié)濾波電容容量進(jìn)行相關(guān)整理，達(dá)到降低能源消耗的效果，在隨著半導(dǎo)體技術(shù)的相應(yīng)使用中，綠色節(jié)能電路會(huì)大量應(yīng)用，這也是在以后的生產(chǎn)發(fā)展過程中，帶來的材料費(fèi)用降低和半導(dǎo)體器件性能不斷升級(jí)的良好消息。