1  我國變頻技術(shù)應用現狀

    國內變頻調速技術(shù)經(jīng)過(guò)十多年的應用推廣，得到了飛速發(fā)展。變頻器己廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個(gè)行業(yè)，促進(jìn)了節能改造，極大地提高了我國工業(yè)電氣傳動(dòng)水平，但推進(jìn)的力度還不夠，變頻器應有的潛能還遠沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。1997年統計全國需進(jìn)行調速改造的變頻器市場(chǎng)大約有1 500億元人民幣（不包括后來(lái)新增的需調速設備），但到2001年，改造不到10%（包括高效節能電機的使用在內），與國家“電機系統節能計劃”投資500億元進(jìn)行發(fā)展的要求相距甚遠。這里有我國電網(wǎng)結構問(wèn)題，耗能大、浪費多的電機設備多集中在大型企業(yè)，主要是那些高壓電風(fēng)機與水泵，據有關(guān)資料統計報道，我國風(fēng)機、水泵、空氣壓縮機總數大約4 200萬(wàn)臺，裝機容量約1.1億萬(wàn)千瓦，然而實(shí)際情況大多是大馬拉小車(chē)，無(wú)論輕載重載都以一種恒速的方式運行，實(shí)際工作效率只有40%～60%，損耗電能占總發(fā)電量的40%。多數情況，設備不能跟隨工作狀況的變化及時(shí)調整運行設備的速度，造成電能浪費、生產(chǎn)成本提高、效益降低，甚至造成環(huán)境污染，原因包括技術(shù)、電網(wǎng)、資金和認識等問(wèn)題。
變頻調速技術(shù)的應用和推廣，在工業(yè)生產(chǎn)中無(wú)非是解決兩大問(wèn)題：一是節能，二是改善生產(chǎn)過(guò)程。我國的產(chǎn)值能耗是世界上最高的國家之一。據統計，目前我國電機的總裝機容量己達4億千瓦，年耗電量約占全國用電量的60%，但我國電機驅動(dòng)系統的能源利用率卻非常低，基本上要比國外平均水平低20%，70%的電機只相當于國際20世紀50年代的技術(shù)水平，電機驅動(dòng)系統能效比國外低20%左右，電能浪費十分嚴重。

    要解決生產(chǎn)過(guò)程中能耗高的問(wèn)題，除其它相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題需要改進(jìn)外，變頻調速技術(shù)已成為節能及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施，其重要性日益得到了國家的重視，在國內推廣變頻器調速技術(shù)有著(zhù)非常重大的現實(shí)意義和巨大的經(jīng)濟價(jià)值及社會(huì )價(jià)值。“十?五”期間，計劃通過(guò)“電機系統節能”計劃的實(shí)施，實(shí)現年節電1 000億千瓦時(shí)，實(shí)施重點(diǎn)耗能行業(yè)節能示范工程，計劃在冶金、有色、建材、化工和石化等行業(yè)創(chuàng )辦節能示范工廠(chǎng)，通過(guò)對工藝、技術(shù)和設備的全面改造和大量使用節能材料，實(shí)現系統節能帶動(dòng)全國節能提效工作的進(jìn)一步發(fā)展。

    從20世紀90年代初，隨著(zhù)國內企業(yè)對變頻器認識的逐步深入和大量外國產(chǎn)品的入境，我國變頻器市場(chǎng)得以快速啟動(dòng)。中國企業(yè)開(kāi)始認識到變頻器的作用并嘗試使用。經(jīng)過(guò)十余年的推廣和使用，變頻器己得到廣大企業(yè)用戶(hù)的認可，在20世紀90年代里，變頻器大規模進(jìn)人中國市場(chǎng)，在空調、電梯、冶金、機械、電子、石化、造紙、紡織等行業(yè)有十分廣闊的應用空間。目前在我國交流傳動(dòng)市場(chǎng)占有大份額的變頻器產(chǎn)品主要是國外品牌，如芬蘭的ABB公司，德國的SIEMENSE公司、倫茨公司，法國的施耐德公司，丹麥的丹佛斯，日本的富士、日立、安川、明電舍、春日等等，還有歐陸、CT、威肯、松下、歐姆龍、A-B、GE和摩托托尼、三星、ANSALDO等等，其中ABB公司、SIEMENSE公司等己在國內建廠(chǎng)生產(chǎn)部分系列品牌變頻器。

    最先進(jìn)入中國變頻器市場(chǎng)的是日本品牌，既有三墾、富士公司的產(chǎn)品，后來(lái)又有了東芝、三菱、安川公司等公司的產(chǎn)品。當時(shí)的變頻器多為以大功率晶體管為逆變元件的產(chǎn)品，屬于變頻器的第二代產(chǎn)品。不久，歐洲品牌以更新的技術(shù)進(jìn)入中國，歐洲的品牌以更新的設計、更好的性能、更周到的服務(wù)，逐漸擴大了市場(chǎng)，經(jīng)過(guò)十幾年的應用檢驗，成為用戶(hù)的首選品牌。
隨著(zhù)變頻器技術(shù)在不斷發(fā)展，從控制策略到制造工藝都在飛快的提高，使得變頻器產(chǎn)品進(jìn)入了第四代技術(shù)，其性能亦能和直流傳動(dòng)技術(shù)相當，有相當一部分應用領(lǐng)域可以采用交流傳動(dòng)，效果也相當理想。

2  交流傳動(dòng)的應用

(1)  風(fēng)機泵類(lèi)的應用

    相當一部分工業(yè)企業(yè)使用大量的風(fēng)機水泵。風(fēng)機水泵按不同工況的需要，功率有大有小，電壓有高有低，由于在設計選型時(shí)都有功率裕量，因而它們都有很大的節能潛力。據有關(guān)部門(mén)的統計，泵與風(fēng)機的耗電量約占全國電力消耗總量的50%左右。目前，泵與風(fēng)機運行中還有很大的節能潛力，其潛力挖掘的主要方向是提高泵與風(fēng)機的運行效率。據估計，提高泵系統和風(fēng)機系統運行效率的節能潛力達200~400億千瓦小時(shí)，相當于4～8個(gè)裝機容量為1 000MW級的大型火力發(fā)電廠(chǎng)的發(fā)電總量。

    以火力發(fā)電企業(yè)為例，泵與風(fēng)機當然是最主要的耗電設備。據前幾年的統計資料表明，全國火力發(fā)電廠(chǎng)下列八種泵與風(fēng)機：送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、排粉風(fēng)機、鍋爐給水泵、循環(huán)水泵、凝結水泵、灰漿泵配套電動(dòng)機的總容量為12 829MW，年總用電量為450.2億千瓦小時(shí)，占l994年全國火力發(fā)電量的5.8%。調查結果表明：火電廠(chǎng)上述泵與風(fēng)機的節能潛力巨大，還有總容量約為3 913 MW的泵與風(fēng)機需要進(jìn)行節能改造，完成這些改造后，估計年節電量可達25.69億千瓦小時(shí)，需要改造的100MW以上機組的風(fēng)機、水泵達2 469臺。

    冶金企業(yè)是我國的能耗大戶(hù)，單位產(chǎn)品能耗高出日本3倍，法國4.9倍，印度1.9倍。冶金企業(yè)使用的風(fēng)機泵類(lèi)非常多，僅就軋鋼均熱爐為例，其基本的生產(chǎn)過(guò)程可分為四個(gè)部分：裝入、加熱、保溫、出鋼。加熱升溫期一般將熱負荷給定最大，這時(shí)熱風(fēng)以最大量供給爐膛；保溫期間，風(fēng)量減少約為加熱期的60%；出鋼期間風(fēng)量約為加熱期的30%；裝入鋼坯期間風(fēng)量為零。根據均熱爐這一工況，可見(jiàn)對其風(fēng)機實(shí)施變頻改造，可以大幅度的節約電能。不僅如此，改造前均熱爐調節風(fēng)量是通過(guò)調節預熱器出口位置的熱風(fēng)放散閥，爐膛需要減少風(fēng)量時(shí)，熱風(fēng)放散閥開(kāi)啟，熱風(fēng)直接放散到預熱器外，帶走大量熱量，造成熱量損耗，采用變頻改造后，不存在多余風(fēng)量問(wèn)題，可使裝鋼后預熱器保證足夠的溫度，從而還節約了1%～7%煤氣燃料，減少了氧化燒損，改善了鋼錠均熱質(zhì)量。

    我國是水泥工業(yè)大國，水泥工業(yè)作為我國基礎性原材料工業(yè)的支柱之一，在國民經(jīng)濟可持續發(fā)展中具有舉足輕重的地位。目前水泥產(chǎn)量已達到7億噸以上，約占世界水泥總產(chǎn)量的1/3。國民經(jīng)濟穩步高速發(fā)展需要保持一個(gè)較大的建設規模。大規模的房屋建筑、基礎設施和工程建設都要求建筑材料的支柱產(chǎn)品-水泥在未來(lái)有更大的發(fā)展。目前水泥的應用己滲透到國民經(jīng)濟建設的每個(gè)角落：各種民用建筑與工業(yè)廠(chǎng)房建設、海洋與水工工程、機場(chǎng)與路橋建設、地下與海底隧道工程以及國防、航天、石油等特殊工程應用，因此，我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展帶動(dòng)了建材和水泥工業(yè)的興旺發(fā)展，水泥生產(chǎn)過(guò)程同樣大量使用交流電機，有許多應用場(chǎng)合需要通過(guò)改變轉速達到節能和改善工藝的需求，比如原料礦石的破碎、堆取、研磨、均化，旋窯的驅動(dòng)、窯尾風(fēng)機、窯頭風(fēng)機、蓖冷風(fēng)機的調速，煤粉制備等等都可以通過(guò)合理的應用變頻調速達到節能的目的。

    與此類(lèi)似的還有石油化工企業(yè)等，也都大量使用了風(fēng)機和泵，還有大功率的擠壓機或壓縮機等等。

    在這些應用中，由于技術(shù)發(fā)展的原因，早期的電氣設備不具備對交流電機進(jìn)行方便調速的功能，所以電機的速度是恒定的，對風(fēng)量和水流量的調節采用機械的方法，電能的浪費特別大。另外電力部門(mén)從減小電機啟動(dòng)對電網(wǎng)的沖擊和工作當中線(xiàn)損的角度出發(fā)，希望提高供電電壓，于是造成現在在某些行業(yè)中，大量使用著(zhù)200kW及其以上功率的高壓供電電機，于是，高壓變頻技術(shù)及高壓變頻器裝置便出現了。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，特別是新型高壓電力電子器件的出現，使高壓變頻技術(shù)和高壓變頻裝置有了極大的提高。

    根據現在變頻技術(shù)水平，大功率電力電子器件水平，采用低壓供電方案，滿(mǎn)足3 000kW以?xún)入姍C功率的供電是不成問(wèn)題的。尤其是變頻調速控制方式實(shí)際上對電機起動(dòng)過(guò)程來(lái)說(shuō)是最好的軟啟動(dòng)方式。采用變頻器調速后，起動(dòng)電流被限制在額定值內，可以減小電網(wǎng)沖擊，免除電機的機械損傷，減小供電回路的開(kāi)關(guān)容量，減輕設備維護量。

    在沒(méi)有變頻技術(shù)的年代里，由于電網(wǎng)直接供電的原因，電機功率以200kW為分界，區分出高壓供電電機和低壓供電電機?，F在有了變頻技術(shù)及變頻器，保護供電電網(wǎng)已經(jīng)不成問(wèn)題了，高低壓供電的分界點(diǎn)也就隨之產(chǎn)生變化。經(jīng)過(guò)對技術(shù)方案的研討，對設備投資的比較，分界點(diǎn)一般認為在800~1 000kW是合適的，即800kW以下的電機，采用低壓變頻器供電更合適，大于1 000kW的電機可以考慮使用高壓變頻器供電方案。當然在3 000kW以?xún)?，使用低壓變頻器供電方案也是可以的。在這方面，ABB公司、SIEMENSE公司、Robincon公司等都有相應產(chǎn)品。特別是ABB公司的直接高壓供電變頻裝置，采用了新一代電力電子器件IGCT構成的高壓大功率逆變橋，應用ABB公司的獨家專(zhuān)利技術(shù)DTC對電機進(jìn)行調速控制，使產(chǎn)品的性能和可靠性都達到了極高的水平。

(2)  改善工藝水平的應用

    上述應用場(chǎng)合要求傳動(dòng)裝置功率大，電壓高，但對速度和力矩控制的精度和響應并無(wú)特殊要求。與此相對應的更多的是低壓供電變頻器的需求。除去低壓供電的小功率風(fēng)機泵類(lèi)，還有許多行業(yè)要求變頻器不僅具有很好的速度控制精度，還要有快速的、精確的力矩控制性能。比如金屬加工行業(yè)中的帶材軋制過(guò)程、線(xiàn)材軋機、拉絲機械、銑面、縱剪、復合加工、連鑄連軋、酸洗、矯直、剪切等。這些工藝過(guò)去常常要求多臺電機之間要有精確的速度配合，或是要求力矩能快速的跟隨負載的變化而變化。這些特性同時(shí)也是造紙、紡織印染、化纖、橡塑、印刷、包裝、膠片制備和涂布等行業(yè)所需要的。上述各類(lèi)加工過(guò)程，其產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量除了和加工機械有關(guān)外，還依賴(lài)于電氣傳動(dòng)設備以及電氣系統的構成水平。
還有一些對控制要求特殊的應用，比如提升機應用。提升機廣泛的用于沿海沿江的港口碼頭、集裝箱集散地、工礦企業(yè)、電站航天造船等大型設備的安裝場(chǎng)合。它不僅要有精確的速度控制特性，還要有極好的力矩控制特性。力矩控制的精確度和響應快慢是衡量電氣傳動(dòng)技術(shù)的重要指標。因為這一類(lèi)純位勢負載的特性是被提升物一旦離開(kāi)地面便沒(méi)有了依托，物體在懸空狀態(tài)下的升降或停住完全靠電氣傳動(dòng)進(jìn)行控制，起安全保護作用的抱閘的開(kāi)閉必須精確控制，而且傳動(dòng)必須能記憶提升力矩，以配合抱閘的開(kāi)閉實(shí)現無(wú)跳變的速度控制過(guò)程，避免溜車(chē)造成的損害。有與此類(lèi)似要求的應用場(chǎng)合還有電梯、立體倉庫的物料運輸機、高爐的卷?yè)P機等設備使用場(chǎng)合。滿(mǎn)足這類(lèi)應用場(chǎng)合要求的傳動(dòng)設備就不是簡(jiǎn)單的通用變頻器能完成的了，除要求電氣設備的硬件有過(guò)硬的可靠性外，還要有特殊的專(zhuān)用軟件，專(zhuān)門(mén)適合這類(lèi)負載的全部控制需要：提升過(guò)程中的速度力矩控制要求、力矩記憶、抱閘控制、全程的速度力矩跟蹤、校驗、監視、岸機的穩定性監視和限制。在這類(lèi)應用中，ABB公司具有標準的產(chǎn)品系列和專(zhuān)用軟件，在世界各國的海港、集裝箱碼頭應用極其普遍。小容量的應用場(chǎng)合也有其他品牌在使用，比如安川公司的產(chǎn)品。

    特殊應用中的另一大類(lèi)是張力控制。張力控制的主要應用對象是卷取機，卷取機是卷取各種成品或半成品的生產(chǎn)機械設備，一般都是處于生產(chǎn)線(xiàn)最后一道工序，卷取設備的機械和電氣性能，直接影響著(zhù)成品或半成品的質(zhì)量，因此是關(guān)鍵性設備之一。同時(shí)卷取的過(guò)程還與前幾道工序之間有密切的聯(lián)系，例如速度的同步性、精度、穩定性等。而卷取的工藝過(guò)程又有它的特殊性，為此無(wú)論機械設備、電氣控制、傳動(dòng)系統等都是比較復雜的。卷取如果失誤，在最后一道工序中產(chǎn)生廢品，肯定會(huì )造成前功盡棄的局面，所以它也是關(guān)鍵性設備，卷取設備投資較高的是電氣傳動(dòng)控制系統，它必須結合被卷取的物料特性、厚薄程度、物料強度、延伸率彈性變形量、物料的允許公差，卷取物料的直徑變動(dòng)量、重量、卷取速度等諸多因素綜合考慮。對不同行業(yè)、不同物料的卷取有各種不同的控制方法和手段，既要保證卷取的質(zhì)量又要盡可能減少設備的投資。

    按照被卷取的成品或半成品物料的不同大致有下列幾類(lèi)：

    需要高精度卷取控制的：連續薄膜類(lèi)產(chǎn)品如錄像帶、錄音帶、電影膠片、膠卷及其涂布過(guò)程，塑料包裝用薄膜、農用膜、塑料帶、塑料管線(xiàn)，各種紙張，化纖生產(chǎn)用的拉絲筒（晴侖、丙侖、維尼龍、化纖物等），冶金廠(chǎng)的冷熱閘薄板、鋼帶，銅帶、鋁帶，特殊稀有帶材，拉絲廠(chǎng)的較細的銅線(xiàn)，合金絲，電熱鴿絲，細的漆色線(xiàn)，簾子布的制造、壓膠、疊層等。

    控制精度稍低的卷取有：直徑較粗的漆包線(xiàn)，細鋼絲，鐵絲，普通電線(xiàn)電纜，各類(lèi)傳動(dòng)皮帶，橡膠帶，粗紗卷繞，印染清洗、漂白、染色、印花、烘干，整燙。

    以上情況僅按卷取物料和成品的不同大致分類(lèi)不可一概而論。對速度控制精度、力矩快速響應的程度，雖然各自有各自的要求，但這方面的特性是一個(gè)公共的要求，需要電氣傳動(dòng)設備必須保證的。
在A(yíng)BB的交流傳動(dòng)系列中，有專(zhuān)門(mén)的卷取控制軟件，通過(guò)參數設定，可以選擇不同類(lèi)型的張力控制方式。比如卷取、開(kāi)卷設定、直接張力控制或間接張力控制，電流電勢復合控制或最大力矩控制方式，張力恒定是采用速度補償還是力矩補償方式等等。軟件內部自動(dòng)完成卷徑的高精度計算，自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補償和靜態(tài)補償，自動(dòng)完成線(xiàn)速度對卷取機的速度給定的轉換和張力給定對電機的力矩給定轉換。此外還有自動(dòng)投張、靜張保持、斷帶保護、自動(dòng)環(huán)卷等諸多功能，充分發(fā)揮了現代交流傳動(dòng)的應用能力。因為在卷取過(guò)程中，恒張力控制是相當復雜的，除去要求傳動(dòng)裝置的硬件性能優(yōu)良外，還必須有專(zhuān)用的軟件，才能支持機器應用，所以能完成恒張力控制的傳動(dòng)品牌必須要仔細的進(jìn)行選擇。

3  交流變頻調速器的類(lèi)型

    采用變頻的方法，作為交流異步機的供電電源，實(shí)現對電機的轉速控制，達到節能或改善工藝的目的，大約已有40年的歷史了。隨著(zhù)電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的理論和產(chǎn)品水平也在飛快的發(fā)展。從60年代末到90年代，變頻器的控制方法經(jīng)歷了幾次大的發(fā)展變化。大概經(jīng)歷了三個(gè)階段，每一個(gè)階段技術(shù)上都有一個(gè)突破性的進(jìn)展，推出一個(gè)更先進(jìn)的控制原理。每一類(lèi)都有很大的應用市場(chǎng)，延續至今，形成三類(lèi)控制原理并存的局面。

    (1)  第一類(lèi)是70年代以恒壓頻比控制方式為理論基礎的變頻調速。它可以做成轉速開(kāi)環(huán)變頻調速方式，也可以做成轉速閉環(huán)調速方式。轉速開(kāi)環(huán)變頻調速系統在恒壓頻比控制的基礎上，為了改善電機的低速力矩特性，增加了變頻器低頻段的電壓補償的協(xié)調控制，為了改善電機的速度特性的硬度，增加了轉差補償控制；雖然其結構簡(jiǎn)單，成本較低，但調速系統靜、動(dòng)態(tài)性能不高。為了改善性能，在開(kāi)環(huán)系統的基礎上，軟件里加入了PI型轉速調節器，力圖使轉速無(wú)靜差，改善穩態(tài)性能。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，轉速調節器飽和，系統能以最大轉矩Tm加減速，保證了在允許條件下快速性、加減速的平滑性，系統也容易穩定。然而這類(lèi)基本型轉差頻率控制是從異步電機穩態(tài)等值電路和穩態(tài)轉矩公式出發(fā)的，“保持磁通恒定”的結論只在穩態(tài)情況下成立。電流調節器只控制了定子電流的幅值，并未控制其相位，其動(dòng)態(tài)性與理想的閉環(huán)控制指標仍存在一定的差距。這類(lèi)變頻器常用于風(fēng)機、水泵類(lèi)節能型調速系統或對速度的動(dòng)態(tài)指標要求不高的簡(jiǎn)單機械傳動(dòng)上。

    (2)  第二類(lèi)矢量控制型變頻器出現于80年代。它是基于“感應電機磁場(chǎng)定向控制原理”，和矢量系的“坐標變換”原理，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和完善形成的一類(lèi)高性能的矢量控制變頻調速系統。其基本思想是通過(guò)矢量變換和磁場(chǎng)定向，實(shí)現定子電流轉矩分量與勵磁分量的解耦，得到類(lèi)似直流電機的動(dòng)態(tài)數學(xué)模型，然后模擬直流電機進(jìn)行控制，獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。繼而出現的轉差型矢量控制，進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統結構，使之進(jìn)一步實(shí)用化。雖然理論上采用直接轉子磁鏈定向最為理想，但是由于轉子磁鏈直接檢測相當困難，只能利用轉子磁鏈模型進(jìn)行磁場(chǎng)定向，而電機運行狀態(tài)的變化以及參數的變化勢必會(huì )影響轉子磁鏈模型的精確性，進(jìn)而影響系統的靜、動(dòng)態(tài)性能。為了使磁場(chǎng)定向準確且對電機參數變化不敏感，可以通過(guò)參數辨識、參數自適應等方法，提高系統的魯棒性。

    由于這類(lèi)變頻器采用了矢量控制技術(shù)，依靠計算機的快速數據處理能力，將一個(gè)連續的電流量經(jīng)過(guò)坐標變換分解成無(wú)數對離散的、空間上互相垂直的兩個(gè)電流分量，按照磁場(chǎng)和其正交的電流乘積就是轉矩這一原理，將定子電流分解成建立磁場(chǎng)的勵磁分量和與磁場(chǎng)正交的產(chǎn)生轉矩的轉矩分量，然后分別進(jìn)行各自的閉環(huán)控制，就象直流電動(dòng)機可以分別對勵磁和電樞電流進(jìn)行控制一樣，從而使得普通的交流電動(dòng)機得到如同直流電動(dòng)機的控制規律和動(dòng)態(tài)性能。矢量控制變頻器已廣泛的應用到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)中了。

    從控制角度看，矢量控制的變換機理需要用測速元件，以測量轉子的瞬時(shí)狀態(tài)來(lái)確定轉子磁鏈的位置。從應用角度看，要提高傳動(dòng)系統的控制精度，就需要精確測量轉子的轉速，構成速度閉環(huán)控制。但速度傳感器安裝要求高，機械調試工作量大，由于場(chǎng)地及空間的限制，有些裝置不允許安裝速度傳感器，于是近些年，許多公司紛紛推出無(wú)速度傳感器的高性能交流調速系統，它正能彌補這些不足之處。無(wú)速度傳感器的初始方法是實(shí)時(shí)檢測定子電壓和電流，再依據電機模型對轉速直接進(jìn)行估算，用估算的值作為內部速度反饋量，完成高精度的速度控制。因此提高轉速估算精度是該系統的關(guān)鍵。

    ABB公司在上世紀70年代已有型號為“SAMISTAR”和“ACV700”的矢量控制型變頻器系列，隨著(zhù)更先進(jìn)的直接轉矩控制DTC型變頻器問(wèn)世，矢量控制型變頻器曾淡出過(guò)ABB交流傳動(dòng)家族，為了補充交流傳動(dòng)在標準應用領(lǐng)域的需要，最近ABB公司再次推出更新了的矢量控制變頻器系列-ACS550系列。該系列以更新的結構和更強大的功能服務(wù)于容量小、要求高的傳動(dòng)市場(chǎng)。

    (3)  第三類(lèi)是采用目前最先進(jìn)的變頻控制理論DTC構成的交流傳動(dòng)。DTC變頻器由ABB公司于上世紀90年代推出。它的控制思路簡(jiǎn)單明了、控制性能卓越，幾乎達到了交流異步電機調速的完美程度，很快深入到工業(yè)應用的各個(gè)領(lǐng)域。它摒棄了大量的矢量控制中坐標系變換的計算，直接以電機的磁場(chǎng)和力矩為目標進(jìn)行控制，系統原理簡(jiǎn)單明確。理論和實(shí)踐都證明了異步電動(dòng)機接受了變頻器饋入的SPWM電壓后，在定子繞組中得到的是連續的正弦電流，且三相正弦電流在三相定子繞組中會(huì )產(chǎn)生圓形的旋轉磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉矩。反過(guò)來(lái)，如果用跟蹤圓形旋轉磁場(chǎng)的方法來(lái)控制定子繞組輸入端的脈寬調制電壓，形成反饋、閉環(huán)控制，那么效果會(huì )比輸入SPWM電壓更好。這就是“電壓空間矢量控制”思想，亦稱(chēng)“磁鏈跟蹤控制”。DTC控制著(zhù)眼于定子側的磁鏈為被控對象，極大的簡(jiǎn)化了矢量控制中的坐標變換計算。某一時(shí)刻的電壓空間矢量決定了該時(shí)刻的磁鏈空間矢量，每一個(gè)磁鏈空間矢量都要根據前一個(gè)矢量的位置單獨計算，由此形成的PWM輸出，就時(shí)時(shí)刻刻反映著(zhù)電機的實(shí)際力矩。因為數據從采集到運算完輸出，僅經(jīng)過(guò)25微妙，所以變頻器的力矩可以快速的跟隨負載的變化而變化，始終保持轉速為給定值。PWM脈沖經(jīng)過(guò)優(yōu)化后在取控制逆變橋，進(jìn)一步改善了速度控制過(guò)程中的指標。精確的電機模型直接輸出電機速度值，作為反饋量，使交流異步機調速系統也具有象直流機一樣的雙閉環(huán)調節過(guò)程，使交流調速達到了目前的最高控制水平。

    現在各廠(chǎng)商為了適應市場(chǎng)的需求，都在不斷完善產(chǎn)品的控制性能和規格容量。其中ABB公司的變頻調速產(chǎn)品在控制原理方面涵蓋了上面提到的三個(gè)類(lèi)別。有性能最好的DTC控制的，有現在市場(chǎng)大量存在的無(wú)傳感器磁通矢量控制的，還有恒壓頻比控制的，它們被分別定義為工業(yè)應用級、標準應用級、OEM應用級和一般機械配套級。根據不同的系列，功率可以從0.12kW到2.7MW。電壓可以從220V三相到4 160V三相。其性能可以滿(mǎn)足當前工業(yè)應用中絕大多數的需求。

    此外，還有一些國外知名品牌，雖然沒(méi)有DTC變頻器，但矢量控制型變頻器應用的范圍也是很大的。

4  不斷發(fā)展的新技術(shù)

(1)  智能控制

    代自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，以現代控制論為基礎，融入模糊控制、專(zhuān)家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制，以形成高智能化的自動(dòng)控制系統為最新動(dòng)向。

(2)  模糊控制

    模糊數學(xué)的模糊控制理論具有自學(xué)功能。它靠模糊控制器在執行控制的過(guò)程中不斷獲取現場(chǎng)的信息，及時(shí)調整模糊控制規律，改善系統性能。模糊控制不嚴格依賴(lài)控制過(guò)程或對象模型，具有較強的魯棒性和不敏感性。因此控制系統的穩定性會(huì )有很大的改善。為了進(jìn)一步提高控制精度，抑制振蕩等現象，人們提出了各種改進(jìn)方案，設計出各種模糊控制器。如帶有積分作用的模糊控制器，自學(xué)及自調整模糊控制器?，F在，模糊控制理論已開(kāi)始逐步應用于電氣傳動(dòng)控制系統了。

(3)  專(zhuān)家系統

    系統是上世紀中期發(fā)展起來(lái)的人工智能應用領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方法，上世紀末期被引入實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域。專(zhuān)家控制器結構簡(jiǎn)單，以知識庫與推理機為主要部分，知識庫用于存放大量的規律與經(jīng)驗，由數據庫和學(xué)習適應器組成。推理機利用知識庫中的知識進(jìn)行推理決策，尋找理想的控制作用。專(zhuān)家控制系統結構復雜、造價(jià)高，除了具有專(zhuān)家控制器的基本功能外，還具備實(shí)時(shí)識別、性能評價(jià)、獲取更高級專(zhuān)家知識等功能。專(zhuān)家系統和專(zhuān)家控制器在提高控制系統的靈活性及智能化方面，顯示出極大的優(yōu)越性，但由于知識獲取、實(shí)時(shí)控制和魯棒性等問(wèn)題，能真正用于電氣傳動(dòng)控制系統還需要專(zhuān)家進(jìn)一步研究。

(4)  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )

    網(wǎng)絡(luò )以其獨特的優(yōu)點(diǎn)引起人們極大的關(guān)注，從仿生學(xué)的角度出發(fā)，對人腦神經(jīng)系統進(jìn)行模擬，使機器具有人腦那樣的感知、學(xué)習和推理能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )能充分逼近任意復雜的非線(xiàn)性關(guān)系，能學(xué)習與適應非常不確定的系統的動(dòng)態(tài)性能，所有信息都等勢分布貯存于網(wǎng)絡(luò )內各神經(jīng)元，故有極強的魯棒性和容錯性，這些特點(diǎn)顯示了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在解決高度非線(xiàn)性和嚴重不確定系統的控制方面有著(zhù)巨大的潛力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在電氣傳動(dòng)控制系統中的應用研究尚屬起步階段，尤其是其自學(xué)功能與實(shí)時(shí)控制快速性的矛盾，有待于進(jìn)一步研究解決。智能控制系統在提高系統的魯棒性、系統的自學(xué)及決策能力方面有其獨到之處。但對解決電氣傳動(dòng)系統中調速精度或定位精度等問(wèn)題的能力尚嫌不足，而傳統的PI調節則正能彌補這個(gè)缺陷。行之有效的方法是將傳統的PI調節與智能控制結合起來(lái)，取長(cháng)補短，既保證了系統的控制精度，又提高系統的魯棒性。例如帶有積分作用的模糊控制器，能最終消除負載引起的轉速變化，實(shí)現無(wú)靜差控制。利用智能控制系統的自學(xué)及決策能力，及時(shí)修改PI調節器參數，形成智能型PI調節器。