淺析高壓變頻調速技術應用現狀與發展趨勢

王建華

摘要：隨著社會的發展及人們節能環保的意識不斷增強，人們更加迫切地希望通過科學技術手段改變現狀，做出節能、環保的新型產品應用于工業生產和日常生活中。故而，人們向著全新的科技投去更多目光，關注度較以往提高了很多。例如，在我們的生產、生活中，相關研發技術人員更新了高壓變頻調速的技術，將其更廣泛地應用在各種工況場合及生產現場。新型技術的應用大大減少了電能的輸出，節省了能源。因此，我們根據高壓變頻調速技術的發展現狀，分析其在生產、生活中的技術應用，研究、探討高壓變頻調速技術未來的發展趨勢。

關鍵詞：變頻;調速;高壓變頻;節約;能源

中圖分類號：G30.7 文獻標識碼：A

高壓變頻調速技術是社會發展下的先進生產產能，在我們生產、生活中被人們廣泛地應用。其在電力能源的使用方面，進行了良好的分配和調控，能夠高效提高并擴大生產效益，進而引發經濟效益提升、促進相關行業技術革新等連鎖反應。由于許多技術壁壘因素，這種能源技術在生產上出現了一定的問題，導致在后來的加大生產中存在生產產能滯后的現象。所以，企業生產技術車間和有關部門應該更加注意生產技術問題，在技術生產上應該投入更多的關注，加大資源的投入力度，實現高壓變頻調速技術更上一層樓。故而，本文對現在高壓變頻調速技術在各個領域上的應用狀態及其中涉及的相關技術等進行剖析和討論，以此使讀者對這種技術未來的發展趨勢有一個多方位的了解[1]。

1 高壓變頻調速技術的發展進程和現狀

1.1 高壓變頻調速技術的發展歷史

高壓變頻調速技術涉及的工程廣泛，如電力開發、電力工程、電子技術、信息處理和控制系統等多個學術領域。隨著電力電子技術、計算機信息技術和自動化控制技術的興起，以高壓變頻調速為代表的近現代交流調控技術就有了很大的進步。通過這種交流變頻傳動帶動交流電機，解決了直流電機存在的直流電機制造比較貴、結構復雜、故障多、可靠性低、壽命短、保養維護工作量大等缺點。而且發揮了交流電機結構簡便、經濟適用、牢固耐磨、動態響應良好的優點，很好地處理了交流電機調速在性能上先天不足的缺陷，交流變頻調速技術依靠高超的調速性能、卓越的用電效率及人們在使用過程中良好的應用反饋，被大家一致認可是一種最有前途和發展的交流調速方式，代表了電力傳動發展的主體方向[2]。在節能環保、降低消耗、改善控制性能和提高產品的質量、產能方面，變速調控技術都起到了至關重要的作用。變頻調速控制已經成為一門相對來說較為獨立的理論學科，形成了相對穩定的科學體系。

電力電子變頻技術由誕生到全盛時期是在20世紀，最開始的交流變頻調速理論誕生在20世紀20年代，一直到60年代，電力電子器件開始發展，變頻調速技術才開始向實用的方向發展。在20世紀70年代的時候，大多數發達國家發生了石油危機，所以他們在研究高效率變頻器的時候投入了大量的人力、物力和財力。這樣一來，變頻調速技術就得到了很好的發展應用和使用方面的積極推廣。在20世紀80年代的時候，變頻調速技術逐漸產品化，在其使用性能方面得到大幅度提升，更大程度上發揮了變流調速的自身優越性，被大力使用到工業的各種場合，甚至取代了以往直流調速的一部分。20世紀90年代，絕緣柵雙極型晶體管、集成門極換流型晶閘管等新型電力電子器件的發展和實用性能的提高，對變頻調速技術的性能方面，都有極大的提高，很好地促進了變頻調速技術的發展更新[3]。

近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數字信號處理器）為基礎的內核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內的DSP單片電機控制器內（如ADI的ADMC3系列、TI的TM S320C240和Motorola的DSP56F8系列），價格大大降低，體積縮小，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP的單周期指令執行時間快達幾十納秒，它和普通的單片機相比，處理數字運算能力增強10～15倍，確保系統有更優越的控制性能。數字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現復雜控制規律，使現代控制理論在運動控制系統中的應用成為現實，易于與上層系統連接進行數據傳輸，便于故障診斷加強保護和監視功能，使系統智能化（如有些變頻器具有自調整功能）。微處理器的進步使數字控制成為現代控制器的發展方向，運動控制系統是快速系統，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實時處理大量信息，所有的變頻調速技術被廣泛應用，在一定程度上，高壓電力系統得到更多的完善和優化。

1.2 高壓變頻調速技術在各行各業中應用的現狀

隨著信息技術快速發展，對于高壓變頻調速技術的需求也越來越多，在性能、保護使用方面也越來越多樣化，但因為一些外部原因的存在，高壓變頻調速技術在市場上的需求方面還存在一定的局限性。因為高壓變頻調速技術在使用方面可以實現流量和速率的變化，可以使設備不用安裝擋板和閥門等流量控制器件，節省了能源，達到高效操作的效果，特別是在大功率設備的應用上根據生產工藝要求及時調頻調速，能夠更好地提高資源使用的效果。

1.3 高壓變頻調速技術自身產品的組成結構

隨著社會的不斷發展和進步，人們生產、生活中的需求也越來越多，對于高壓變頻調速技術的要求也變得嚴格起來。人們希望利用現有的技術進行對應的產品開發，以此實現產品的多樣化、功能的選擇化、保護的全面化、控制的智能化。在目前的市面上，高壓變頻調速技術的主要產品類型以兩象限通用為主，在技術開采方面則是以單元串聯多電平的技術類型為主，在能量使用的反饋方面以四象限為主。

2 高壓變頻調速技術在應用方面的發展趨勢

2.1 在變頻電路拓撲結構方面的變化趨勢

在變頻電路拓撲結構方面，高壓變頻調速技術也有著很大潛能，其未來發展的趨勢大體是向著綠色節能環保的方向發展，達到電力能源最大效率的應用。生產現場中，電路整流部分同樣運用電子自關斷器實現控制，被稱之為綠色節能技術。這種綠色節能技術的使用可以實現電流波形的變化，波形變成正弦波形，也能夠良好地控制住功率因數，讓其控制在1的范圍中。通過變頻電路拓撲結構綠色環保的節能技術，可以對直流環節濾波電容容量進行相關整理，達到降低能源消耗的效果，在隨著半導體技術的相應使用中，綠色節能電路會大量應用，這也是在以后的生產發展過程中，帶來的材料費用降低和半導體器件性能不斷升級的良好消息。