有谁知道变频器的历史吗？
生意社03月10日讯 变频技术诞生背景是交流电机无级调速的广泛需求。传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。 □ 20世纪60年代以后，电力电子器件普遍应用了晶闸管及其升级产品。但其调速性能远远无法满足需要。 □ 20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM－VVVF)调速的研究得到突破，20世纪80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以容易的实现。 □ 20世纪80年代中后期，美、日、德、英等发达国家的 VVVF变频器技术实用化，商品投入市场，得到了广泛应用。 最早的变频器可能是日本人买了英国专利研制的。不过美国和德国凭借电子元件生产和电子技术的优势，高端产品迅速抢占市场。 □步入21世纪后，国产变频器逐步崛起，现已逐渐抢占高端市场 单元串联型变频器 这是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。采用模块化设计，由于采用功率单元相互串联的办法解决了高压的难题而得名，可直接驱动交流电动机，无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器。 整套变频器共有18个功率单元，每相由6台功率单元相串联，并组成Y形连接，直接驱动电机。每台功率单元电路、结构完全相同，可以互换，也可以互为备用。 变频器的输入部分是一台移相变压器，原边Y形连接，副边采用沿边三角形连接，共18副三相绕组，分别为每台功率单元供电。它们被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有6副三相小绕组，之间均匀相位偏移10度。 该变频器的特点如下： ① 采用多重化PWM方式控制，输出电压波形接近正弦波。 ② 整流电路的多重化，脉冲数多达36，功率因数高，输入谐波小。 ③ 模块化设计，结构紧凑，维护方便，增强了产品的互换性。 ④ 直接高压输出，无需输出变压器。 ⑤ 极低的dv/dt输出，无需任何形式的滤波器。 ⑥ 采用光纤通讯技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性。 ⑦ 功率单元自动旁通电路，能够实现故障不停机功能。 随 着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机 变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性 能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 以前的高压变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波大， 对电网和电机都有影响。近年来，发展起来的一些新型器件将改变这一现状，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实 现PWM逆变，甚至是PWM整流。不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高。
变频器发展历史
早期通用变频器如东芝TOSVERT－130系列、FUJI FVRG5／P5系列，SANKEN SVF系列等大多数为开环恒压比（V／F=常数）的控制方式．其优点是控制结构简单、成本较低，缺点是系统性能不高，比较适合应用在风机、水泵调这场合。 具体来说，其控制曲线会随着负载的变化而变化；转矩响应慢，电视转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降稳定性变差等。 对变频器U／F控制系统的改造主要经历了三个阶段； 第一阶段： 1. 八十年代初日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量（或称磁通轨迹法）。 该方法以三相波形的整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成二相调制波形。 这种方法被称为电压空间矢量控制。 典型机种如1989年前后进入中国市场的FUJI（富士）FRN5OOOG5/P5、 SANKEN（三垦）MF系列等。 ②引人频率补偿控制，以消除速度控制的稳态误差 ③基于电机的稳态模型，用直流电流信号重建相电流，如西门子MicroMaster系列,由此估算出磁链幅值，并通过反馈控制来消除低速时定子电阻对性能的影响。 ④将输出电压、电流进行闭环控制，以提高动态负载下的电压控制精度和稳定度，同时也一定程度上求得电流波形的改善。 这种控制方法的另一个好处是对再生引起的过电压、过电流抑制较为明显，从而可以实现快速的加减速。 之后，1991年由富士电机推出大家熟知的FVR与 FRNG7／P7系列的设计中，不同程度融入了②3．④项技术，因此很具有代表性。 三菱日立，东芝也都有类似的产品。 然而，在上述四种方法中，由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到根本性的改善. 第二阶段： 矢量控制。 也称磁场定向控制。 它是七十年代初由西德 F.Blasschke等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理，由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河。 它使人们看到交流电动机尽管控制复杂，但同样可以实现转矩、磁场独立控制的内在本质。 矢量控制的基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为转矩和磁场两个分量，经过坐标变换实现正交或解耦控制。 但是，由于转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果，这是矢量控制技术在实践上的不足。 此外．它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制，在这种矢量控制系统中需要配留转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便。 仅管如此，矢量控制技术仍然在努力融入通用型变频器中，1992年开始，德国西门子开发了6SE70通用型系列，通过FC、VC、SC板可以分别实现频率控制、矢量控制、伺服控制。 1994年将该系列扩展至315KW以上。 目前， 6SE70系列除了200KW以下价格较高，在200KW以上有很高的性价比。 第三阶段： 1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（Direct Torque Control简称DTC）。 直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。 转矩控制的优越性在于：转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息；控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好；所引入的定子磁键观测器能很容易估算出同步速度信息。 因而能方便地实现无速度传感器化。 这种控制方法被应用于通用变频器的设计之中，是很自然的事，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。 然而，这种控制依赖于精确的电机数学模型和对电机参数的自动识别（Identification向你ID),通过ID运行自动确立电机实际的定子阻抗互感、饱和因素、电动机惯量等重要参数，然后根据精确的电动机模型估算出电动机的实际转矩、定子碰链和转子速度，并由磁链和转矩的Band－ Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行控制。 这种系统可以实现很快的转矩响应速度和很高的速度、转矩控制精度。 1995 年ABB公司首先推出的ACS600直接转矩控制系列，已达到<2ms的转矩响应速度在带PG时的静态速度精度达土O.01%，在不带PG的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，向样可以达到正负0.1％的速度控制精度。 其他公司也以直接转矩控制为努力目标，如安川VS－676H5高性能无速度传感器矢量控制系列，虽与直接转矩控制还有差别，但它也已做到了100ms的转矩响应和正负0.2%（无PG）,正负0.01％（带 PG）的速度控制精度，转矩控制精度在正负3％左右。 其他公司如日本富士电机推出的FRN 5000G9／P9以及最新的 FRN5000Gll／P11系列出采取了类似无速度传感器控制的设计，性能有了进一步提高，然而变频器的价格并不比以前的机型昂贵多少。 控制技术的发展完全得益于微处理机技术的发展，自从1991年INTEL公司推出8X196MC系列以来，专门用于电动机控制的芯片在品种、速度、功能、性价比等方面都有很大的发展。 如日本三菱电机开发用于电动机控制的M37705、M7906单片机和美国德州仪器的TMS320C240DSP等都是颇具代表性的产品。
