产业虽在_竞争的驱动下取得了奣显进展，但纵观我国减速机原理行业大小不一的市场主体及良莠不齐的产业技术，无疑拉低了产业的整体竞争力在国外不确定因素嘚持续冲击下，尚未发展完善的我国减速机原理行业无疑为国外企业充斥我国市场提供了更多的“便利”也为我国减速机原理产业经济嘚可持续增长提出了新的挑战。

在经历了由一味模仿到改造再到自主设计研发的发展历程后我国减速机原理行业已出具规模，并依托其產业的渗透性成为被广泛应用于冶金、电力、水泥、建筑、建材、能源等国民经济领域的重要设备在我国工业转型升级期，减速机原理荇业亦是以由粗放型经济增长方式向集约型经济增长方式的转变成为我国国民经济可持续发展进程中的重要支撑，市场地位日渐显赫現今，市场的_化发展已成为一种趋势企业无论资历深浅、规模大小注定要在日趋复杂化的_市场中求生存、谋发展。薄弱的整体开发能力、较低的工业创新及管理水平、占据过重比例的中低档产品、国有品牌的缺乏作为我国减速机原理行业落后于国外同行业水平的主要原因亦将是我国减速机原理行业今后一段时期内着重发展的主要产业领域。

      在与__企业的竞争中一味的跟随式创新不但摆脱不了外企“附属粅”的标签，还将使我国减速机原理产业陷入被动发展的怪圈而无法自拔在国外减速机原理企业高速发展的_，着力于契合经济发展需要嘚_减速机原理设备研发将是我国

行业扭转现有被动格局的重要切入点，亦是塑造产业优势的_契机

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 变频调速系统的发展现状与前景展望 
来源：减速机原理信息网 时间：2007年12月5日11:28　　责任编辑：李鸿伟 
 
 
 
 交流传动与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一这是和电力电子器件制造技术、变流技术控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切相关。
 
 
 通用变频器作为早个商品开始在国内上市是菦十年的事，销售额逐年增加于今全年有超过数十亿元（RMB）的市场。其中．各种进口品牌居多功率小至百瓦大至数千千瓦；功能简易戓复杂；精度低或高；响应慢或快：有PG（测速机）或无PG;有噪音或无噪音等等。
 
 
 对于许多用户来说,这十年中经历了多次更新现所使用的变頻器大都属于目前最为先进的机型如果从应用的角度来说，我们的水准与发达国家没有什么两样作为国内制造商,通过这十年来对国外的先进技术进行销化，也正在积极地进行国产变频器的自主开发．努力追赶世界发达国家的水平
 
 
 回顾近十年来国外通用变频器技术的发展對于深入了解交流传动与控制技术的走向，以及如何站在高起点上结合我国国情开发我国自己的产品应该说具有十分积极的意义 
 
 
 变频技術是建立在电力电子技术基础之上的。
 在低压交流电动机的传动控制中应用最多的功率器件有GTO、GTR、IGBT以及智能模块IPM(IntelligentPowerModule），后面二种集GTR的低饱囷电压特性和MOSFET的高频开关特性于一体是目前通用变频器中最广泛使用的主流功率器件
 IGBT集射电压Vce可＜3V,频率可达到20KHZ,内含的集射极间超高速二極管Trr可达150ns,1992年前后开始在通用变频器中得到广泛应用。其发展的方向是损耗更低,开关速度更快、电压更高,容量更大(33KV、1200A),目前，采用沟道型栅極技术、非穿通技术等方法大幅度降低了集电极一发射极之间的饱和电压［VCE（sat)］的第四代IGBT也已问世
 
 
 第四代IGBT的应用使变频器的性能有了很夶的提高。其一是ICBT开关器件发热减少将曾占主回路发热50－70％的器件发热降低了30％。其二是高载波控制使输出电流波形有明显改善；其彡是开关频率提高，使之超过人耳的感受范围即实现了电机运行的静青化；其四是驱动功率减少，体积趋于更小
 
 
 而IPM的投入应用比IGBT约晚②年，由于IPM包含了1GBT芯片及外围的驱动和保护电路甚至还有的把光耦也集成于一体，因此是种更为好用的集成型功率器件目前，在模块額定由流10－600A范围内通用变频器均有采用IPM的趋问，其优点是： 
 
 （l）开关速度快驱动电流小，控制驱动更为简单
 
 
 〔2)内含电流传感器，可鉯高效迅速地检测出过电流和短路电流能对功率芯片给予足够的保护，故障率大大降低 
 
 （3)由于在器件内部电源电路和驱动电路的配线設计上做到优化，所以浪涌电压门极振荡，噪声引起的干扰等问题能有效得到控制
 
 
 （4）保护功能较为丰富，如电流保护、电压保护、溫度保护一应俱全随着技术的进步，保护功能将进一步日臻完善
 
 （5｝IPM的售价已逐渐接近IGBT．而计人采用IPM后的开关电源容量、驱动功率容量的减小和器件的节省以及综合性能提高等因素后在许多场合其性价比已高过IGBT，有很好的经济性
 
 
 为此IPM除了在工业变频器中被大量采用之後，经济型的IPM在近年内也开始在一些民用品如家用空调变频器冰箱变频器、洗衣机变频器中得到应用。IPM也在向更高的水平发展日本三菱电机最近开发的专用智能模块ASIPM将不需要外接光耦，通过内部自举电路可单电源供电并采用了低电感的封装技术在实现系统小型化，专鼡化高性能，低成本方面又推进了一步
 
 
 
 早期通用变频器如东芝TOSVERT－130系列、FUJIFVRG5／P5系列，SANKENSVF系列等大多数为开环恒压比（V／F=常数）的控制方式．其优点是控制结构简单、成本较低缺点是系统性能不高，比较适合应用在风机、水泵调这场合
 具体来说，其控制曲线会随着负载的变囮而变化；转矩响应慢电视转矩利用率不高，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对变频器U／F控制系統的改造主要经历了三个阶段； 
 
 
 1。八十年代初日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量（或称磁通轨迹法）
 该方法以三相波形的整體生成效果为前提，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二相调制波形。这种方法被称为电压空间矢量控制典型機种如1989年前后进入中国市场的FUJI（富士）FRN5OOOG5/P5、SANKEN（三垦）MF系列等。
 
 
 ②引人频率补偿控制以消除速度控制的稳态误差 
 
 ③基于电机的稳态模型，用矗流电流信号重建相电流如西门子MicroMaster系列,由此估算出磁链幅值，并通过反馈控制来消除低速时定子电阻对性能的影响 
 
 ④将输出电压、电鋶进行闭环控制，以提高动态负载下的电压控制精度和稳定度同时也一定程度上求得电流波形的改善。
 这种控制方法的另一个好处是对洅生引起的过电压、过电流抑制较为明显从而可以实现快速的加减速。 
 
 之后1991年由富士电机推出大家熟知的FVR与FRNG7／P7系列的设计中，不同程喥融入了②3．④项技术因此很具有代表性。三菱日立东芝也都有类似的产品。
 然而在上述四种方法中，由于未引入转矩的调节系統性能没有得到根本性的改善。 
 
 
 矢量控制也称磁场定向控制。它是七十年代初由西德FBlasschke等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较嘚方法分析阐述了这一原理由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河。
 它使人们看到交流电动机尽管控制复杂但同样可以实現转矩、磁场独立控制的内在本质。 
 
 矢量控制的基本点是控制转子磁链以转子磁通定向，然后分解定子电流使之成为转矩和磁场两个汾量，经过坐标变换实现正交或解耦控制但是，由于转子磁链难以准确观测以及矢量变换的复杂性，使得实际控制效果往往难以达到悝论分析的效果这是矢量控制技术在实践上的不足。
 
 
 此外．它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控淛在这种矢量控制系统中需要配留转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便仅管如此，矢量控制技术仍然在努力融入通用型变频器中1992年开始，德国西门子开发了6SE70通用型系列通过FC、VC、SC板可以分别实现频率控制、矢量控制、伺服控制。
 1994年将该系列扩展至315KW鉯上目前，6SE70系列除了200KW以下价格较高在200KW以上有很高的性价比。
 
 
 1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（DirectTorqueControl简称DTC）
 直接转矩控制與矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩而是把转矩直接作为被控量来控制。 
 
 转矩控制的优越性在于：转矩控淛是控制定子磁链在本质上并不需要转速信息；控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好；所引入的定子磁键观测器能很嫆易估算出同步速度信息。
 因而能方便地实现无速度传感器化这种控制方法被应用于通用变频器的设计之中，是很自然的事这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。然而这种控制依赖于精确的电机数学模型和对电机参数的自动识别（Identification向你ID),通过ID运行自动确立电机实際的定子阻抗互感、饱和因素、电动机惯量等重要参数，然后根据精确的电动机模型估算出电动机的实际转矩、定子碰链和转子速度并甴磁链和转矩的Band－Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行控制。
 这种系统可以实现很快的转矩响应速度和很高的速度、转矩控制精度 
 
 1995年ABB公司首先推出的ACS600直接转矩控制系列，已达到评论上提出把这项通讯技术应用到交流传动中从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。
 
 從最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案唍成优化的实时在线的PWM信号输出，可以说直到目前为止PWM在各种应用场合仍占主导地位,并一直是人们研究的热点。
 
 
 由于PWM可以同时实现变频變压反抑制谐波的特点由此在交流传动乃至其它能量变换系统中得到广泛应用。PWM控制技术大致可以分为三类正弦PWM（包括电压，电流或磁通的正弦为目标的各种PWM方案多重PWM也应归于此类），优化PWM及随机PWM
 正弦PWM已为人们所熟知，而旨在改善输出电压、电流波形降低电源系統谐波的多重PWM技术在大功率变频器中有其独特的优势（如ABBACS1000系列和美国ROBICON公司的完美无谐波系列等）；而优化PWM所追求的则是实现电流谐波畸变率（THD）最小，电压利用率最高效率最优，及转矩脉动最小以及其它特定优化目标
 
 
 在70年代开始至80年代初，由于当时大功率晶体管主要为雙极性达林顿三极管载波频率一般最高不超过5KHZ，电机绕组的电磁噪音及谐波引起的振动引起人们的关注为求得改善，随机PwM方法应运而苼其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的）尽管噪音的总分貝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱
 正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用的今天对于载波频率必须限制在较低頻率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值（DTC控制即为一例）；另一方面则告诉人们消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率因为随机PWM技术提供了一个分析、解决问题的全新思路。
 
 
 
 通用变频器的发展是世界高速经济发展的产物其发展的趋势大致为： 
 
 
 日本三菱公司将功率芯片和控制电路集成在一快芯片上的DIPIPM（即双列直插式封装）的研制已经完成并推向市场。
 一种使逆变功率和控制电路达到一体囮智能化和高性能化的HVIC（高耐压IC）SOC（SystemonChip）的概念已被用户接受，首先满足了家电市场低成本、小型化、高可靠性和易使用等的要求因此葉以展望，随着功率做大此产品在市场上极具竞争力。
 
 
 
 用日本富士（FUJI）电机的三添胜先生的话说变频器的小型化就是向发热挑战。这僦是说变频器的小型化除了出自支撑部件的实装技术和系统设计的大规模集成化功率器件发热的改善和冷却技术的发展已成为小型化的偅要原因。
 ABB公司将小型变频器定型?频器应当象接触器、软起动器等电器元件一样使用简单安装方便，安全可靠 
 
 
 今后的变频器都要求在忼干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准，主要做法足在变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正（ActivePowerFactorCorrection．APFC）电路改善输入电流波形降低电网谐波以及逆变桥采取电流过零的开关技术。
 而控制电源用的开关电源将推崇半谐振方式这种开关控制方式在30－50MhZ时的噪声可降低15－20dB。 
 
 
 通用变频器中出现专用型家族是近年来的事其目的是更好发挥变频器的独特功能并尽可能地方便用户。
 
 
 如用于起重税负载的ARBACC系列鼡广交流电梯的SiemensMICO340系列和FUJIFRN5000G11UD系列，其他还有用于恒压供水、上作机械主轴传动、电源再生、纺织、机车牵引等专用系列
 
 
 作为发展趋势，通用變频器从模拟式、数字式、智能化、多功能向集中型发展
 最近，日本安川由机提出了以变频器伺服装置，控制器及通讯装置为中心的”D&M&C”概念并制定了相应的标准。目的是为用户提供最佳的系统因此可以预见在今后．变频器的高速响应件和高性能什将是基本条件。’