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1  引言

    近年來，交流變頻調(diào)速技術(shù)在我國有了突飛猛進的發(fā)展，變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)、低速轉(zhuǎn)矩、通訊功能、智能控制、功率因數(shù)、節(jié)約電能、工作效率、使用方便等方面的優(yōu)異性能，是其他的交流調(diào)速方式無法比擬的。它以體積小、重量輕、通用性強、適用范圍廣、保護功能完善、可靠性高、操作簡便等優(yōu)點，深受鋼鐵、冶金、礦山、石化、醫(yī)藥、食品、紡織、印染、機械、電力、建材、造紙等行業(yè)的歡迎，使用變頻器后經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著。

2  我國變頻器技術(shù)的發(fā)展概況

    隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存在，直流電機的維護工作量加大，單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、便于維護、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求。于是，從20世紀30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進展緩慢。在相當(dāng)長時期內(nèi)，直流調(diào)速一直以優(yōu)異的性能統(tǒng)治電氣傳動領(lǐng)域。20世紀60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進入逐步替代直流調(diào)速的時代。這十多年來，我國的變頻器產(chǎn)業(yè)從無到有不斷壯大，發(fā)展不可謂不迅速。據(jù)統(tǒng)計，全國現(xiàn)有大大小小的變頻器生產(chǎn)廠70多家，年銷售額在7億元左右，這只占全國變頻器市場容量的一小部分，80%~90%的國內(nèi)市場被各種國外變頻器所占領(lǐng)?；仡櫸覈冾l器的發(fā)展歷程，結(jié)合我國國情開發(fā)出適銷對路的產(chǎn)品，逐步擴大市場份額，是國人的期盼。

    我國是一個發(fā)展中國家，許多產(chǎn)品的科研開發(fā)能力落后于發(fā)達國家。隨著改革開放，經(jīng)濟高速發(fā)展，一個巨大的市場形成了，它既對國內(nèi)企業(yè)，也對國外公司敞開，很多先進的產(chǎn)品從發(fā)達國家進口。20世紀80年代末，大連電機廠從日本東芝公司引進了一條變頻器生產(chǎn)線，變頻器的型號為130G，功率器件用的是大功率晶體管GTR，CPU是MCS-51芯片，調(diào)制方式SPWM，控制策略V/F=C，這可能是我國最早有規(guī)模的組裝國外較先進的變頻器，雖然這種變頻器在當(dāng)時不是最好的，但比用可控硅作為功率器件的變頻器要先進得多，后者在工業(yè)應(yīng)用中，負載過重時啟動困難，經(jīng)常出現(xiàn)功率器件GTR損壞，因此低速轉(zhuǎn)矩和可靠性都較差。同時在我國銷售的富士變頻器是G5/P5，三墾變頻器是SVF，在性能和可靠性上與130G變頻器不相上下。20世紀90年代初，臺灣普傳進入內(nèi)地，帶來的產(chǎn)品是pi89變頻器，電源還不是開關(guān)電源，功率器件用的是大功率晶體管GTR，CPU是8085芯片，調(diào)制方式SPWM，控制策略V/F=C。臺灣普傳在內(nèi)地的營銷策略和其他的廠商不同，它是采用組建合資公司的形式。在不長的時間內(nèi)，在廣闊的國土上，組建了慶普、漢普、西普、上普、南普、紡普、普達、普天等合資公司，研發(fā)中心設(shè)在深圳，后來又在大連建了一個合資廠，這是當(dāng)時國內(nèi)最大和最完善的變頻器營銷網(wǎng)絡(luò)。各合資公司組裝變頻器的機箱，主控制板、驅(qū)動板等都是在臺灣做好后運來的。由于充分的整合國內(nèi)的資源，臺灣普傳那幾年銷售的業(yè)績非常好，pi89變頻器成了當(dāng)時國內(nèi)變頻器市場上的主要產(chǎn)品。由于產(chǎn)品性能和質(zhì)量方面的原因，以及后來性能和質(zhì)量更好的變頻器進入我國，pi89變頻器市場在不長的時間內(nèi)很快萎縮，直至被淘汰出局。

    從臺灣普傳進入內(nèi)地到現(xiàn)在已經(jīng)過去十多年了，這十多年中，有過很多變頻器廠商，前后算來接近百家。近幾年，變頻器的廠商發(fā)生了相當(dāng)大的變化，進來的快，出去的也快，到現(xiàn)在剩下的就只有七十來家。另外，在國內(nèi)還有不少國外和臺灣廠商的獨資公司、合資公司，如北京ABB、天津SIEMENS、富士、臺安、臺達等在國內(nèi)都有獨資公司或合資公司。在組裝變頻器的過程中，我國技術(shù)人員有機會接觸變頻器先進技術(shù)和管理方法，這些人員成了國內(nèi)變頻技術(shù)一支重要力量。市場競爭成就了國內(nèi)幾家大公司的崛起，如華為、森蘭。作為國內(nèi)最大的變頻器制造商，森蘭從做V/f控制的變頻器開始，逐步完善和提高變頻技術(shù)，通過多年的技術(shù)實踐、積累和對國外先進技術(shù)的消化吸收，已經(jīng)能夠開發(fā)出具有先進水平轉(zhuǎn)子磁鏈定向，磁通觀測采用自校正算法的矢量控制變頻器，實現(xiàn)磁場和力矩的完全解耦，做到頻率為1Hz時達到200%額定轉(zhuǎn)矩，即使在零頻也有100%轉(zhuǎn)矩，如SB80系列變頻器。由此可見，盡管國內(nèi)與國外變頻技術(shù)上相比還有差距，但已經(jīng)縮小了。

3  國內(nèi)變頻技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景

    國內(nèi)已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠，但大部分的產(chǎn)品都是V/f控制和電壓空間矢量控制變頻器，使用在調(diào)速精度和動態(tài)性能要求不高負載上應(yīng)該沒有什么問題。工業(yè)應(yīng)用中絕大部分都是這種負載，變頻器在這種場合應(yīng)用最重要的要求是可靠性，國產(chǎn)變頻器占國內(nèi)市場份額不高的主要原因是產(chǎn)品品質(zhì)不是很好。V/f控制和電壓空間矢量控制變頻器比矢量控制變頻器從技術(shù)上來看要簡單得多，由于國內(nèi)廠家大部分都是手工作坊式的生產(chǎn)，檢測手段有限，品質(zhì)的一致性和穩(wěn)定性難以保證。同樣是V/f控制的變頻器，國外的產(chǎn)品比國內(nèi)的產(chǎn)品品質(zhì)要好，這可能是生產(chǎn)工藝方面的差距。差距最大的是半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)，至今國內(nèi)半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)仍是一個空白。

    變頻器技術(shù)的另外一個層面是應(yīng)用技術(shù)。多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家有關(guān)部門致力于變頻器技術(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(fēng)機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向，同時鼓勵單位開展同貸同還方式，抓開發(fā)、抓示范工程、抓推廣應(yīng)用，還成立了風(fēng)機、水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓(xùn)。1995~1997年，3年間我國風(fēng)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kWh，平均投資回收期約2年。

    據(jù)有關(guān)資料表明，我國變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績，每年有數(shù)十億元的銷售額，說明我國的變頻器應(yīng)用已非常廣泛。從簡單的手動控制到基于RS-485網(wǎng)絡(luò)的多機控制，與計算機和PLC聯(lián)網(wǎng)組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在大型綜合自動化系統(tǒng)，先進控制與優(yōu)化技術(shù)，大型成套專用系統(tǒng)，如連鑄連軋生產(chǎn)線、高速造紙生產(chǎn)線、電纜、光纖生產(chǎn)線、化纖生產(chǎn)線、建材生產(chǎn)線等，變頻器的作用是電氣傳動控制，其控制的復(fù)雜性、控制精度和動態(tài)響應(yīng)都有很高的要求，已經(jīng)完全取代了直流調(diào)速技術(shù)。近年來，變頻器在功能上，利用先進的控制理論上，開發(fā)出了諸如卷取、提升、主從等控制功能，使應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成更加方便和容易，使變頻的應(yīng)用技術(shù)提高到一個新的水平。

    隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和市場競爭的加劇，要掌握市場的先機，必須重視研發(fā)技術(shù)，在資金和人力上給予大力支持，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)，特點鮮明的產(chǎn)品，不久后，我國生產(chǎn)的變頻器在效能和品質(zhì)上絲毫不會遜色于國外產(chǎn)品，變頻器的國產(chǎn)化也將成為必然。