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變頻調(diào)速及控制技術(shù)的發(fā)展趨勢
能源需求正極大地影響著全球經(jīng)濟發(fā)展。我國同樣也面臨著經(jīng)濟增長對能源需求的壓力。九十年代我國高耗能產(chǎn)品的耗能量比發(fā)達國家高12-55%，能源綜合利用效率僅為32%。
我國迫切需要提高能源利用效率。電機是能源消耗大戶之一。我國電機總裝機容量已達4億千瓦，年耗電量達6000億千瓦時，占工業(yè)耗電量的80%，然而直到目前，我國各類在用電機80%以上還是中小型異步電動機，可見我國在電機節(jié)能領(lǐng)域有非常大的潛力。電機節(jié)能技術(shù)最受矚目的就是變頻調(diào)速技術(shù)。但是，我國變頻調(diào)速技術(shù)研究雖然非常活躍，然而產(chǎn)業(yè)化仍很不理想，外國產(chǎn)品幾乎占據(jù)了我國變頻調(diào)速技術(shù)市場的60%。
變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀
20世紀是變頻調(diào)速技術(shù)由誕生到發(fā)展的時代。特別是20世紀90年代以后，IGBT、IGCT（集成門極換向性晶閘管）等新型電力電子器件的發(fā)展、DSP（數(shù)字信號處理器）和ASIC（專用集成電路）的快速發(fā)展以及新穎控制理論和技術(shù)（如磁場定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等）的完善，使變頻調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)、功率因數(shù)、運行效率和使用方便等性能指標超過了直流調(diào)速系統(tǒng)，達到取代直流調(diào)速的地步，受到各行業(yè)的歡迎并取得顯著的經(jīng)濟效益。
變頻調(diào)速及控制技術(shù)的發(fā)展趨勢
1．高壓大功率的變頻調(diào)速系統(tǒng)
在我國低壓變頻調(diào)速裝置已得到用戶的認可，市場總量已達2000年的約40億人民幣，并顯示出其節(jié)能效果。據(jù)統(tǒng)計，我國低壓（690V以下）電機數(shù)量是高壓電機的幾十倍，但耗能僅為高壓電機的八分之一。近來國際上高壓大電流功率器件的出現(xiàn)以及并、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，使高壓大功率的變頻調(diào)速得以實現(xiàn)，其使用效果平均節(jié)能可達30%，有著十分明顯的節(jié)能效果。但我國尚在啟動期，許多技術(shù)如多電平電壓型逆變器。變壓器耦合多脈沖逆變器等技術(shù)還須迅速跟上。無論是新建項目如西氣東調(diào)、南水北調(diào)等重大工程或是技術(shù)改造項目都是高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)巨大的潛在市場。
2．永磁同步電動機及其控制系統(tǒng)的發(fā)展
具有快速電流跟蹤系統(tǒng)的變頻裝置、DSP信號處理器以及高性能釹鐵硼永磁材料的發(fā)展，為各類永磁同步電動機及其控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來生機。
永磁同步無齡輪電動機及控制系統(tǒng)，是新一代的綠色電梯驅(qū)動裝置。國外該類電梯專用變頻裝置有十分完善的軟件支持，可接受任意位置傳感器的反饋信號，具有自學(xué)習(xí)功能，自動識別電動機參數(shù)，在實現(xiàn)磁場定向伺服時，自動進行初始定位，具有和直流電動機一樣優(yōu)良的線性轉(zhuǎn)矩控制特性。其體積小、效率高、功率因數(shù)高、振動小、噪聲低，平層精度好，在高層建筑、無機房電梯和家庭小梯中都有很大的市場。但電動機需直接輸出大轉(zhuǎn)矩，并減小低速轉(zhuǎn)矩波動，有一定設(shè)計難度。
電動汽車、混合型電動汽車以及電動船舶的驅(qū)動裝置亦首選永磁同步電動機。在這種應(yīng)用場合特別需要關(guān)注的是磁路結(jié)構(gòu)，尋求大的Xp/Xd值，以獲得大的恒功率調(diào)速范圍和大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。
具有快速動態(tài)響應(yīng)、硬機械特性、極寬調(diào)速范圍。良好的低速平穩(wěn)性以及位置和軌跡精確控制的全數(shù)字化永磁同步伺服系統(tǒng)，是現(xiàn)代自動化裝備中最重要的執(zhí)行部件，可廣泛應(yīng)用于高精度數(shù)控機床、機器人等，目前國內(nèi)市場仍是進口產(chǎn)品的一統(tǒng)天下。
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