1  引言

    近年來(lái)，交流變頻調速技術(shù)在我國有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，變頻調速在調速范圍、調速精度、動(dòng)態(tài)響應、低速轉矩、通訊功能、智能控制、功率因數、節約電能、工作效率、使用方便等方面的優(yōu)異性能，是其他的交流調速方式無(wú)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(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，深受鋼鐵、冶金、礦山、石化、醫藥、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(huì )效益非常顯著(zhù)。

2  我國變頻器技術(shù)的發(fā)展概況

    隨著(zhù)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節逐步顯露出來(lái)。由于換向器的存在，直流電機的維護工作量加大，單機容量、最高轉速以及使用環(huán)境都受到限制。人們轉向結構簡(jiǎn)單、運行可靠、便于維護、價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機。但異步電動(dòng)機的調速性能難以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。于是，從20世紀30年代開(kāi)始，人們致力于交流調速技術(shù)的研究，然而進(jìn)展緩慢。在相當長(cháng)時(shí)期內，直流調速一直以?xún)?yōu)異的性能統治電氣傳動(dòng)領(lǐng)域。20世紀60年代以后，特別是70年代以來(lái)，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，使得交流調速性能可以與直流調速相媲美。目前，交流調速已進(jìn)入逐步替代直流調速的時(shí)代。這十多年來(lái)，我國的變頻器產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有不斷壯大，發(fā)展不可謂不迅速。據統計，全國現有大大小小的變頻器生產(chǎn)廠(chǎng)70多家，年銷(xiāo)售額在7億元左右，這只占全國變頻器市場(chǎng)容量的一小部分，80%~90%的國內市場(chǎng)被各種國外變頻器所占領(lǐng)?；仡櫸覈冾l器的發(fā)展歷程，結合我國國情開(kāi)發(fā)出適銷(xiāo)對路的產(chǎn)品，逐步擴大市場(chǎng)份額，是國人的期盼。

    我國是一個(gè)發(fā)展中國家，許多產(chǎn)品的科研開(kāi)發(fā)能力落后于發(fā)達國家。隨著(zhù)改革開(kāi)放，經(jīng)濟高速發(fā)展，一個(gè)巨大的市場(chǎng)形成了，它既對國內企業(yè)，也對國外公司敞開(kāi)，很多先進(jìn)的產(chǎn)品從發(fā)達國家進(jìn)口。20世紀80年代末，大連電機廠(chǎng)從日本東芝公司引進(jìn)了一條變頻器生產(chǎn)線(xiàn)，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，調制方式SPWM，控制策略V/F=C，這可能是我國最早有規模的組裝國外較先進(jìn)的變頻器，雖然這種變頻器在當時(shí)不是最好的，但比用可控硅作為功率器件的變頻器要先進(jìn)得多，后者在工業(yè)應用中，負載過(guò)重時(shí)啟動(dòng)困難，經(jīng)常出現功率器件GTR損壞，因此低速轉矩和可靠性都較差。同時(shí)在我國銷(xiāo)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(jìn)入內地，帶來(lái)的產(chǎn)品是pi89變頻器，電源還不是開(kāi)關(guān)電源，功率器件用的是大功率晶體管GTR，CPU是8085芯片，調制方式SPWM，控制策略V/F=C。臺灣普傳在內地的營(yíng)銷(xiāo)策略和其他的廠(chǎng)商不同，它是采用組建合資公司的形式。在不長(cháng)的時(shí)間內，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)中心設在深圳，后來(lái)又在大連建了一個(gè)合資廠(chǎng)，這是當時(shí)國內最大和最完善的變頻器營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )。各合資公司組裝變頻器的機箱，主控制板、驅動(dòng)板等都是在臺灣做好后運來(lái)的。由于充分的整合國內的資源，臺灣普傳那幾年銷(xiāo)售的業(yè)績(jì)非常好，pi89變頻器成了當時(shí)國內變頻器市場(chǎng)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(lái)性能和質(zhì)量更好的變頻器進(jìn)入我國，pi89變頻器市場(chǎng)在不長(cháng)的時(shí)間內很快萎縮，直至被淘汰出局。

    從臺灣普傳進(jìn)入內地到現在已經(jīng)過(guò)去十多年了，這十多年中，有過(guò)很多變頻器廠(chǎng)商，前后算來(lái)接近百家。近幾年，變頻器的廠(chǎng)商發(fā)生了相當大的變化，進(jìn)來(lái)的快，出去的也快，到現在剩下的就只有七十來(lái)家。另外，在國內還有不少?lài)夂团_灣廠(chǎng)商的獨資公司、合資公司，如北京ABB、天津SIEMENS、富士、臺安、臺達等在國內都有獨資公司或合資公司。在組裝變頻器的過(guò)程中，我國技術(shù)人員有機會(huì )接觸變頻器先進(jìn)技術(shù)和管理方法，這些人員成了國內變頻技術(shù)一支重要力量。市場(chǎng)競爭成就了國內幾家大公司的崛起，如華為、森蘭。作為國內最大的變頻器制造商，森蘭從做V/f控制的變頻器開(kāi)始，逐步完善和提高變頻技術(shù)，通過(guò)多年的技術(shù)實(shí)踐、積累和對國外先進(jìn)技術(shù)的消化吸收，已經(jīng)能夠開(kāi)發(fā)出具有先進(jìn)水平轉子磁鏈定向，磁通觀(guān)測采用自校正算法的矢量控制變頻器，實(shí)現磁場(chǎng)和力矩的完全解耦，做到頻率為1Hz時(shí)達到200%額定轉矩，即使在零頻也有100%轉矩，如SB80系列變頻器。由此可見(jiàn)，盡管?chē)鴥扰c國外變頻技術(shù)上相比還有差距，但已經(jīng)縮小了。

3  國內變頻技術(shù)的現狀和發(fā)展前景

    國內已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠(chǎng)，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，使用在調速精度和動(dòng)態(tài)性能要求不高負載上應該沒(méi)有什么問(wèn)題。工業(yè)應用中絕大部分都是這種負載，變頻器在這種場(chǎng)合應用最重要的要求是可靠性，國產(chǎn)變頻器占國內市場(chǎng)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(lái)看要簡(jiǎn)單得多，由于國內廠(chǎng)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。差距最大的是半導體功率器件的制造業(yè)，至今國內半導體功率器件的制造業(yè)仍是一個(gè)空白。

    變頻器技術(shù)的另外一個(gè)層面是應用技術(shù)。多年來(lái)，國家經(jīng)貿委一直會(huì )同國家有關(guān)部門(mén)致力于變頻器技術(shù)的開(kāi)發(fā)及推廣應用，在技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)改造方面給予了重點(diǎn)扶持，組織了變頻調速技術(shù)的評測推薦工作，并把推廣應用變頻調速技術(shù)作為風(fēng)機、水泵節能技改專(zhuān)項的重點(diǎn)投資方向，同時(shí)鼓勵單位開(kāi)展同貸同還方式，抓開(kāi)發(fā)、抓示范工程、抓推廣應用，還成立了風(fēng)機、水泵節能中心，開(kāi)展信息咨詢(xún)和培訓。1995~1997年，3年間我國風(fēng)機水泵變頻調速技術(shù)改造投入資金3.5億元，改造總容量達100萬(wàn)kW，可年節電7億kWh，平均投資回收期約2年。

    據有關(guān)資料表明，我國變頻調速技術(shù)應用已經(jīng)取得了相當大的成績(jì)，每年有數十億元的銷(xiāo)售額，說(shuō)明我國的變頻器應用已非常廣泛。從簡(jiǎn)單的手動(dòng)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)組成復雜的控制系統。在大型綜合自動(dòng)化系統，先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)，大型成套專(zhuān)用系統，如連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)、高速造紙生產(chǎn)線(xiàn)、電纜、光纖生產(chǎn)線(xiàn)、化纖生產(chǎn)線(xiàn)、建材生產(chǎn)線(xiàn)等，變頻器的作用是電氣傳動(dòng)控制，其控制的復雜性、控制精度和動(dòng)態(tài)響應都有很高的要求，已經(jīng)完全取代了直流調速技術(shù)。近年來(lái)，變頻器在功能上，利用先進(jìn)的控制理論上，開(kāi)發(fā)出了諸如卷取、提升、主從等控制功能，使應用系統的構成更加方便和容易，使變頻的應用技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。

    隨著(zhù)變頻技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)競爭的加劇，要掌握市場(chǎng)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(kāi)發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權，特點(diǎn)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(huì )遜色于國外產(chǎn)品，變頻器的國產(chǎn)化也將成為必然。