變頻器的發展過程

變頻器的發展過程 

變頻器技術的發展，其中主要以變頻器控制方式的發展和電力電子器件的發展作為基礎。 

很久以來，交流調速取代直流調速一直是人們所希望的。在交流電動機調速控制方 面，也進行了大量的研究工作，然而，一直未能取得滿意的成果。直到1964年，法國人A.schcnung和H.stemmler首先提出了把通訊技術的脈寬調制〈簡稱PWM)技術應用到交流調速系統中。從此，PWM速技術的研究引起了人們的髙度重視。 

20世紀80年代，日本學者提出了磁通軌跡控制方式，使變頻變壓？技術（即u/f控制方式）成為變頻器技術的核心。研究人員又繼續著力于PWM技術的進一步研究，達 到了調壓調頻的目的。 

日本、北美、西歐一些發達國家，從20世紀80年代起，生產出了VVVF技術的變頻 器，而且很快就商業化，廣泛地應用于工業生產之中。**代變頻器的性能盡管不盡人 意，但已有較好的機械特性，能夠滿足一般交流電動機無極調速的要求。比較適合應用于 風機、水泵等以節能為主要目的的調速場合，在這一領域內，迅速得到了普及應用。 

上述這種U/f控制方式通用變頻器，還不具備轉矩控制的能力，只是變頻器的原型。 后來廠商，如日本的富士公司、三肯公司、德國的西門子公司，分別采用了新型的U/f控制方法，融人新的箅法，控制技術、功能和新工藝，在性能方面有了很大的改進。低頻 性能大大提高，并具備了自尋優運行功能，節電效果更好，已能滿足一般工業控制的需 要。我國近年進口的一些變頻器絕大部分都是這種類型的性能。它是我國各領域廣泛使用 變頻器的基礎。 

1968年德國人哈斯博士首先提出了磁場定向控制理論。1971年德國的伯拉斯切克又提 出了異步電動機轉子磁場定向矢量控制方法，并以直流電動機和交流電動機比較的方法， 分析這一原理，使人們認識到盡管交流電動機電磁關系復雜，但同樣可以實現轉矩、磁場 分別控制的方法。該理論提出了對寧鏈和磁轉矩分別采用閉環控制，實現電流和磁場的解 耦，進一步實現轉子磁場定向矢量-制，使異步電動機的控制特性和他勵直流電動機特性 相似。 在實用方面，人們進一步分析研究，發現對于一般異步電動機調速控制系統，可以采 用較簡單的轉子磁場定向矢量控制，即所謂轉差頻率矢量控制。這是矢量控制型變頻器的 理論基礎。 

1992年開始，德國西門子公司相繼開發了 6SE70系列通用變頻器。它通過PE、VC、SC板可以分別實現頻率控制、矢量控制、伺服控制等，并具有轉矩控制功能和無跳閘性 能。輸出靜態特性與普通型U/f控制方式通用變頻器有很大的改進。機械特性硬于工頻 電網供電的異步電動機。這種典型的產品，屬于髙功能性U/f控制方式通用變頻器。在 這個基礎上，又開發生產了髙性能型矢量控制通用變頻器。這種變頻器在動態性能上，又 有了很大的提高。 

目前應用*多的還是髙功能型U/f控制方式通用變頻器，它的性能足以滿足大多數 生產機械高質量調速控制的需要，只有特殊應用場合才考慮選用高性能矢量控制通用變頻器. 1985年德國迪普布羅克首先提出了，基于六邊形乃至圓形磁鏈軌跡的直接轉矩控制理 論。這種直接轉矩控制不是通過控制電流磁鏈等量間接控制轉矩。而是把轉矩直接作為控 制量來控制。實際上，就是用空間矢量的分析方法，以定子磁場定向方式，對定子磁鏈和 電磁轉矩進行直接控制。 

1995年，ABB公司首先推出了直接轉矩控制型通用變頻器。目前已成為各系列通用變 頻器的核心技術。其動態轉矩響應已達到小于2mm，在帶速度傳感器時的靜態速度精度達 ±0.01%.不帶速度傳感器也可以達到±0.1%的速度控制精度。其他一些公司，也在以直接轉矩控制作為努力目標。 

電力電子器件的發展又是變頻器技術發展的另一個基礎。**代以晶閘管(SCR)為代表的電力電子器件出現在20世紀50年代。它主要是電流控制型開關器件，以小電流控 制大電流的變換。但其開關頻率低，且導通后不能自關斷。20世紀60年代有了門極關斷 晶閘管（CTO)，雙極型電力晶體管（CTR)，是一種電流型自關斷電力電于開關器件。20 世紀70年代開始應用金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）、MOS控制晶體管 (MCT)、絕緣柵雙極型晶體管（ICBT)。它們是一種電壓型自關斷電力電子器件，其開關頻率高達勸20kHz，甚至20kHz以上。20世紀90年代末，智能模塊問世且得到應用。它內 部含有ICBT芯片及外圍的驅動電路和保護電路，甚至有霍爾傳感器和光耦電路。 

*近，日立公司開發的通用變頻器專用集成功率模塊（ISPM），將整流電路、逆變電 路、邏輯控制、驅動和保護，電源電路全部集成在一塊模塊內。使通用變頻器的體積大大 縮小，引線減少。電力電子器件的發展，使通用變頻器的性能有了很大的提高。