【正文】 he torque pulsation, at the same time enhances the performance of dynamic response system. The PWM technique also may use in the rectifier controlling, can realize the input current which approaches the sine extremely. And may cause the electrical network power factor is 1. The PWM rectifier thus is called “the green converter”. At present, PWM technique has bee the most widespread control technique applied in the frequency converter. The unceasingly velocity modulation performance of alternating current motor is as a result of the PWM technique unceasing progress enhancement in the very great degree. At present the widely applies is the optimizes PWM law which developing based on the regular sampling PWM foundation, that is Thrice Harmonic Superpose theory and voltage space vector PWM theory. 變頻技術(shù)的普及前景電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)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(dòng)技術(shù)進(jìn)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(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和信息裝置3部分組成，電氣傳動(dòng)關(guān)系到合理地使用電動(dòng)機(jī)以節(jié)約電能和控制機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電能機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗目的。電氣傳動(dòng)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(dòng)機(jī)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(jī)械越來越多地改用調(diào)速傳動(dòng)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(dòng)機(jī)消耗的，因此調(diào)速傳動(dòng)是一個(gè)重要行業(yè)，已經(jīng)得到國家重視，目前已有一定規(guī)模。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(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)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。這10年來，變頻技術(shù)的應(yīng)用在我國有很大的發(fā)展，并取得了良好的效果可以說，變頻技術(shù)已為大多數(shù)用戶所接受，但是不能不指出，我國在變頻技術(shù)的應(yīng)用方面，與發(fā)達(dá)國家的水平尚有很大差距，目前，我國在用的交流電動(dòng)機(jī)使用變頻調(diào)速運(yùn)行的僅6%左右，而下業(yè)發(fā)達(dá)國家已達(dá)(60%~70%)，日本在風(fēng)機(jī)、水泵上變頻調(diào)速的采用率已達(dá)10% ,%.在日本，空調(diào)器的70%采用了變頻調(diào)速，而我國才剛剛起步。從這個(gè)現(xiàn)實(shí)出發(fā)，變頻技術(shù)尚有很大的發(fā)展空間，應(yīng)該鍥而不舍地做好推廣應(yīng)用工作。而且隨著控制技術(shù)和控制手段的不斷提高，變頻調(diào)速又由變壓變頻控制的變頻調(diào)速發(fā)展到了矢量控制變頻調(diào)速，通過控制交流電動(dòng)機(jī)里相當(dāng)于并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的磁通變化，提高變頻器的恒轉(zhuǎn)矩輸出范圍和動(dòng)靜態(tài)特性，使得交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能超過了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的性能。為了簡化控制系統(tǒng)，減少設(shè)備故障率，在矢量控制變頻調(diào)速的基礎(chǔ)上又發(fā)展了無速度傳感器的矢量控制變頻調(diào)速。在一些對動(dòng)靜態(tài)特性要求不太高的應(yīng)用中，無速度傳感器的矢量控制變頻調(diào)速己完全可以和有速度傳感器的矢量控制變頻調(diào)速相媲美。矢量控制對交流電機(jī)調(diào)速具有劃時(shí)代的意義。變頻調(diào)速是電機(jī)調(diào)速的最佳方式，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想設(shè)備，是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)必不可少的組成部分，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程和管理自動(dòng)化的前提，也是信息化發(fā)展的先決條件。在我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，采用直流電機(jī)拖動(dòng)的調(diào)速系統(tǒng)約占調(diào)速系統(tǒng)總量的85%~90%，而交流調(diào)速系統(tǒng)僅占10%~15%。效率低、質(zhì)量差、消耗大、故障率高己成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，必須積極推廣先進(jìn)的交流變頻調(diào)速技術(shù)，用先進(jìn)的設(shè)備武裝傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)自動(dòng)化、工業(yè)化和信息化的進(jìn)一步發(fā)展。 變頻調(diào)速發(fā)展趨勢如果說以第一個(gè)晶閘管的出現(xiàn)作為交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的起點(diǎn)，可以認(rèn)為它的發(fā)展歷史己40多年了。而變頻調(diào)速技術(shù)真正高速發(fā)展時(shí)期，應(yīng)該是在PWM調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn)和微機(jī)控制技術(shù)發(fā)展之后。特別是最近20年來，隨著交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用普及，交流變頻調(diào)速在化工、火電廠、礦山、油田、機(jī)械制造、城市建設(shè)、水處理、甚至家電等行業(yè)己經(jīng)全面推廣使用，一般主要用于節(jié)能及控制。隨著變頻技術(shù)的普及和深入，以及國際、國內(nèi)電器設(shè)備使用的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)的強(qiáng)化，電力系統(tǒng)行業(yè)和用戶對變頻技術(shù)的質(zhì)量要求也越來越高。變頻調(diào)速的發(fā)展趨勢主要圍繞下面幾個(gè)方而展開。1) 高性能的智能控制變頻器380V系統(tǒng)的低壓變頻器是國內(nèi)的主要研究對象，應(yīng)用交流調(diào)速的基本理論，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、魯棒控制、模糊控制，或其他智能控制等手段，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)辨識(shí)，以期達(dá)到自適應(yīng)、自調(diào)整的最優(yōu)控制。這方面己有一定的研究成果。2) 速度傳感器研究從前面所述的各種變頻調(diào)速的理論可知，一般系統(tǒng)都要用到轉(zhuǎn)速傳感器。在實(shí)際使用中，由于變頻設(shè)備和被控電動(dòng)機(jī)有一定的距離，而高精度的轉(zhuǎn)速傳感器都要使用專門的電源，被控電動(dòng)機(jī)有的是在戶外，運(yùn)行工況非常惡劣，要保證速度反饋的準(zhǔn)確性，有時(shí)不得不采取特別措施，因此也會(huì)增加額外費(fèi)用，運(yùn)行的可靠性和控制精度也會(huì)因此受到影響。無速度傳感器的變頻調(diào)速系統(tǒng)，是通過現(xiàn)場采集的電流電壓量，以及控制的實(shí)施策略，綜合出被控電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。這種控制方案要求計(jì)算機(jī)的控制速度較高，并有足夠的精度。3) 針對功率因數(shù)提高和諧波污染的研究低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制雖然己經(jīng)是非常成熟了，但目前國際、國內(nèi)的產(chǎn)品，一般都是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，重點(diǎn)放在電機(jī)變頻控制理論的實(shí)現(xiàn)和完善上，而對變頻器的輸出波形、功率因數(shù)，以及諧波污染等問題還沒有引起足夠的重視。最近10多年來，國外在這一領(lǐng)域己有較深入的研究。有的針對功率因數(shù)，有的強(qiáng)調(diào)輸出波形。多重化技術(shù)就是為了解決輸出波形問題。最近幾年的研究表明，利用PWM輸出控制解決諧波輸出問題，是比較理想的方法，它可以省去多重化中的變壓器，或過多的開關(guān)元器件，使變頻器的體積和重量減少，但這種方法不能解決所有諧波的消除問題，只能部分消除特定諧波。這方面的研究論文還不多，也還沒有成熟的類似低壓變頻器的產(chǎn)品出現(xiàn)。4) 高壓變頻器的研究變頻器的主要作用之一是節(jié)能。而高壓電動(dòng)機(jī)的節(jié)能效果是比較明顯的，大功率的風(fēng)機(jī)和水泵用電動(dòng)機(jī)一般都是高壓電動(dòng)機(jī)。國內(nèi)，~10kV的交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制。這種高壓電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠的送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)上。同樣也可用于其他如石油化工、礦山、冶煉、機(jī)械制造等行業(yè)的變頻節(jié)能控制。從某種意義上講，由于目前國內(nèi)還不能完全生產(chǎn)高質(zhì)量的合格電力電子器件，而且，國外低壓變頻器的性能價(jià)格比也比國內(nèi)自己研究的變頻器高得多。因此,在這方面還有許多研究工作要做。隨著電力電子技術(shù)最近20多年的飛速發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件的成本逐年下降，、直流屏、。5) 無換向器同步電機(jī)的變頻調(diào)速無換向器電動(dòng)機(jī)也是在20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型調(diào)速系統(tǒng)。直流無換向器電動(dòng)機(jī)采用交直交或直交變頻控制系統(tǒng)。交流無換向器電動(dòng)機(jī)采用交交變頻控制系統(tǒng)。而且，也有一定的成果出現(xiàn)。 變頻調(diào)速控制方式交流變頻調(diào)速技術(shù)在20世紀(jì)得到了迅速發(fā)展。這與一些關(guān)鍵性技術(shù)的突破性進(jìn)展有關(guān)，它們是交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、PWM技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)、自整定技術(shù)等。1) 矢量控制技術(shù)矢量變換控制技術(shù)是西門子公司于1971年提出的一種新的控制思想和控制理論。它是以轉(zhuǎn)子磁場定向，采用矢量變換的方法實(shí)現(xiàn)定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解藕，達(dá)到對交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈和電流分別控制的目的，從而獲得了優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能。迄今為止，矢量控制技術(shù)己經(jīng)獲得了長足的發(fā)展，并得到了廣泛應(yīng)用。2) 無速度傳感器矢量控制技術(shù)無速度傳感器控制技術(shù)免去了傳感器帶來的環(huán)境適應(yīng)性、安裝維護(hù)等問題，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)結(jié)合矢量控制，具有矢量控制的優(yōu)良性能。無速度傳感器技術(shù)中速度估算的方法，除了根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速外，目前應(yīng)用較多的有模型參考自適應(yīng)法和擴(kuò)展卡爾曼濾波法。此外全維轉(zhuǎn)子磁通觀測器，齒諧波電勢(RSH)等理論也出現(xiàn)在無速度傳感器技術(shù)中。從1983年提出無速度傳感器矢量控制策略以來，一直受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視，日立、安川電機(jī)等公司在1987年分別發(fā)表了研究成果，并相繼推出了產(chǎn)品。目前，無速度傳感器矢量控制變頻器的調(diào)速范圍為1:50左右，個(gè)別廠商有1:75甚至更高的產(chǎn)品。3) 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù) . Depenblock首次提出直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)(DTC)。DTC控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。采用定子磁場定向而無需解藕電流，直接控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，以使轉(zhuǎn)矩得到快速響應(yīng)，從而獲得高效的控制性能。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是近10年繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來的又一種新型的高性能交流變頻調(diào)速技術(shù)，這種控制技術(shù)與矢量控制技術(shù)相比，對電機(jī)參數(shù)不敏感，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響，簡單易行，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。4) PWM控制技術(shù)1964年，德國的A. Schonung等率先提出了脈寬調(diào)制(PWM pulse width modulation)變頻的思想，為近代交流調(diào)速系統(tǒng)開辟了新的發(fā)展領(lǐng)域。PWM控制技術(shù)通過改變矩形脈沖的寬度來控制逆變器輸出交流基波電壓的幅值，通過改變調(diào)制周期來控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時(shí)進(jìn)行輸出電壓幅值和頻率的控制。PWM技術(shù)簡化了逆變器的結(jié)構(gòu)，能夠明顯的改善變頻器的輸出波形，降低電動(dòng)機(jī)的諧波損耗，并減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。PWM技術(shù)還可用于整流器的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電流非常接近正弦.。并可使電網(wǎng)功率因數(shù)為1。PWM整流器因而被稱為“綠色”變流器。目前，PWM技術(shù)己成為變頻器中應(yīng)用最為廣泛的控制技術(shù)。交流電機(jī)調(diào)速性能的不斷提高在很大程度上是由于PWM技術(shù)的不斷進(jìn)步。目前廣泛應(yīng)用的是在規(guī)則采樣PWM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的準(zhǔn)優(yōu)化PWM法，即三次諧波疊加法和電壓空間矢量PWM法。