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科技创新与实践
报告书
专业: 电气工程及其自动化
班级: 电气
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变频调速技术的发展及其在电力系统中的应用
摘要:随着电力电子器件制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术以及各种控制技术的发展和完善,交流变频调速技术将日趋成熟,并将成为未来交流调速的主流。交流变频调速中的主要控制技术包含矢量控制技术、直接转矩控制技术、PWM控制技术,以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术、自整定技术等。变频调速技术在电力系统中有节能降耗、改善工艺和控制性能等方面的应用。
关键词:变频调速技术矢量控制交流电动机电力系统
一、变频调速技术的发展历史及现状
近些年来,以变频调速为核心的交流调速技术在电力电子技术、自动控制技术的推动下有了飞速的发展。交流变频调速技术发挥了交流电机本身固有的优点(结构简单、动态响应好等),并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性,而被公认为是一种最有前途的交流调速方式,代表了电气传动发展的主流方向。目前,变频调速理论已经形成较为完整的科学体系,成为一门相对独立的学科。
1、20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。
交流变频调速理论最初诞生于20世纪20年代,到80年代,变频器已经产品化,性能也不断提高,并开始被应用于工业各部门。进入90年代,由于新型电力电子器件如IGBT、IGCT等的发展及性能的提高、微型计算机技术(如DSP)的发展,以及先进控制理论的发展和完善(如磁场定向矢量控制、直接转矩控制)等原因,使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式,变频调速技术取得了显著的成就并日臻成熟。目前,交流变频调速技术以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎,并已取得了显著的社会效益。变频调速技术在电力、轧钢、造纸、化工、煤炭、纺织、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术中得到发展应用。
2、国内外交流变频调速技术的现状
早在国家“八五”科技攻关计划中,交流调速技术就被列为重点科技攻关项目,
但是由于我国电力电子器件总体水平很低,IGBT、GTO器件的生产虽引进了国外技术,但一直未形成规模经济效益,几乎不具备变频器新产品的独立开发能力,这在一定程度上影响了国内变频调速技术的发展。在大功率交一交变频技术、无换向器电机等方面,国内产品在数字化及系统可靠性方面与国外水平相比,还有相当差距,在中小功率变频技术方面,国内几乎所有的产品都采用普通V/F控制,仅有少量样机采用矢量控制,品种与质量不能满足市场需要。而在国外,变频调速技术得到了充分的发展,并在各个方面取得了显著成就。在功率器件方面,高电压、大电流容量的SCR、GTO、IGBT、IGCT器件的出现和并联、串联技术的应用,高压大功率变频器产品得到生产和推广应用。在微电子技术方面,l6位、32位高速微处理器以及DSP和ASIC(Application Specific IC)技术的快速发展,为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。在理论方面,矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论都为高性能变频器