变频器应用研究变频器应用研究内容摘要变频器技术是电力变换领域中最重要的核心技术之一，目前它被广泛应用于新能源的开发、生活产品中的节能、工业生产中的自动化等多个领域。当今电(动)机消耗的电能约占工业电耗的 65％，如将占绝对多数的非调速型电机改成调速运行，使其耗电量实现随负荷大小而变化，则可节约大量能源。本文从变脾气国内外发展现状入手，进一步介绍了变频器的基本原理和在生产作业中的实际应用，最后渗入分析和探讨了变频器技术存在的问题和发展趋势，以期能为未来变频器技术的发展提供借鉴。关键词：变频器；变频调速；技术；问题；趋势I 变频器应用研究供电电源。而对于小容量通用变频器来说，则通常采用制动电路，将异步电动机反馈回来的能量在制动电路上消耗掉。 2.2 变频器调速原理变频调速，目的就是利用变频器实现对电机的调速，来达到各种工作状态的控制的要求；它是通过改变电机定子的供电频率，来改变同步转速而实现调速的。按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式: （2.1）式中： 电动机的转速；——电动机的电源频率； ——电动机的同步转速；——转差率；——极对数。由式（2.1）可知，若要实现转速的调速，只需调节 、 和 三个变量。根据改变电机的不同参数，有以下三种调速措施：(1)改变电机的转差率该调节方式有着简单的系统结构，在某些场合得到应用。例如电机的转子串电阻调速和串极调速都属于通过改变电机的转差率来进行调速。(2)改变电机的磁极对数其应用的广泛程度受到限制，主要原因是调速方式的影响，其采用的是有级调速的方法。(3)改变电机的电源频率该调节方式应用最为广泛，效率也最高，能够构成高性能的动态交流调速系统，相比较而言是发展前途最大的调节方法。电动机制造完成，转差率 和磁极对数 就确定了，而转速 与频率 之间有着线性关系，因此在理论上该调节方式的调速范围可达到 100%。由于这些优点变频调速方法在改造工程中得到广泛采用。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的一种理想的高效率、高性能的调速手段。其作用是通过改变电源频率来改变电机的转速，也就是通常所说的变频调速。2.3 变频器的分类变频器的分类方法有多种，通用变频器按其主电路结构形式可分为交 -交变频器和交-直-交变频器，如果主电路中没有直流中间环节的称为交-交变频器，有直流中间7 变频器应用研究环节的称为交-直-交变频器；按其工作方式可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照逆变器开关方式分类，可以分为 PAM（Pulse Amplitude Modulation，脉冲振幅调制）控制变频器、PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）控制变频器和高频载波SPWM（Sinusoidal PWM，正弦脉宽调制）控制变频器；按其逆变器控制方式可以分为 V/f 控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式、矢量转矩控制方式和直接转矩控制等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。2.4 变频器的控制方式2.4.1 U/f=C 的正弦脉宽调制控制方式U/f=C 的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。2.4.2 电压空间矢量控制方式电压空间矢量（SVPWM）控制方式是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。 　　2.4.3 矢量控制方式矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流 、 、 、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流 ，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流 、 （ 相当于直流电动机的励磁电流； 相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，8 变频器应用研究求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。2.4.4 直接转矩控制方式1985 年，德国鲁尔大学的 DePenbrock 教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展[4]。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。 　2.4.5 矩阵式交交控制方式VVVF 变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交－直－交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交－交变频应运而生。由于矩阵式交－交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为 l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的[5]。9 变频器应用研究3 变频器的应用变频器具有变频调速性能好、节能明显等技术特点，是电气传动的发展方向。它应用面宽，为企业节能降耗、提高产品质量和生产效率、最终提高经济效益提供了技术的和物质的手段。目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用,而且几乎已经扩展到了工业生产的所有领域。3.1 变频调速变频器最早应用于调速系统，这也是变频器产生的最初目的。目前，这一技术已经成熟，尤其是在西方发达国家。西方工业发达国家由于发展较早，变频器调速技术业已形成产业化，具有相当规模和实力。变频调速的优点，是使得原来的机械调速转变成纯电气化的智能调速，这种调速方式不但降低了成本，而且保持了原来的机械性能。变频调速的具体特点有：（1）可实现高效、高精度无级调速，调速比可达到 20:1，符合传动机械的要求；（2）能够软启、软停，可以避免启动时产生的冲击电流对电网造成一定的破坏，启动功耗小，寿命长，可靠性高；（3）不受电源频率的影响，可以实现多种控制，如：开环、闭环手动 / 自动控制；（4）提高了电机的使用效率，功率因数随转速功率的增大而增大；（5）内部的微控制器，可以实现一机多控，具有良好的经济效益；（6）为电机提供了多种保护功能，有利于电机的安全运行。3.2 高效节能 随着社会的发展，能源危机日趋明显，并制约着国民经济的发展和人民生活水平的提高，是国民经济发展的基础性工业。但受资金、技术、能源价格的影响，中国能源利用效率比发达国家低很多。据调查显示，针对注塑机采用变频调速，且不改变注塑机原来的结构，控制油泵几个过程的压力或流量（如锁模、合模、射胶、保压、脱模、退模等），平均节电 40%，较好地取代过去的比例阀节流调速方式，大幅度降低能耗，不少注塑厂都进行了变频改造。如厦门灿坤改造 470 台，威士茂科技改造 95 台，东莞好景改造 81 台，深圳富士康改造 500 多台。变频器在其他方面的应用，如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，既保证了调节精度，又减轻了劳动工人的工作强度，还提高了经济效益。变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的一种10 变频器应用研究新的高科技技术。它以极好的调速、节能性能，在各行各业中得到了广泛的应用。不但大大降低了能源消耗，而且还取得了非常好的经济效益。由此可见，对能源的有效利用，在我国已经非常迫切。尤其是作为能源消耗大户之一的电动机，在节能方面是大有潜力可挖的。我国电动机的总装机容量，已达 4 亿kW，年耗电量达 6000 亿 kW·h，约占工业耗电量的 80%。通过对它们采用变频控制技术之后，获得的效益，是显而易见的，变频器在节能方面的应用，是不容忽视的。3.3 变频器的应用实例分析在火力发电厂中，风机是最主要的耗能设备，其容量大耗电多。通常在电厂设计中，风机类负载是根据满负荷用量来设计的，然而实际应用中大部分时间并非处于满负荷工作状态，而是常常处于低负荷及变负荷运行状态。在火力发电厂锅炉中主要有以下几类风机：引风机，一次风机，二次风机，据统计其用电量占发电量的 3%左右。可见，电厂内风机的耗能较大，是电厂自用电的主要设备。松藻电力有限公司 2×480t/h 东方锅炉 （集团）股份有限公司生产的超高压循环流化床锅炉各配置两台 50%容量的引风机、两台 50%容量的一次风机和两台 50%容量的二次风机，公司自 2006 年 4 月建成投运以来，经过几年的实际运行，逐渐暴露出自用电率较高，耗能较大。锅炉所配风机配套电机参数见表 3.1：表 3.1 风机电动机铭牌数据名称 型号容量(KW)电流(A)电压(KV)制造厂家引风机电动机YKK630-6W1400 161 6沈阳电机股份有限公司一次风机电动机YKK630-4 1800 206 6重庆塞力电机二次风机电动机YKK450-4 710 83 6沈阳电机股份有限公司松藻电厂于 2010 年 2 月对 2#锅炉引风机，一次风机，二次风机进行了变频节电改造。直接利用引风机附近的除灰综合楼四楼上的一间空房，作为变频器控制室。变频器可通过在控制柜门上“远控/本控”开关的切换实现“本机控制”与“远方控制”。“远方控制”与原有的 DCS 连接，在引风机控制画面中增加了变频器画面，与变频器输出接口联接，进行数据通讯，运行人员可以通过 DCS 中的画面对引风机和变频器的工作电流、转速以及运行、停止、故障等状态进行实时监控。另外，变频器的控制调节还通过负压调节器接受炉膛负压信号和来自送风系统的前馈信号，综合运算后经手、自动切换单元输出 4~20mA 到变频器的控制端，调节变频器输出电源的频率，从而改变电动机的转速，改变引风量，达到稳定炉膛负压的目的。（1）改造前风机的运行能耗情况11 变频器应用研究每台锅炉均有两台引风机、一、二次风机，当带负荷为 12 万 kW 以上时，各风机均启动两台才能保证机组运行要求；当带负荷 12 万 kW 以下时，引风机和二次风机只需启动一台就能满足要求。设备每年运行 7000 小时，其中 15 万 kW 发电时间占 1200小时、14 万 kW 发电时间占 250 小时、13 万 kW 发电时间占 1000 小时、12 万 kW 发电时间占 900 小时、11 万 kW 发电时间占 250 小时、10 万 kW 发电时间占 900 小时、9万 kW 发电时间占 500 小时、8 万 kW 发电时间占 2000 小时。表 3.2 锅炉机组的风机运行参数发电机负荷（万 KW）引风机功率（KW）一次风机功率（KW）二次风机功率（KW）151170 和 1182 1541 和 1540 516 和 496141080 和 1010 1420 和 1460 494 和 488131045 和 1067 1499 和 1479 589 和 44212 14661469 和 148258211 14551436 和 144848310 12441425 和 13733619 12021465 和 14653618 11701388 和 1320240（2）改造后风机的运行能耗情况表 3.3 锅炉机组的风机改造后的节能计算发电机负荷（万 KW）改造前的功率（KW）改造后的功率（KW）节电率年运行小时数（小时）节约电能（万KWh）8 4118 2347 43% 2000 354.19 4493 2920 35% 500 78.610 4403 2994 32% 900 126.811 4823 3521 27% 250 32.612 4999 3599 28% 900 12613 6121 3979 35% 1000 214.214 5952 4166 30% 250 44.615 6445 4834 25% 1200 193.42#锅炉的六台风机一年共计节约电能计算如下：354.1+78.6+126.8+32.6+126.0+214.2+44.6+193.4=1170.3 万 KW·h两台机组一年共节约电能 1170.3×2=2340.6 万 KW·h如果电费按 0.5 元/KW·h 计算，两台机组一年节约的电费为：2340.6 万 KW·h×0.5 元/KW·h=1170.3 万元传统的调速、流量控制方式存在着效率低、质量差、消耗大、故障率高等弱点。利用变频器调速来改造落后的传统调速方式，能明显提高用电效率，延长设备使用寿12 变频器应用研究命，除低引风机风叶震动，降低轴承磨损，以变频调速取代传统调速有明显的节电效果。随着变频技术的不断提高和电力行业人员对其认识的不断加深，变频技术必将在电力行业有更广阔的应用前景。13 变频器应用研究4 变频器技术存在的问题和发展趋势尽管变频器技术存在诸多如节能降耗、调速功能、降压启动功能、正反转切换、制动功能等优势，但也存在一定的技术问题，如噪声问题和干扰问题，都为变频器的使用和推广带来不利影响。4.1 变频器存在的问题在变频器推广应用初期，噪声问题曾经是一个比较大的问题。随着低噪声变频器的出现，这个问题已经基本上得到了解决。但是，随着噪声问题的解决，人们的目光又转向了变频器对周围环境的其它影响，并在不断探索新的解决办法。目前，变频器在使用中存在的主要问题，是干扰问题。电网是一个非常复杂的结构，电网谐波是对变频器产生干扰的主要干扰源。谐波源的产生，主要有各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载以及照明设备等等。这些设备在启动和工作的时候，产生一些对电网的冲击波（即电磁干涉），使得电网中的电压、电流的波形发生一定的畸变，对电网中的其他设备产生的这种谐波的影响，需要进行简单的处理，即在接入变频器处加装电源滤波器滤去干扰波，使变频器尽可能小地收到电网中的这些谐波的影响，从而稳定工作。其次，另一种共模干涉，则通过变频器的控制线，对控制信号产生一定的干扰，影响其正常工作。如对采用了二极管整流电路和电压形 PWM 逆变电路的变频器来说，变频器本身造成的高次谐波将给电源电压和电流带来畸变，并影响接于同一电源的其它设备。但是，通过在变频器中采用 PWM 整流电路，就可以基本上解决这个问题[6]。虽然因为价格和控制技术等方面的原因目前采用 PWM 整流电路的变频器尚未得到推广，但是，随着变频器技术的发展和人们对环境问题的重视，不断减少变频器对环境的影响，直至推出真正的无公害变频器也成为大势所趋。4.2 变频器技术的发展趋势当今变频器总的发展趋势是，驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而生产厂商仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。我们现在使用的变频器主要采用交一直一交方式，从技术上看在以下几个方面会有进一步得到发展：（1）主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化，开关频率不14 变频器应用研究断提高，开关损耗进一步降低。低压小容量变频器普遍采用的功率开关器件是：功率MOSFET、IG-BT(绝缘栅双极度晶体管)和 IPM(智能功率模块)。中压大容量变频器采用有 GTO(门极可关断晶闸管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、SGCT(对称门极换流晶闸管)、IEGT(注人增强栅晶体管)和高压 IGBT。（2）变频器主电路的拓扑结构方面。变频器的网侧变流器对低压小容量的常采用 6 脉冲变流器，而对中压大容量的采用多重化 12 脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量的常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的采用多电平逆变器。值得注意的是，对于四象限运行的传动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，出现了功率可双向流动的双 PWM 变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输人电流接近正弦波,并使系统的功率因数接近于 1，减少对电网的公害。（3）脉宽调制变压变频器的控制方法：正弦波脉宽调制(SPWM)控制。消除指定次数谐波的 PWM 控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制(磁链跟踪控制)。（4）交流电动机变频调整控制方法的进展。由标量控制(V/F 控制和转差频率控制)向高动态性能的矢量控制和直接转矩控制发展。开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统。（5）微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向，运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。（6）交流同步电动机已成为交流可调传动中的一颗新星，特别是永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也高,转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类。自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似,用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器,如采用交-直-交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机(BLDC)”。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器,现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制,其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。15 变频器应用研究5 结 论利用变频器调速是目前最佳的调速方式。传统的调速、流量控制方式存在着效率低、质量差、消耗大、故障率高等弱点。利用变频器调速来改造落后的传统调速方式，能明显提高用电效率，延长设备使用寿命，除低引风机风叶震动，降低轴承磨损，以变频调速取代传统调速有明显的节电效果。总之，随着节约、环保型社会的提出和发展，随着人们对节能降耗、生活品质、环保等等各方面认识的提高，变频器的推广将更加迅猛，市场需求将越来越大。未来变频器在我国的发展，将会有更广阔的前景。同时，随着微处理器、DSP 技术和电力半导体开关器件的迅速发展，新技术的不断应用，变频器的性能会更加优良。16 变频器应用研究目 录内容摘要............................................................................................................................I引 言.................................................................................................................................11 变频器的发展现状.......................................................................................................21.1 国外变频器发展现状......................................................................................21.2 我国变频器发展现状......................................................................................32 变频器的基本原理.......................................................................................................52.1 变频器的基本结构..........................................................................................52.2 变频器调速原理..............................................................................................72.3 变频器的分类..................................................................................................72.4 变频器的控制方式..........................................................................................82.4.1 U/f=C 的正弦脉宽调制控制方式......................................................82.4.2 电压空间矢量控制方式......................................................................82.4.3 矢量控制方式......................................................................................82.4.4 直接转矩控制方式..............................................................................92.4.5 矩阵式交交控制方式..........................................................................93 变频器的应用.............................................................................................................103.1 变频调速........................................................................................................103.2 高效节能........................................................................................................103.3 变频器的应用实例分析................................................................................114 变频器技术存在的问题和发展趋势.........................................................................144.1 变频器存在的问题........................................................................................144.2 变频器技术的发展趋势................................................................................145 结 论..........................................................................................................................16参考文献.........................................................................................................................17II 变频器应用研究参考文献[1] 竺伟，陈伯时.高压变频调速技术.电工技术杂志，2008.[2] 张永惠.高压变频器的选择.变频器世界，2009.[3] 程卡.谈变频技术与变频器在国内外的发展.变频器世界，2009.[4] 张燕宾.变频调速应用实践.机械工业出版社，2010.[5] 张永惠.我国高压变频调速技术的发展.变频器世界，2011.[6] 郑元波.浅析变频器的应用现状与前景展望.山东电大学报，2012.17 变频器应用研究III 变频器应用研究引 言随着新型电力电子器件的不断涌现和计算机技术的飞速发展，高性能的交流电动机变频调速系统得到了广泛的应用，其显著的节能效果和灵活的运行方式，给人们留下了深刻的印象。目前交流异步电动机的调速系统已经广泛应用于数控机床、风机、泵类、传送带、给料系统、空调器等设备的电力源和动力源，并起到了节省电能、提高设备自动化、提高产品质量的良好效果。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源（50Hz 或 60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频调速是优于以往任何一种调速方式（如调压调速、变极调速、串级调速等），是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术。它采用微机控制技术、电力电子技术和电机传动技术实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点。据有关统计，全世界的用电量中约有 60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行，采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，可使电动机重新回到高效的运行状态，这样可节省大量的电能。电动机是国民经济中主要的耗电大户，高压大功率电动机更为突出，而这些设备大部分都有节能的潜力。大力发展高压大功率变频调速技术，具有深远的意义。同时，随着社会的发展和人民生活水平的提高，中小功率的变频器又逐渐突显出其不可替代的作用。近年来，我国提出了建设节能型社会，倡导和谐发展。因此，在做好高压大功率变频器应兼顾中小功率变频器的发展，这是我国变频器行业今后发展的一大总体趋势。1 变频器应用研究1 变频器的发展现状1.1 国外变频器发展现状自从上世纪 90 年代以来，变频器的电路硬件设计以及软件控制技术都得到了迅速的发展，世界上很多致力于变频器研发与生产的企业逐渐增多，通用变频器在工业和家电领域也得到了广泛的推广和应用。各个发达国家更是在变频器的电路硬件设计以及软件控制技术等领域投入了极大的人力、物力、财力，使得变频器的技术在这些国家得到了变革式的发展，因此，目前在发达国家变频器技术己经进入了高新技术行业领域。在发达国家对于变频器技术而言，日本、美国、法国、荷兰、丹麦等国家基本上是同时起步发展的，他们的工业基础相差甚微，在技术投入有没有很大的差距，因此这些国家的变频器总体技术都处于世界领先水平，相差不多[1]。工业变频器的生产方面，几百千瓦功率以上的大功率变频器基本被欧洲、美国和德国等国家垄断，例如德国的西门子和丹佛斯公司，美国的 AB 和 GE 公司以及欧洲的 ABB 公司等。而中小容量的变频器世界市场的百分之八十五被日本产品和台湾产品所占领，例如日本的富士、东芝、松下、三菱等公司以及台湾的台达公司。由于这些发达国家和地区本身的工业基础比较好、制造业相对发达，因此他们的开发与生产的能力都很强，所以这些发达国家和地区生产的变频器无论是在硬件电路的体积、成本与稳定性还是控制技术的先进性上都有很大的优势，因此他们所生产的变频器的应用范围很广，通用变频器的应用普及率达到了百分之八十五以上。在新技术方面，法国阿尔斯通研制生产出应用大功率交-交变频调速技术的功率达到 30000KW 的变频器，并且被用于动力推进系统中。意大利 ABB 公司生产出应用大功率无换向器电机变频调速技术的功率达到 60000KW 的变频器，已经被成功应用到水力发电站的项目中[2]。在中功率变频调速技术方面，国西门子公司也已经成功研制出多种具有较高性能的变频器。总结一下国外变频器技术之所以获得了高速发展主要有以下几大原因：(1) 国内国际市场对变频器有大量需求。随着世界工业生产规模的不断发展壮大以及能源危机的日益严重，具有极大节能作用的变频器就变得越来越重要，各行各业的市场缺口亟待符合本行业特点的变频器去填充。(2) 半导体功率器件的飞速发展。近几年来半导体功率器件无论在制造和工艺水平还是应用技术上，都有了很大的提高，为高性能、大功率的变频器研制创造了有利的条件。2 变频器应用研究(3) 整流逆变的控制理论和控制技术的快速发展。这些新的控制理论和控制技术为开发出高性能的变频器提供了理论基础。(4) 日趋成熟的基础工业和迅速发展的各种制造业为变频器技术的理论实现提供现实基础。1.2 我国变频器发展现状国外变频器产业的兴起和发展也引起了中国有关部门的关注。中国国务院、能源部、原电子部等对这项高节电、高效率、能大幅度改善工艺性能的新技术极为重视。1987 年专门成立了国家级功率电子技术发展规划组，制定开发以变频器为主的变频调速发展规划。同年，国务院和国家经委又在有关文件中强调：应将交流电机的调速节电作为重点措施认真推广。原电子部在电子工业“九五”规划中也将以变频器为代表的节能电子技术列为发展重点之一，希望通过对 70％的水泵、风机进行改造，实现年节电 1000 亿 KW·h 的目标。中国现有 100 余家科研生产单位在从事变频器技术的研究与产品生产，个别厂家还从日、美等国引进了较为先进的变频器生产线。我国是一个发展中的国家，许多科研方面的水平要落后于发达国家，这是我们应该承认的客观事实。相对于上述的这些早期工业就比较发达的国家和地区而言，我国在工业生产领域起步比较晚，无论是制造业的水平还是研发生产的能力都较他们要弱一些。与国外相比，中国变频器产业的发展还不尽如人意，仍存在许多问题和困难，集中体现在变频器技术产业尚显稚嫩、产品技术水平和档次很低(如功率等级大多在150kW 以下)、相关配套产业(如所用功率电子器件和半导体器件制造业)基础薄弱等方面。然而从市场来看，其应用在各个领域已逐渐展开。中国仅水泵和风机就有4000 余万台(套)，如果其中 70％的产品进行变频调速改造，那么就需要变频器近3000 万台(套)，故市场潜力极大。但如果现在还不努力壮大国内变频器产业，并以变频器推进整个变频调速产业发展，则中国势必会失去大好发展良机，正趋上升的国内市场也势必为国外产品所占据[3]。据悉，目前中国用于购置变频器的费用虽高达数 10 亿元，但真正用于购买国产变频器的费用仅占 8％左右，这无疑值得中国变频器行业的经营者深思。现在我国的国内学术环境已经有了很大的进步，人们逐渐对科技越来越重视，促使我国的科技研发水平正日新月异的发展。随着我国国内对人才、技术的重视和与外界技术交流的步伐的加快，国内的变频器行业的生产制造与工艺水平都有了一定程度的提高，并且随着国内变频器市场需求的扩大，涌现出了很多专门致力于变频器生产制造的企业。国内的很多变频器的企业也都己经在引进技术和消化吸收的基础上进行3 变频器应用研究了再研究和开发生产，但是他们中的大部分企业的生产规模和产值还远远没有形成大的规模，在设计技术和制造能力等方面同发达国家的厂家相比仍然存在着很大的差距。鉴于这种国内变频器的整体技术相对落后的情况，我国政府与企业也采取了很多措施，但是取得的效果不是很明显。例如，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力和财力，但是力量很分散，往往只专注于变频器技术和市场的某一方面，并没有形成一定的专有的新技术和较大的生产规模，另外一个很重要的一点就是变频器产品所使用的电力电子器件的制造业在国内来说与发达国家差距很大，几乎是空白。4 变频器应用研究2 变频器的基本原理2.1 变频器的基本结构通用变频器主要包括三个部分：一是主电路接线端，包括接工频电网的输入端（R、S、T），接电动机的频率、电压连续可调的输出端（U、V、W）；二是控制端子，包括外部信号控制端子、变频器工作状态指示端子、变频器与微机或其他变频器的通信接口；三是操作面板，包括液晶显示屏和键盘。图 2.1 通用变频器结构原理示意图通用变频器由主电路和控制电路组成，其基本构成如图 2.2 所示。其中，给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分称为主电路，主电路包括整流器、中间直流5 变频器应用研究环节（又称平波回路）和逆变器等。图 2.2 通用变频器的基本构成(1)整流器。电网侧的变流器为整流器，它的作用是把工频电源变换成直流电源。三相交流电源一般需经过压敏电阻网络引入到整流桥的输入端。压敏电阻网络的作用是吸收交流电网浪涌过电压，从而避免浪涌侵入，导致过电压而损坏变频器。整流电路按其控制方式可以是直流电压源，也可以是直流电流源。电压型变频器的整流电路属于不可控整流桥直流电压源，当电源线电压为 380V 时，整流器件的最大反向电压一般为 1000V，最大整流电流为通用变频器额定电流的 2 倍。(2)逆变器。负载侧的变流器为逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所需求频率的交流功率。逆变器最常见的结构形式是利用 6 个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。通过有规律地控制逆变器中主开关的导通和关断，可以得到任意频率的三相交流输出波形。中间直流环节实际上是中间直流储能环节，另一个作用是承担对整流电路输出进行滤波，以减少电压或电流的波动。此外，由于异步电动机制动的需要，在直流中间电路中还设有制动电阻及其他辅助电路，这就是直流中间电路的作用。电压型变频器的直流中间电路的主要元器件是大容量电解电容，而电流型变频器则主要由大容量电感器组成。 控制电路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能等。通用变频器中的制动电路是为了满足异步电动机制动的需要而设置的 ，对于大、中容量的通用变频器来说，为了节约能源，一般采用电源再生单元将上述能量回馈给6