能源需求正極大地影響著(zhù)全球經(jīng)濟發(fā)展。我國同樣也面臨著(zhù)經(jīng)濟增長(cháng)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(hù)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(shí)，占工業(yè)耗電量的80%，然而直到目前，我國各類(lèi)在用電機80%以上還是中小型異步電動(dòng)機，可見(jiàn)我國在電機節能領(lǐng)域有非常大的潛力。電機節能技術(shù)最受矚目的就是變頻調速技術(shù)。但是，我國變頻調速技術(shù)研究雖然非?；钴S，然而產(chǎn)業(yè)化仍很不理想，外國產(chǎn)品幾乎占據了我國變頻調速技術(shù)市場(chǎng)的60%。 

    以下將著(zhù)重介紹變頻調速技術(shù)的最新發(fā)展概況。 

    變頻調速技術(shù)的現狀 

    20世紀是變頻調速技術(shù)由誕生到發(fā)展的時(shí)代。特別是20世紀90年代以后，IGBT、IGCT（集成門(mén)極換向性晶閘管）等新型電力電子器件的發(fā)展、DSP（數字信號處理器）和ASIC（專(zhuān)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(chǎng)定向矢量控制、直接轉矩控制等）的完善，使變頻調速系統在調速范圍、調速精度、動(dòng)態(tài)響應、功率因數、運行效率和使用方便等性能指標超過(guò)了直流調速系統，達到取代直流調速的地步，受到各行業(yè)的歡迎并取得顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。 

    變頻調速及控制技術(shù)的發(fā)展趨勢 

    1．高壓大功率的變頻調速系統 

    在我國低壓變頻調速裝置已得到用戶(hù)的認可，市場(chǎng)總量已達2000年的約40億人民幣，并顯示出其節能效果。據統計，我國低壓（690V以下）電機數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(lái)國際上高壓大電流功率器件的出現以及并、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，使高壓大功率的變頻調速得以實(shí)現，其使用效果平均節能可達30%，有著(zhù)十分明顯的節能效果。但我國尚在啟動(dòng)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(wú)論是新建項目如西氣東調、南水北調等重大工程或是技術(shù)改造項目都是高壓大功率變頻調速系統巨大的潛在市場(chǎng)。 

    2．永磁同步電動(dòng)機及其控制系統的發(fā)展 

    具有快速電流跟蹤系統的變頻裝置、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(lèi)永磁同步電動(dòng)機及其控制系統的發(fā)展帶來(lái)生機。 

    永磁同步無(wú)齡輪電動(dòng)機及控制系統，是新一代的綠色電梯驅動(dòng)裝置。國外該類(lèi)電梯專(zhuān)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)習功能，自動(dòng)識別電動(dòng)機參數，在實(shí)現磁場(chǎng)定向伺服時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行初始定位，具有和直流電動(dòng)機一樣優(yōu)良的線(xiàn)性轉矩控制特性。其體積小、效率高、功率因數高、振動(dòng)小、噪聲低，平層精度好，在高層建筑、無(wú)機房電梯和家庭小梯中都有很大的市場(chǎng)。但電動(dòng)機需直接輸出大轉矩，并減小低速轉矩波動(dòng)，有一定設計難度。 

    電動(dòng)汽車(chē)、混合型電動(dòng)汽車(chē)以及電動(dòng)船舶的驅動(dòng)裝置亦首選永磁同步電動(dòng)機。在這種應用場(chǎng)合特別需要關(guān)注的是磁路結構，尋求大的Xp/Xd值，以獲得大的恒功率調速范圍和大的動(dòng)態(tài)轉矩。 

    具有快速動(dòng)態(tài)響應、硬機械特性、極寬調速范圍。良好的低速平穩性以及位置和軌跡精確控制的全數字化永磁同步伺服系統，是現代自動(dòng)化裝備中最重要的執行部件，可廣泛應用于高精度數控機床、機器人等，目前國內市場(chǎng)仍是進(jìn)口產(chǎn)品的一統天下。 

    3．變頻調速系統中PWM技術(shù)的發(fā)展 

    PWM控制是變頻調速系統的核心，任何控制算法幾乎都是以各種PWM控制方式實(shí)現。九十年代以來(lái)的產(chǎn)品，正弦形PWM（SPWM）調制方法已逐步為以下方式取代： 

    快速電流跟蹤PWM技術(shù) 

    快速電流跟蹤型PWM逆變器為電流控制型的電壓源逆變器，一般采用滯環(huán)電流控制，使三相電流快速跟蹤指令電流。該逆變器硬件簡(jiǎn)單，電流控制響應快，兼有電壓和電流控制型逆變器的優(yōu)點(diǎn)，普遍用于PMSM伺服系統和異步電動(dòng)機矢量變換控制系統。 

    磁鏈跟蹤控制PWM技術(shù) 

    這種方法把逆變器和電動(dòng)機視為一體，以三相對稱(chēng)正弦波電壓供電時(shí)交流電動(dòng)機理想的圓形磁場(chǎng)為基準，用逆變器不同開(kāi)關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁鏈矢量來(lái)跟蹤基準磁鏈園，由跟蹤結果決定逆變器的開(kāi)關(guān)模式，形成PWM波。由于磁鏈的軌跡是靠空間矢量的選擇來(lái)實(shí)現，因此又稱(chēng)電壓空間矢量法。 

    直接轉矩的智能控制PWM技術(shù) 

    常規的直接轉矩PWM技術(shù)無(wú)法區別轉矩、磁鏈的非常大的偏差和相對小的偏差，這將造成電機啟動(dòng)期間系統的停滯。而采用智能控制中的模糊控制，可以通過(guò)定子磁鏈的空間位置，由一系列偏差的正大，正小等模糊語(yǔ)言，根據模糊規則推出逆變器的開(kāi)關(guān)模式，使系統性能改善。 

    雙PWM控制技術(shù) 

    交一直一交電壓型逆變器是目前最廣泛使用的型式，但常對電網(wǎng)構成諧波污染。目前雙PWM控制技術(shù)的研究非?；钴S，即由PWM整流器和PWM逆變器組成的雙PWM變頻器無(wú)須任何附加電路就可使電網(wǎng)側的輸入電流接近正弦波，使系統的功率因數約為1，徹底消除網(wǎng)側的諧波污染，并實(shí)現了四象限運行。 

    4．矢量控制技術(shù)和直接轉矩控制技術(shù)的發(fā)展 

    矢量變換控制技術(shù) 

    自1971年矢量變換技術(shù)控制理論建立以來(lái)，以轉子磁場(chǎng)定向，采用矢量變換的方法，實(shí)現異步電動(dòng)機轉速和磁鏈控制的完全介耦。從而使異步電動(dòng)機具有和直流電動(dòng)機一樣優(yōu)良的控制性能。該技術(shù)得到了廣泛地應用。 

    無(wú)速度傳感器矢量變換控制技術(shù) 

    矢量變換控制系統在低速尤其是在零轉速時(shí)的性能以及速度傳感器的安裝和維護影響了控制系統的性能、可靠性、價(jià)格和簡(jiǎn)便性。因而無(wú)速度傳感器矢量變換技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)，受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。該技術(shù)的關(guān)鍵是如何獲取速度信號，常用的方法有：從電機的基本議程式導出速度方程式進(jìn)行計算：根據自適應控制理論，選擇合適的參考模型，利用自適應法識別速度；轉子空間信息法——利用高頻注入電流，辯識出轉子的位置和速度，國外已有相關(guān)產(chǎn)品，調速范圍可達1：75。