1  引言

    近年來，交流變頻調(diào)速技術在我國有了突飛猛進的發(fā)展，變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動態(tài)響應、低速轉(zhuǎn)矩、通訊功能、智能控制、功率因數(shù)、節(jié)約電能、工作效率、使用方便等方面的優(yōu)異性能，是其他的交流調(diào)速方式無法比擬的。它以體積小、重量輕、通用性強、適用范圍廣、保護功能完善、可靠性高、操作簡便等優(yōu)點，深受鋼鐵、冶金、礦山、石化、醫(yī)藥、食品、紡織、印染、機械、電力、建材、造紙等行業(yè)的歡迎，使用變頻器后經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著。

2  我國變頻器技術的發(fā)展概況

    隨著生產(chǎn)技術的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存在，直流電機的維護工作量加大，單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們轉(zhuǎn)向結構簡單、運行可靠、便于維護、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求。于是，從20世紀30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術的研究，然而進展緩慢。在相當長時期內(nèi)，直流調(diào)速一直以優(yōu)異的性能統(tǒng)治電氣傳動領域。20世紀60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術、控制技術和微電子技術的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進入逐步替代直流調(diào)速的時代。這十多年來，我國的變頻器產(chǎn)業(yè)從無到有不斷壯大，發(fā)展不可謂不迅速。據(jù)統(tǒng)計，全國現(xiàn)有大大小小的變頻器生產(chǎn)廠70多家，年銷售額在7億元左右，這只占全國變頻器市場容量的一小部分，80%~90%的國內(nèi)市場被各種國外變頻器所占領。回顧我國變頻器的發(fā)展歷程，結合我國國情開發(fā)出適銷對路的產(chǎn)品，逐步擴大市場份額，是國人的期盼。

    我國是一個發(fā)展中國家，許多產(chǎn)品的科研開發(fā)能力落后于發(fā)達國家。隨著改革開放，經(jīng)濟高速發(fā)展，一個巨大的市場形成了，它既對國內(nèi)企業(yè)，也對國外公司敞開，很多先進的產(chǎn)品從發(fā)達國家進口。20世紀80年代末，大連電機廠從日本東芝公司引進了一條變頻器生產(chǎn)線，變頻器的型號為130G，功率器件用的是大功率晶體管GTR，CPU是MCS-51芯片，調(diào)制方式SPWM，控制策略V/F=C，這可能是我國最早有規(guī)模的組裝國外較先進的變頻器，雖然這種變頻器在當時不是最好的，但比用可控硅作為功率器件的變頻器要先進得多，后者在工業(yè)應用中，負載過重時啟動困難，經(jīng)常出現(xiàn)功率器件GTR損壞，因此低速轉(zhuǎn)矩和可靠性都較差。同時在我國銷售的富士變頻器是G5/P5，三墾變頻器是SVF，在性能和可靠性上與130G變頻器不相上下。20世紀90年代初，臺灣普傳進入內(nèi)地，帶來的產(chǎn)品是pi89變頻器，電源還不是開關電源，功率器件用的是大功率晶體管GTR，CPU是8085芯片，調(diào)制方式SPWM，控制策略V/F=C。臺灣普傳在內(nèi)地的營銷策略和其他的廠商不同，它是采用組建合資公司的形式。在不長的時間內(nèi)，在廣闊的國土上，組建了慶普、漢普、西普、上普、南普、紡普、普達、普天等合資公司，研發(fā)中心設在深圳，后來又在大連建了一個合資廠，這是當時國內(nèi)最大和最完善的變頻器營銷網(wǎng)絡。各合資公司組裝變頻器的機箱，主控制板、驅(qū)動板等都是在臺灣做好后運來的。由于充分的整合國內(nèi)的資源，臺灣普傳那幾年銷售的業(yè)績非常好，pi89變頻器成了當時國內(nèi)變頻器市場上的主要產(chǎn)品。由于產(chǎn)品性能和質(zhì)量方面的原因，以及后來性能和質(zhì)量更好的變頻器進入我國，pi89變頻器市場在不長的時間內(nèi)很快萎縮，直至被淘汰出局。

    從臺灣普傳進入內(nèi)地到現(xiàn)在已經(jīng)過去十多年了，這十多年中，有過很多變頻器廠商，前后算來接近百家。近幾年，變頻器的廠商發(fā)生了相當大的變化，進來的快，出去的也快，到現(xiàn)在剩下的就只有七十來家。另外，在國內(nèi)還有不少國外和臺灣廠商的獨資公司、合資公司，如北京ABB、天津SIEMENS、富士、臺安、臺達等在國內(nèi)都有獨資公司或合資公司。在組裝變頻器的過程中，我國技術人員有機會接觸變頻器先進技術和管理方法，這些人員成了國內(nèi)變頻技術一支重要力量。市場競爭成就了國內(nèi)幾家大公司的崛起，如華為、森蘭。作為國內(nèi)最大的變頻器制造商，森蘭從做V/f控制的變頻器開始，逐步完善和提高變頻技術，通過多年的技術實踐、積累和對國外先進技術的消化吸收，已經(jīng)能夠開發(fā)出具有先進水平轉(zhuǎn)子磁鏈定向，磁通觀測采用自校正算法的矢量控制變頻器，實現(xiàn)磁場和力矩的完全解耦，做到頻率為1Hz時達到200%額定轉(zhuǎn)矩，即使在零頻也有100%轉(zhuǎn)矩，如SB80系列變頻器。由此可見，盡管國內(nèi)與國外變頻技術上相比還有差距，但已經(jīng)縮小了。

3  國內(nèi)變頻技術的現(xiàn)狀和發(fā)展前景

    國內(nèi)已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠，但大部分的產(chǎn)品都是V/f控制和電壓空間矢量控制變頻器，使用在調(diào)速精度和動態(tài)性能要求不高負載上應該沒有什么問題。工業(yè)應用中絕大部分都是這種負載，變頻器在這種場合應用最重要的要求是可靠性，國產(chǎn)變頻器占國內(nèi)市場份額不高的主要原因是產(chǎn)品品質(zhì)不是很好。V/f控制和電壓空間矢量控制變頻器比矢量控制變頻器從技術上來看要簡單得多，由于國內(nèi)廠家大部分都是手工作坊式的生產(chǎn)，檢測手段有限，品質(zhì)的一致性和穩(wěn)定性難以保證。同樣是V/f控制的變頻器，國外的產(chǎn)品比國內(nèi)的產(chǎn)品品質(zhì)要好，這可能是生產(chǎn)工藝方面的差距。差距最大的是半導體功率器件的制造業(yè)，至今國內(nèi)半導體功率器件的制造業(yè)仍是一個空白。

    變頻器技術的另外一個層面是應用技術。多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家有關部門致力于變頻器技術的開發(fā)及推廣應用，在技術開發(fā)、技術改造方面給予了重點扶持，組織了變頻調(diào)速技術的評測推薦工作，并把推廣應用變頻調(diào)速技術作為風機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向，同時鼓勵單位開展同貸同還方式，抓開發(fā)、抓示范工程、抓推廣應用，還成立了風機、水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓。1995~1997年，3年間我國風機水泵變頻調(diào)速技術改造投入資金3.5億元，改造總容量達100萬kW，可年節(jié)電7億kWh，平均投資回收期約2年。

    據(jù)有關資料表明，我國變頻調(diào)速技術應用已經(jīng)取得了相當大的成績，每年有數(shù)十億元的銷售額，說明我國的變頻器應用已非常廣泛。從簡單的手動控制到基于RS-485網(wǎng)絡的多機控制，與計算機和PLC聯(lián)網(wǎng)組成復雜的控制系統(tǒng)。在大型綜合自動化系統(tǒng)，先進控制與優(yōu)化技術，大型成套專用系統(tǒng)，如連鑄連軋生產(chǎn)線、高速造紙生產(chǎn)線、電纜、光纖生產(chǎn)線、化纖生產(chǎn)線、建材生產(chǎn)線等，變頻器的作用是電氣傳動控制，其控制的復雜性、控制精度和動態(tài)響應都有很高的要求，已經(jīng)完全取代了直流調(diào)速技術。近年來，變頻器在功能上，利用先進的控制理論上，開發(fā)出了諸如卷取、提升、主從等控制功能，使應用系統(tǒng)的構成更加方便和容易，使變頻的應用技術提高到一個新的水平。

    隨著變頻技術的發(fā)展和市場競爭的加劇，要掌握市場的先機，必須重視研發(fā)技術，在資金和人力上給予大力支持，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權，特點鮮明的產(chǎn)品，不久后，我國生產(chǎn)的變頻器在效能和品質(zhì)上絲毫不會遜色于國外產(chǎn)品，變頻器的國產(chǎn)化也將成為必然。