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高压大功率交流变频调速技术的发展

点击次数:更新时间:2012-11-08 09:11:15来源:南阳防爆电机

自交流电动机诞生起的一个世纪时间里,高压大功率交流变频调速技术一直是人类没有解决的一个难题。20 世纪50 年代后期晶闸管的发明为交流变频调速技术的发展提供了手段,但一

自交流电动机诞生起的一个世纪时间里,高压大功率交流变频调速技术一直是人类没有解决的一个难题。20 世纪50 年代后期晶闸管的发明为交流变频调速技术的发展提供了手段,但一直到20 世纪70 年代高压交流变频调速技术才取得一定的进展。1981 年德国西门子公司研制成功的第一台4000kW 初轧机交一交变频同步电动机传动系统,使大功率交流调速系统登上了高性能调速的舞台。1982 年日本富士电机公司成功研制了日本第一台2500kw 初轧机交一交变频同步电动机主传动系统。这类交一交变频调速系统均以晶闸管为开关器件,具有功率因数低、输出频率低、输入输出谐波高等一系列不足之处,所以大都应用于轧机等工艺型调速场合,市场影响面不大。
自大功率的全控型器件GTO 晶闸管发明以后,在大功率高电压变频调速领域,GTO 晶闸管以其开关均可控的优越性能,迅速在大功率交流调速领域占据了主要地位。到20 世纪90 年代,GTO 晶闸管变频调速器在铁路牵引机车上得到了普遍的应用。
基于GTO 晶闸管的交一直一交型变频器具有输出频率不受限、电网谐波污染小、功率因数高等显著优点,但也存在着GTO 晶闸管开关损耗较大、效率低、需要水冷却、维护困难等问题。所以这一阶段的高压大容量变频器仅限应用于一些特定行业和特定负载,市场需求量不大。
高压变频的真正春天应当是20 世纪90 年代基于IGBT 的功率单元串联式多电平高压变频技术的研发开始的,经过10 年的发展,功率单元串联式多电平高压变频器产品已成功应用于大部分高压交流电动机传动的领域,其市场销量年年成倍增长。
我国对交流变频调速技术的应用和研究生产较晚,真正全面宣传和推广交流变频调速技术是20 世纪80 年代初开始。之后我国的一些科研院所跟踪国际先进技术,于1993 年成功研制出国内第一台高压交一交同步电动机变频调速产品,并应用于轧机主传动中。经过10 余年的努力,在国内轧机和提升机交流变频调速领域,国内产品已占市场主要地位。
值得业界自豪的是,我国基于IGBT 的功率单元串联式多电平高压变频调速技术的研究是与世界同步进行的。完全自主研发的国内第一台功率单元串联式多电平交一直一交电压源型高压变频器于1997 年在用户现场试运行后,立刻受到了社会各界的关注。之后,在国内学术界迅速掀起了一股高压变频调速研究的热潮,并迅速扩展到产业界的用户。国内高压变频的研究、生产和应用三个层面的工作同时展开,政府相关部门也给予了充分的关注和支持,原国家经贸委、国家科委均对此项目进行了不同程度和不同层面的支持,为高压变频调速在国内的发展创造了良好的氛围。为支持国产设备,国内一些用户单位还相应制定并切实实施了一系列的优先采购办法。经过近10 年的发展,国内现在正规高压变频生产厂家已有10 余家,年产值已达数亿元。
近年来,国产高压变频调速产品的技术性能也有大幅提升,用于提升机的矢量控制高压变频器、用于交流牵引机车的直接转矩控制高压变频器均已成功应用,株洲机车车辆研究所研制的用于磁悬浮牵引的7500kw 的高压变频器样机也已完成。


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