中心議題：

• 交流變頻調速技術的發展

解決方案：

• GTR為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)所替代
• 采用性能更為完善的智能功率模塊
• 采用功能更強的32位微處理器或雙CPU

近20年來，雖然以功率晶體管(GTR)作為逆變器功率器件

，8位微處理器為控製核心，按壓頻比(U/f)控製原理實現異步電動機調速的變頻器，在性能和品種上出現了巨大的技術進步，但下列技術的進步，使變頻調速技術進一步得到提升：其一，所有的電力電子器件GTR已經基本上為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)所替代
，進而廣泛采用性能更為完善的智能功率模塊(IPM),使得變頻器的容量和電壓等級不斷地擴大和提高;其二，8位微處理器基本被16位微處理器所替代
，進而有采用功能更強的32位微處理器或雙CPU，使得變頻器的功能從單一的變頻調速功能發展為含有邏輯和智能控製的綜合功能;其qi三san，在zai改gai善shan壓ya頻pin比bi控kong製zhi性xing能neng的de同tong時shi，推tui出chu能neng實shi現xian矢shi量liang控kong製zhi和he轉zhuan矩ju直zhi接jie控kong製zhi的de變bian頻pin器qi，使shi得de變bian頻pin器qi不bu僅jin能neng實shi現xian寬kuan調tiao速su，還hai可ke進jin行xing伺si服fu控kong製zhi。

變頻調速技術的發展，大體可以從如下4個方麵進行綜述。
　　
1電力電子器件的更新
　　
逆變器從采用晶閘管半控器件到采用GTR全控器件，其輸出波形從交流方波發展為脈寬調製(PWM)波形，大大減小了諧波分量，拓寬了異步電動機變頻調速範圍，並減小了轉矩的脈動幅度。然而
，GTR工作頻率一般在2kHz以下
，載波頻率和最小脈寬都受到限製，難以得到較為理想的正弦波脈寬調製波形，使異步電動機在變頻調速時產生噪聲。
　　
IGBT的工作頻率可在10~20kHz之間，與GTR相比，不僅工作頻率高出一個數量級，而且在電壓和電流指標均已超出GTR。由於逆變器載波頻率的提高
，以及可以構成特定的PWM波形，異步電動機變頻調速控製器的諧波噪聲大為降低。
　　
智能功率模塊(IPM)是以IGBT為開關器件
，同時含有驅動電路和保護電路的一種功率集成器件(PIC)。IPM的保護功能有過電流、短路、欠電壓、過電壓和過熱等
，還可以實現再生製動。由IPM組成的逆變器隻需對橋臂上各個IGBT提供隔離的PWM信(xin)號(hao)即(ji)可(ke)。簡(jian)單(dan)的(de)外(wai)部(bu)電(dian)路(lu)和(he)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)集(ji)成(cheng)化(hua)
，使(shi)變(bian)頻(pin)器(qi)體(ti)積(ji)大(da)為(wei)減(jian)小(xiao)。還(hai)有(you)，由(you)於(yu)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)的(de)故(gu)障(zhang)檢(jian)測(ce)和(he)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)接(jie)近(jin)故(gu)障(zhang)點(dian)
，故(gu)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)故(gu)障(zhang)擴(kuo)大(da)
，保(bao)證(zheng)裝(zhuang)置(zhi)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)。
　　
2控製策略的發展
　　
第1代變頻器采用的是恒壓頻比控製方式
，它根據異步電動機等效電路確定的線性進行變頻調速。電壓是指基波的有效值，改變U/f隻zhi能neng調tiao節jie電dian動dong機ji的de穩wen態tai磁ci通tong和he轉zhuan矩ju，談tan不bu上shang動dong態tai控kong製zhi。為wei提ti高gao低di頻pin時shi電dian動dong機ji產chan生sheng的de轉zhuan矩ju

，通tong常chang采cai用yong提ti升sheng電dian壓ya以yi及ji隨sui負fu載zai變bian化hua補bu嚐chang定ding子zi繞rao組zu電dian壓ya降jiang的de辦ban法fa，可ke以yi拓tuo寬kuan變bian頻pin調tiao速su範fan圍wei至zhi20∶1左右。
　　
第2daibianpinqidezhuyaotezhengshicaiyongshiliangkongzhifangshi
，tacanzhaozhiliudiandongjidekongzhifangshi，jiangyibudiandongjidedingzidianliukongjianshiliangfenjieweizhuanzilicifenlianghezhuanjufenliang。shouxianshiyaokongzhilici，suoyiyoubashiliangkongzhichengweicichangdingxiangkongzhi。zhiyuzhuanjudekongzhizeshijianjiede。shiliangkongzhidezhuyaoquedianshixuyaofuzadezuobiaobianhuanyunsuan，yijixujiancezhuansuxinhao。yinci
，jinyibutichuwusuduchuanganqishiliangkongzhidefangfa，tagenjuyibudiandongjishijiyunxingdexiangdianyahexiangdianliu，yijidingzhuanziraozucanshutuisuanchuzhuansuguancezhi

，yishixiancichangdingxiangdeshiliangkongzhi。youyuzhuansuguancezhidejingdushoudaosuoyongjisuancanshuyudiandongjishijiyunxingcanshuzhijianpianchadaxiaodeyingxiang
，suoyiwusuduchuanganqishiliangkongzhidetiaosujingduhefanwei，jundiyudaisudubianmaqideshiliangkongzhifangan。yibanqianzhedetiaosujingduwei1%，輸出額定轉矩時的最低頻率隻能達到1Hz左右，而後者調速精度為0.01%
，最低頻率為0.1Hz。
　　
與yu矢shi量liang控kong製zhi並bing行xing發fa展zhan的de還hai有you直zhi接jie轉zhuan矩ju控kong製zhi方fang式shi，它ta以yi異yi步bu電dian動dong機ji的de轉zhuan矩ju作zuo為wei被bei控kong量liang，強qiang調tiao轉zhuan矩ju的de直zhi接jie控kong製zhi效xiao果guo，並bing不bu刻ke意yi追zhui求qiu輸shu出chu電dian流liu為wei正zheng弦xian波bo形xing。異yi步bu電dian動dong機ji的de直zhi接jie轉zhuan矩ju控kong製zhi是shi直zhi接jie在zai定ding子zi坐zuo標biao上shang計ji算suan磁ci鏈lian的de幅fu值zhi和he轉zhuan矩ju的de大da小xiao，對dui其qi進jin行xing直zhi接jie跟gen蹤zong調tiao節jie

，以yi獲huo得de迅xun速su的de動dong態tai響xiang應ying，其qi響xiang應ying速su度du可ke小xiao到dao1~2ms。從轉矩調控要求看，磁鏈有點誤差，並不會對轉矩控製性能產生重大影響。這種控製方式的優點是對電動機參數變化不敏感。
　　
近幾年來
，不依賴電動機模型的模糊自尋優控製
、人工神經網絡等智能化控製方法開始引入到交流調速係統中
，成為交流調速控製理論、控製技術新的研究發展方向。
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3數字微處理器的應用
　　
數shu字zi化hua使shi得de控kong製zhi器qi對dui信xin息xi的de處chu理li能neng力li大da幅fu度du提ti高gao，許xu多duo難nan以yi實shi現xian的de複fu雜za控kong製zhi
，采cai用yong微wei機ji控kong製zhi器qi後hou便bian都dou解jie決jue了le。高gao性xing能neng的de矢shi量liang控kong製zhi係xi統tong，如ru果guo沒mei有you微wei機ji的de支zhi持chi是shi不bu可ke能neng真zhen正zheng實shi現xian的de。此ci外wai，微wei機ji控kong製zhi技ji術shu給gei交jiao流liu調tiao速su係xi統tong增zeng加jia了le多duo方fang麵mian的de功gong能neng，特te別bie是shi故gu障zhang診zhen斷duan技ji術shu得de到dao了le完wan全quan的de實shi現xian。
　　
微機控製技術及大規模集成電路的應用提高了交流調速係統的可靠性，操作、設置的多樣性和靈活性，降低了變頻調速裝置的成本和體積。
　　
以微處理器為核心的數字控製已成為現代交流調速係統的主要特征之一

，用於交流調速係統的微處理器發展情況簡介如下：
　　
3.1單片機
　　
開始采用微機控製時
，總要選用CPU
、ROM、RAM、定時器/計數器
、I/O
、A/D、D/Adengxinpian
，zuchengzuixiaoweijixitong。weileshiyingzhezhongxuyao，yixiegongsikaishizaiyikuaixinpianshangzhijiejichengzhexiebujian
，chengweidanpianji。jiuqizuchengeryan，keyishuo
，yipiandanpianjixinjiushiyitaijisuanji，dadasuoxiaolekongzhiqidetiji
，jiangdilechengben，zengqianglegongneng。suizhedanpianjixingnengbuduantigao，danpianjijuyoulefengfudeyingjianziyuanheruanjianziyuan。ranerdanpianjiduidaliangshujuchulihuofudianyunsuannengliyouxian，yinciyoudaiyujinyibutigaoyunsuansudu。
　　
3.2數字信號處理器(DSP)
　　
為了提高運算速度，20世紀80年代初期出現了數字信號處理器，其中采取了一係列措施

，包括集成硬件乘法器、提高時鍾頻率、支持浮點運算等，以提高運算速度。近幾年來，將DSP做成磁心
，把PWM生成、A/D變換器等集成於一個芯片上
，成為一種32位的速度高、功率強大的單片機，其應用日益廣泛。
　　
3.3精簡指令集計算機
　　
RISC在1986年前後問世，它是將控製器、PWM、A/D等組成一體做成芯片，是計算機體係結構上的一次突破，使微處理器在性能上獲得了質的飛躍。微處理器的進步往往隻靠改進VLSI(超大規模集成)硬件的工藝
，來提高時鍾頻率和微處理器速度。RISC則把著眼點放在經常使用的基本指令的執行效率上
，依靠硬件與軟件的優化組合來提高速度。在RISC中
，揚棄了運算複雜而用處不大的指令
，省出這些指令所占用的硬件資源，以提高簡單指令的運行速度。自RISC誕生以來，經過10多年的發展，其工作速度已從2~3MIPS提高到1000MIPS。
　　
3.4高級專用集成電路
　　
ASIC也稱為適合特定用途的IC，是專用芯片的標準單元
、menzhenliehezaiyiqideneibumenzhenliehezuoweichengxushiyongdekebianchengluojizhenliedejiegou。nengwanchengtedinggongnengdechujizhuanyongjichengdianluzaoyishangpinhua，lirujiaoliubianyabianpinyongdeSPWM波形發生器有HEF4752、SLE4520。高級專用集成電路的功能遠遠超過一個發生器
，往往能夠包括一種特定的控製係統，例如德國IAM1994年推出的VECON,它是一個交流伺服係統的單片矢量控製器，能完成矢量運算的DSP協處理器
、PWM定時器，以及其他外圍和接口電路，都集成在一個芯片之內，使可靠性大大提高。
　　
4功能綜合化
　　
新一代的變頻器由於具有功能很強的微處理器支持，除能完成電動機變頻調速的基本功能外，還具有內置的可編程
、參數辨識及通訊等功能。例如：
　　
4.1自動加減速
　　
變頻器可實現模糊最優加減速

，它根據電動機的負載狀態而自動設定加減速的最短時間;或者在設定的最短加減速時間內，將加速電流限製

，將減速的直流過電壓控製在允許值以內。
　　
4.2程序運行
　　
變頻器可以根據預設的速度值和運行時間執行多段程序運行。例如，各段運行時間、加減速時間以及正反向均可事先設定。
　　
4.3節電運行
　　
變頻器能自動選定輸出電壓
，使電動機運行於最小電流狀態
，從而使電動機損耗最低，其效率在原有節能基礎上再提高3%。
　　
4.4電動機參數辨識
　　
無wu速su度du傳chuan感gan器qi矢shi量liang控kong製zhi變bian頻pin器qi需xu要yao根gen據ju電dian動dong機ji參can數shu推tui算suan轉zhuan速su觀guan測ce值zhi。一yi般ban製zhi造zao廠chang商shang將jiang變bian頻pin器qi供gong電dian的de標biao準zhun電dian動dong機ji參can數shu事shi先xian設she定ding好hao，也ye可ke以yi由you用yong戶hu將jiang所suo有you電dian動dong機ji的de參can數shu進jin行xing新xin的de設she定ding。新xin型xing變bian頻pin器qi也ye可ke以yi做zuo到dao第di一yi次ci試shi運yun行xing時shi按an規gui定ding程cheng序xu自zi動dong辨bian識shi電dian動dong機ji參can數shu並bing打da印yin出chu來lai。這zhe樣yang就jiu拓tuo寬kuan了le變bian頻pin器qi的de應ying用yong範fan圍wei
，而er且qie使shi用yong很hen方fang便bian。
　　
4.5通訊和反饋功能
　　
新型變頻器一般都帶有RS232/422/485通訊接口，可以實現上位工控機對變頻器的1對1或1duiduodetongxungongneng，kejiangshangweijideyunxingzhilingxiada
，huojiangbianpinqideyunxingzhuangtaishangchuan。zaixuyaogaojingdukongzhishi，kexuanyongbianmaqi，jiangzhuansufankuixinhaofankuidaobianpinqi，gouchengbihuanxitong。bianpinqidetongxungongneng，duiyubutongdechangjiayoubutongxingshi。wanshanderuanjiangongnengheguifandetongxunxieyi
，shitakeshixianlinghuodexitongzutai，zuchengxianchangzongxianxitong
，bianpinqizaiqizhongzuoweitongxundecongzhanhechuandongzhixingzhuangzhi。

交流調速技術的發展過程表明，現代工業生產及社會發展的需要推動了交流調速的飛速發展。現代控製理論的發展和應用、電力電子技術的發展和應用、微機控製技術及大規模集成電路的發展和應用

，為交流調速的飛速發展創造了技術和物質條件。