變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。20世紀50年代末,美國通用電氣公司推出了電力半導(dǎo)體組件晶閘管(可控硅SCR),給變頻技術(shù)提供了劃時代意義的基礎(chǔ)硬件。進入70年代,由于直流電機的調(diào)速局限性,交流電機越來越受到人們的青睞。隨著市場需求的增長,技術(shù)也日益發(fā)展和完善。1971年,美國、德國提出了矢量控制技術(shù),使得變頻器的交流調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美。1973年,美國提出了電力電子技術(shù)這一新的技術(shù)學(xué)科,其最大應(yīng)用領(lǐng)域就是調(diào)速傳動。1979年,日本采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)開始實用化,技術(shù)又上了一個新臺階。到了20世紀80年代,由于電力半導(dǎo)體開關(guān)器件和微電子技術(shù)的進步,變頻器性能及可靠性提高,生產(chǎn)成本下降,其應(yīng)用開始普及。
幾十年間,電力電子器件也從最初的SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管),經(jīng)過BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管),發(fā)展到今天的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管),器件的更新促使變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛,市場規(guī)模隨之迅速擴大。
1.我國變頻技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀
從總體上看,我國變頻調(diào)速技術(shù)起步較晚,比歐美、日本等發(fā)到國家晚了10至15年。變頻調(diào)速技術(shù)在我國的發(fā)展簡史如下表所示。
在中低壓變頻器方面,國內(nèi)大部分產(chǎn)品都是普通的V/F控制,大部分應(yīng)用還局限于對性能要求不高的低端場合。推出成熟的矢量產(chǎn)品的國內(nèi)品牌仍是極少數(shù),到目前為止只有英威騰、森蘭等有限的幾家。
2.工作重點
因此,發(fā)展我國在變頻調(diào)速技術(shù)方面的工作重點應(yīng)該考慮如下三個方面:
?規(guī)范我國變頻調(diào)速技術(shù)方面的行業(yè)標準,提高產(chǎn)品可靠性和生產(chǎn)工藝水平,實現(xiàn)規(guī)模化、標準化生產(chǎn)。
?鼓勵國內(nèi)部分規(guī)模大、技術(shù)實力較強的行業(yè)優(yōu)勢企業(yè)進一步加大研發(fā)投入、提高研發(fā)能力,縮小與世界先進水平的差距,滿足國民經(jīng)濟建設(shè)和市場的需求。
?鼓勵應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造,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。
3.變頻技術(shù)的發(fā)展方向
隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展,變頻調(diào)速
技術(shù)也在不斷地發(fā)展。關(guān)于其發(fā)展方向,不同的研究機構(gòu)有不同的見解,但整體方向基本一致,只是各有不同的側(cè)重點。通過本次調(diào)研,慧聰行業(yè)研究院第三研究所認為,變頻技術(shù)的發(fā)展方向有以下幾個方面。
?系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化
在網(wǎng)絡(luò)化日益普及的今天,與普通的點對點硬線連接方式而言,通過高速通訊網(wǎng)絡(luò)連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護時間、提高生產(chǎn)效率、減少運行成本。另外,通過現(xiàn)場總線模塊,不同型號的變頻器以同一種編程語言和通訊協(xié)議來與不同功率段、不同型號的變頻器進行組態(tài),如功率、速度、轉(zhuǎn)矩、電流、設(shè)定值等。
?矩陣變頻器
由于矩陣式交-交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié),能實現(xiàn)功率因數(shù)為l,可以同時實現(xiàn)能量反饋功能,而且系統(tǒng)功率密度大,可以降低變頻器的體積。該技術(shù)目前雖尚未成熟,但正在吸引著眾多公司的研發(fā)投入。
?綠色變頻器
變頻器運行中會產(chǎn)生高次諧波,處理不當可能給電網(wǎng)帶來污染,或干擾周圍環(huán)境中的敏感設(shè)備,目前通常應(yīng)用濾波器件來減弱其影響。除了采用濾波器件的方式之外,業(yè)界也在研究采用更好的控制方式從源頭上解決,比如在逆變電路中采用柔性PWM控制技術(shù),可以大幅降低高次諧波的產(chǎn)生量,被稱為“綠色變頻器”。目前相關(guān)技術(shù)還處在理論探索階段,未見成熟的產(chǎn)品推出。