中心議題：

• 變頻調速係統的發展現狀與前景展望

解決方案：

• 多電平電壓型逆變器
• 變壓器耦合的多脈衝逆變器
• 雙饋交流變頻調速係統

當前全球經濟發展過程中
，有兩條顯著的相互交織的主線：能neng源yuan和he環huan境jing。能neng源yuan的de緊jin張zhang不bu僅jin製zhi約yue了le相xiang當dang多duo發fa展zhan中zhong國guo家jia的de經jing濟ji增zeng長chang
，也ye為wei許xu多duo發fa達da國guo家jia帶dai來lai了le相xiang當dang大da的de問wen題ti。能neng源yuan集ji中zhong的de地di方fang也ye往wang往wang成cheng為wei全quan世shi界jie所suo關guan注zhu的de熱re點dian地di區qu。而er能neng源yuan的de開kai發fa與yu利li用yong又you對dui環huan境jing的de保bao護hu有you著zhe重zhong大da影ying響xiang。全quan球qiu變bian暖nuan
、酸雨等一係列環境災難都與能源的開發與利用有關。

能源工業作為國民經濟的基礎，對於社會、經jing濟ji的de發fa展zhan和he人ren民min生sheng活huo水shui平ping的de提ti高gao都dou極ji為wei重zhong要yao。在zai高gao速su增zeng長chang的de經jing濟ji環huan境jing下xia
，中zhong國guo能neng源yuan工gong業ye麵mian臨lin經jing濟ji增zeng長chang與yu環huan境jing保bao護hu的de雙shuang重zhong壓ya力li。有you資zi料liao表biao明ming，受shou資zi金jin、技術、能源價格的影響
，中國能源利用效率比發達國家低很多。90年代中國高耗能產品的耗能量一般比發達國家高12%~55%左右，90%以上的能源在開采、加工轉換
、儲運和終端利用過程中損失和浪費。如果進行單位GNP能耗（噸標準煤/千美元）的國家比較（90年代中期）
，中國分別是瑞士、意大利、日本
、法國、德國
、英國、美國、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，中國火電廠煤耗為412克標準煤/kWh，是國際先進水平的1.27倍。

youcikejian，duinengyuandeyouxiaoliyongzaiwoguoyijingfeichangpoqie。zuoweinengyuanxiaohaodahuzhiyidedianjizaijienengfangmianshidayouqianlikewade。woguodianjidezongzhuangjirongliangyida4億千瓦，年耗電量達6000億千瓦時
，約占工業耗電量的80%。我國各類在用電機中
，80%以上為0.55~220kW以下的中小型異步電動機。我國在用電機拖動係統的總體裝備水平僅相當於發達國家50年代水平。因此，在國家十五計劃中，電機係統節能方麵的投入將高達500億元左右。所以變頻調速係統在我國將有非常巨大的市場需求。

muqian，guoneibianpintiaosuxitongdeyanjiufeichanghuoyue，danshizaichanyehuafangmianhaibushihenlixiang
，shichangdedabufenhaishibeiguowaigongsisuozhanju。yinci，weilejiakuaiguoneibianpintiaosuxitongdefazhan，jiuxuyaoduiguojibianpintiaosujishudefazhanqushiheguoneideshichangxuqiuyouyigequanmiandelejie。

1、全數字化控製係統

suizhejisuanjijishudefazhan，wulunshishengchanhaishishenghuozhezhong
，renminduishuzihuaxinxideyilaichengduyuelaiyuegao。ruguoshuojisuanjishidanao，wangluoshishenjing
，namedianjichuandongxitongjiushigugehejirou。tamenzhijiandewanmeijiehecaishixiandaichanyefazhanfangxiang。weileshijiaoliutiaosuxitongyuxinxixitongjinmijiehe
，tongshiyeweiletigaojiaoliutiaosuxitongzishendexingneng，bixushijiaoliutiaosuxitongshixianquanshuzihuakongzhi。

單片機已經在交流調速係統中得到了廣泛地應用。例如由Intel公司1983年開發生產的MCS-96係列是目前性能較高的單片機係列之一，適用於高速、高精度的工業控製。其高檔型：8×196KB、8×196KC
、8×196MC等在通用開環交流調速係統中的應用較多。

由於交流電機控製理論不斷發展

，控製策略和控製算法也日益複雜。擴展卡爾曼濾波
、FFT、狀態觀測器、自適應控製、人工神經網絡等等均應用到了各種交流電機的矢量控製或直接轉矩控製當中。因此
，DSP芯片在全數字化的高性能交流調速係統中找到施展身手的舞台。如TI公司的MCS320F240等DSP芯片
，以其較高的性能價格比成為了全數字化交流調速係統的首選。最近TI公司推出的MCS320F240X係列產品更將價格降低到了單片機的水平。

在交流調速的全數字化的過程當中，各種總線也扮演了相當重要的角色。STD總線、工業PC總線
、現場總線以及CAN總線等在交流調速係統的自動化應用領域起到了重要的作用。

2、PWM技術

PWM控製是交流調速係統的控製核心
，任何控製算法的最終實現幾乎都是以各種PWM控製方式完成的。目前已經提出並得到實際應用的PWM控製方案就不下十幾種，關於PWM控製技術的文章在很多著名的電力電力國際會議上，如PESC，IECON
，EPE年會上已形成專題。尤其是微處理器應用於PWM技術並使之數字化以後，花樣是不斷翻新，從最初追求電壓波形的正弦，到電流波形的正弦，再到磁通的正弦；從效率最優，轉矩脈動最少
，再到消除噪音等，PWM控製技術的發展經曆了一個不斷創新和不斷完善的過程。到目前為止，還有新的方案不斷提出，進一步證明這項技術的研究方興未艾。

其中，空間矢量PWM技術以其電壓利用率高、控製算法簡單、電流諧波小等特點在交流調速係統中得到了越來越多的由於。
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3、高壓大容量交流調速係統

在小功率交流調速方麵
，由於國外產品的規模效應，使得國內廠家在價格上、工藝上和技術上均無法與之抗衡。而在高壓大功率方麵，國外公司又為我們留下了趕超的空間。首先，國外的電網電壓等級一般為3000V，而我國的電網電壓等級為6000V和10000V；其次，高壓大功率交流調速係統無法進行大規模的批量生產，而國外的勞動力成本，特別是具有一定專業知識的勞動力成本較高。

目前，研究較多的大功率逆變電路有：（1）多電平電壓型逆變器，（2）變壓器耦合的多脈衝逆變器，（3）交交變頻器，（4）雙饋交流變頻調速係統。

（1）多電平電壓型逆變器

日本長岡科技大學的A.Nabae等人於1980年在IAS年會上首次提出三電平逆變器，又稱中點箝位式（NeutralPointClamped）逆變器。它的出現為高壓大容量電壓型逆變器的研製開辟了一條新思路。

多電平電壓型逆變器與普通雙電平逆變器相比具有以下優點：

•更適合大容量、高電壓的場合。
•可產生M層梯形輸出電壓


，對階梯波再作調製可以得到很好近似的正弦波
，理論上提高電平數可接近純正弦波型
、諧波含量很小。
•電磁幹擾（EMI）問題大大減輕，因為開關元件一次動作的dv/dt通常隻有傳統雙電平的1/（M-1）。
•效率高，消除同樣諧波，雙電平采用PWM控製法開關頻率高、損耗大，而多電平逆變器可用較低頻率進行開關動作
、開關頻率低、損耗小
，效率提高。

（2）變壓器耦合的多脈衝逆變器

變壓器耦合的多脈衝逆變器的三電平電路中，要獲得更多電平隻須將每相所串聯的單元逆變橋數目同等增加即可。其優點為：
不存在電壓均衡問題。無需箝位二極管或電容，適於調速控製
；

• 模塊化程度好，維修方便
  ；
• 對相同電平數而言，所需器件數目最少；
• 無箝位二極管或電容的限製，可實現更多電平，上更高電壓，實現更低諧波
  ；
• 控製方法相對簡單
  
  ，可分別對每一級進行PWM控製，然後進行波形重組。

當然，這種結構的不足之處在於需要很多隔離的直流電源，應用受到一定限製。

（3）交交變頻器

交交變頻器采用晶閘管作為主功率器件，在軋機和礦井卷揚機傳動方麵有很大的需求。晶閘管的最大優點就是開關功率大（可達5000V/5000A），適shi合he於yu大da容rong量liang交jiao流liu電dian機ji調tiao速su係xi統tong。同tong時shi，大da功gong率lv晶jing閘zha管guan的de生sheng產chan和he技ji術shu功gong能neng技ji術shu相xiang當dang成cheng熟shu
，通tong過guo與yu現xian代dai交jiao流liu電dian機ji控kong製zhi理li論lun的de數shu字zi化hua結jie合he
，將jiang具ju有you較jiao強qiang的de競jing爭zheng力li。但dan是shi交jiao交jiao變bian頻pin器qi也ye存cun在zai一yi些xie固gu有you缺que點dian：調速範圍小，當電源為50Hz時
，最大輸出頻率不超過20Hz
；另一方麵，功率因數低
、諧波汙染大，因此需要同時進行無功補償會諧波治理。

（4）雙饋交流變頻調速係統

雙饋交流變頻調速係統的變頻器功率小、功率因數可調、係統可靠性較高，因此近來受到了許多研究人員的重視。由於變頻器的功率隻占電機容量的25%，因此可以大大降低係統的成本。但是
，雙饋交流變頻調速係統中的電機需要專門設計，不能使用普通的異步電機；而且受變頻器容量和調速範圍的限製，不具備軟起動的能力。

4、高性能交流調速係統

V/f恒定、速su度du開kai環huan控kong製zhi的de通tong用yong變bian頻pin調tiao速su係xi統tong和he滑hua差cha頻pin率lv速su度du閉bi環huan控kong製zhi係xi統tong，基ji本ben上shang解jie決jue了le異yi步bu電dian機ji平ping滑hua調tiao速su的de問wen題ti。然ran而er，當dang生sheng產chan機ji械xie對dui調tiao速su係xi統tong的de動dong靜jing態tai性xing能neng提ti出chu更geng高gao要yao求qiu時shi，上shang述shu係xi統tong還hai是shi比bi直zhi流liu調tiao速su係xi統tong略lve遜xun一yi籌chou。原yuan因yin在zai於yu，其qi係xi統tong控kong製zhi的de規gui律lv是shi從cong異yi步bu電dian機ji穩wen態tai等deng效xiao電dian路lu和he穩wen態tai轉zhuan矩ju公gong式shi出chu發fa推tui導dao出chu穩wen態tai值zhi控kong製zhi，完wan全quan不bu考kao慮lv過guo渡du過guo程cheng
，係xi統tong在zai穩wen定ding性xing、起動及低速時轉矩動態響應等方麵的性能尚不能令人滿意。

考慮到異步電機是一個多變量
、強耦合、feixianxingdeshibiancanshuxitong，hennanzhijietongguowaijiaxinhaozhunquekongzhidiancizhuanju
，danruoyizhuanzicitongzheyixuanzhuandekongjianshiliangweicankaozuobiao
，liyongcongjingzhizuobiaoxidaoxuanzhuanzuobiaoxizhijiandebianhuan，zekeyibadingzidianliuzhonglicidianliufenliangyuzhuanjudianliufenliangbianchengbiaoliangdulikailai，jinxingfenbiekongzhi。zheyang
，tongguozuobiaobianhuanzhongjiandediandongjimoxingjiukedengxiaoweiyitaizhiliudiandongji，congerkexiangzhiliudiandongjinayangjinxingkuaisudezhuanjuhecitongkongzhijishiliangkongzhi。

和he矢shi量liang控kong製zhi不bu同tong
，直zhi接jie轉zhuan矩ju控kong製zhi屏ping棄qi了le解jie耦ou的de思si想xiang，取qu消xiao了le旋xuan轉zhuan坐zuo標biao變bian換huan，簡jian單dan地di通tong過guo檢jian測ce電dian機ji定ding子zi電dian壓ya和he電dian流liu，借jie助zhu瞬shun時shi空kong間jian矢shi量liang理li論lun計ji算suan電dian機ji的de磁ci鏈lian和he轉zhuan矩ju
，並bing根gen據ju與yu給gei定ding值zhi比bi較jiao所suo得de差cha值zhi，實shi現xian磁ci鏈lian和he轉zhuan矩ju的de直zhi接jie控kong製zhi。

盡管矢量控製與直接轉矩控製使交流調速係統的性能有了較大的提高，但是還有許多領域又待研究：
（1）磁通的準確估計或觀測
（2）無速度傳感器的控製方法
（3）電機參數的在線辨識
（4）極低轉速包括零速下的電機控製
（5）電壓重構與死區補償策略
（6）多電平逆變器的高性能控製策略

zaijiaoliutiaosudeyanjiuyuzhizaoguochengzhong，yingjiandeshejiyuzuzhuangzhanlexiangdangdadebizhong。dianjizhizaoyijitiaosuzhuangzhidezhizaoxuyaodapidejishushuliangongren，duirenyuandesuzhiyouyidingyaoqiu。erguowaixiangguanchanyederengongchengbenxiangduijiaogao，zaijinshiniannei
，jiaoliutiaosudezhizaoyeyoukenengxiangfazhanzhongguojiazhuanyi。duizhongguolaishuo
，zheyeshiyigejiyu，ruguowomenzhuazhuzhegejihui
，zailiyongbenshendeshichangyoulitiaojian，youkenengzaiwoguoxingchengjiaoliutiaosuxitongdezhizaoyezhongxin
，shiwoguogongyeshangyigexindetaijie。xuyaozhuyideshifadaguojiazaigaojishulingyushibuhuiqingyifangqide
，tamenfeichangzhuyihexinjishujiruanjiandebaohuhebaomi
，weici，bixujiadagailingyudekeyanyukaifadelidu。