高性能大容量交流电机调速节能技术

    摘要：
    本文对国内外高性能、大容量交流电机调速系统的现状和动态进行了回顾，并介绍了在目
前研究和应用领域中的几种热门电路拓扑。最后，对

PWM 控制技术和高性能、大容量交流

电机调速系统在能源、环境和交通中的应用进行了展看。
    一、前言
    能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性困难。70 年代以来两次世界性的能
源危机以及当前环境题目的严重性，引起世界各国对节能技术的广泛关注。我国能源生产和
消费已列世界第二，但仍远远满足不了产业生产和人民生活发展的需要

, 在能源十分紧张的

情况下，却由于在节能方面的巨大差距，造成单位产值能耗太大

, 每年的能源浪费惊人。如

相当一部分的风机、水泵类负载

, 由于采取恒速驱动, 浪费掉大量的电能。这类拖动系统约占

产业电力拖动总量的一半

, 假如采用调速节能技术至少可节约 20  

 以上的电能。我国

“十五”

计划提出了不断进步能源利用效率和效益的节能目标，而节能工作的重点则放在推行量大
面广的节能技术上。其中一项重要措施就是要逐步实现电动机、风机、泵类设备和系统的经济
运行，发展电机调速节电和电力电子节电技术，只有这样才能以较低的能源消费弹性系数
和较大的节能量来长期支持国民经济快速、健康、持续的发展。
    此外，大量的煤炭、石油没有经过深加工就被烧掉，不但热利用率低，还造成对环境的严
重污染。目前，汽车废气排放过度已造玉成球性的温室效应，也是造成北京地区空气污染的
主要原因之一。解决城市环境污染和交通拥挤的重要途径是发展高速公共交通工具（地铁，
城市轻轨）及电动汽车，高速电气化列车则是实现城际快速交通的首选，其核心技术都是
八十年代以来和微电子技术并驾齐驱飞速发展起来的一门新技术

————-现代电力电子及

交流电机传动技术。此外

, 在轧钢，造纸，水泥制造、矿井提升、轮船推进器等产业和民用领

域中也应广泛使用大中容量交流电机调速系统。此时，交流调速系统的应用不但可达到节能
的目的，还可实现整个系统的性能最佳，改善工艺条件，并大大进步生产效率和产品质量。
    从目前把握的资料和市场上提供的大容量调速产品可以看到，目前每年世界范围内的交
流电机调速系统的硬件，软件和外围设备的总销售额是

48.5 亿美元。其中欧洲，中东和非

洲总共占

39%，日本占 27%，北美占 21%，亚洲 12%，最后是拉丁美洲的 1%。从系统功率

的销售分布看，小功率的调速系统仍然支配了市场，

1-4 千瓦的调速系统占了总销售额的

 

21% ， 5-40 千瓦系统则占总销售额的 26% 。但是随着以 IGBT、IGCT 为代表的新型复合器
件耐压、电流和开关性能的迅速进步，大容量交流电机调速技术必将获得飞速的发展和长足
的进步，其市场远景十分鼓舞人心。
    国外在高性能大容量交流电机传动技术的研究和应用方面上远远走在我们前面， MVA 级
的高压逆变器已有产品大量投进市场，并应用于电力机车，船舰电力推进，轧钢，造纸及
供水等系统中，交流电机变频调速技术及其产品已成为一些产业发达国家的先导产业。目前
我国大中容量交流调速系统的研制工作起步较晚，很多必须的场合均为国外产品所占领。因
此，研制性能可靠，价格便宜的大中容量高性能交流电机变频调速系统，并尽快投进批量
生产，对促进国民经济发展、实现经济增长方式转变、降低单位产值能耗，打破西方国家在
此领域的垄断地位，都将具有重要的战略和现实意义。
    二、大容量交流电机调速技术发展现状