高压变频调速技术应用现状与发展趋势
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篇1：高压变频调速技术应用现状与发展趋势
1前言
通常，我们把用来驱动1kV以上交流电动机的中、大容量变频器称为高压变频器，按照国际惯例和我国国家标准，当供电电压大于或等于10kV时称高压，小于10kV时称中压。因此，相应额定电压1～10kV的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。但考虑到在这一电压范围内的变频器有着共同的特征，且我们习惯上也把额定电压为3kV或6kV的电动机称为“高压电机”，因此，为简化叙述起见，本文也称之为“高压变频器”。
截止底，我国发电装机总容量已突破5亿kW，为5.08亿kW。其中火电装机约占80%，为4亿kW左右。全国年发电量已突破2万亿kWh。而我国的能源利用率却平均比发达国家低20%左右!
全国电动机装机总容量已达4亿多kW，年耗电量达1亿kWh，占全国总用电量的60%，占工业用电量的80%;其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW，年耗电量达8000亿kWh，占全国总用电量的40%左右。70%以上的风机、水泵、压缩机应调速运行，而至今仅有约5%左右调速运行。
若按风机、水泵和压缩机总装机容量的50%进行调速节能改造，则可改造容量达1亿kW，其中40%为中高压电机，容量占60%。若按电机平均出力为 60%，年运行4000小时，平均节电率为20～30%(平均25%)计算，则年节电潜力为600亿kWh!整个电机系统的节电潜力约为1000亿 kWh，改造和更新预计需投入2000～3000亿元人民币。
根据国家节能计划，我国每年应节约和少用能源7000万吨标准煤，通过基本建设项目及技术改造措施，每年可形成约3000万吨标准煤的节能能力，而每形成一吨标准煤的节能能力需投资2000元(约为开发等量能源费用的三分之一)，则每年需节能投资600亿元，“十五”期间共需3000亿元人民币， “十一五”期间将更多。
由于我国经济的高速发展，发电装机仍以高速发展。但电力运行的一些主要指标和装备指标与发达国家相比仍有很大差距：我国火电机组的平均煤耗为 400g/kWh，比发达国家高出约70～100g/kWh;发达国家发电厂的厂用电率为3.7%～6%，而我国的厂用电率为4.7%～10.5%，加之线损，我国送到用户的电能要比发达国家多耗电9.5%，相当于22000MW装机容量，即22个百万大厂的年发电量。因此，我国的节能形势十分严峻!
2变频调速技术的发展历史及现状
变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点(结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等)，并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。
20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。最初的交流变频调速理论诞生于20世纪代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，才促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代席卷工业发达国家的石油危机，促使他们投入大量的人力、物力、财力去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大发展并得到推广应用。80年代，变频调速已产品化，性能也不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛地应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速，
进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT(绝缘栅双极型晶体管InsolatedGateBipolarTransistor)、IGCT(集成门极换流型晶闸管IntegratedGateCommutatedThyristor)等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP(数字信号处理器Digital SignalProcessor)的诞生和发展(如磁场定向矢量控制、直接转矩控制)等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标亦已超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎，在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术的发展应用中无不看到变频调速技术的踪影，变频调速技术取得了显著的经济效益。
变频调速技术的现状具有以下特点
(1)在功率器件方面，近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。
(2)在微电子技术方面，16位、32位高速微处理器以及DSP和ASIC(专用集成电路ApplicationSpecificIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。
(3)在控制理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论为研制高性能变频器的发展提供了相关理论基础。
(4)在产品化生产方面，基础工业和各种制造业的高速发展，促进了变频器相关配套件的社会化、专业化生产。
3国内外高压变频器的分类、比较和应用情况
目前世界上的高压变频器不象低压变频器一样具有成熟的一致性的主电路拓扑结构，而是限于功率器件的电压耐量和高压使用条件的矛盾，国内外各变频器生产厂商，采用不同的功率器件和不同的主电路拓扑结构，以适应不同的电压等级和各种拖动设备的要求，因而在各项性能指标和适用范围上也各有差异。
一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用将功率器件串联的方法来解决。但是功率器件在串联使用时，因为各器件的动态电阻和极间电容不同，而存在静态均压和动态均压问题。如果采用与器件并联R和Rc的均压措施，会使电路复杂，损耗增加;同时，器件的串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则由于各器件开断时间不一致，承受电压不均，会导致器件损坏甚至整个装置崩溃。
谐波问题是所有变频器的共同问题，尤其在高压大功率变频调速中更为突出。谐波会污染电网，殃及同一电网上的其它用电设备，甚至影响电力系统的正常运行;谐波也会干扰通讯和控制系统，严重时会使通讯中断、系统瘫痪;谐波电流还会使电动机损耗增加，因而发热增加，效率及功率因数下降，以至不得不“降额” 使用。
还有效率问题，变频调速装置的容量愈大，调速系统的效率问题也就愈加重要。采用不同的主电路拓扑结构，使用的功率器件的种类和数量的多少，以及变压器、滤波器等的使用，都会影响系统的效率。为了提高系统效率，必须设法尽量减少功率开关器件和变频调速装置的损耗。
可靠性和冗余设计问题：一般的高压大功率拖动系统都要求很高的系统可靠性，尤其是国民经济的重要部门如电力、能源、冶金、矿山和石化等行业，一旦设备出现故障，将会造成人民生命财产的巨大损失。因此高压变频装置设计中是否便于采用冗余设计及旁路控制功能也是至关重要的。
根据高压变频器有无直流环节，可以分为交—交变频器和交—直—交变频器;根据直流环节滤波元件的性质又可以分为电流源型变频器和电压源型变频器;电流源型变频器又可以分为负载换流式晶闸管变频器(LCI)和采用自关断器件(GTO、SGCT)的电流源型变频器;电压源型变频器则可以分为：a)功率器件串联二电平直接高压变频器，b)采用HV—IGBT、IGCT的多电平电压源变频器,c)采用LV—IGBT的单元串联多重化电压源变频器等。
篇2：机械数控技术应用现状与发展趋势论文
摘要：近些年来，随着工业生产水平的不断提升，我国机械加工领域也实现了快速发展。为了满足社会生产和生活对机械产品的需求，机械加工技术也向着更加智能化的方向发展，机械数控技术因此受到了越来越多的重视。数控技术在机械加工领域的有效运用，极大的提升了我国机械加工技术的发展水平，本文就主要针对机械数控加工技术应用与发展的相关问题进行简单的探讨。
关键词：数控加工技术；机械数控技术；效益
网络技术的快速发展促进了各个领域的数字化水平不断提升，提高了我国整体的社会生产力水平。在机械制造领域中，传统的机械加工方法已经无法满足现代社会生产的需求，因此越来也多的计算机技术应用到机械加工领域，改善了机械制造的效率和质量，同时也提高了机械制造的自动化水平，有利于促进机械生产工业的持续发展。
1数控技术的特点
数控技术指的是运用数字化信号对机械设备的运行和加工过程进行控制，从而实现机械加工的自动化。当前，数控技术已经被广泛应用于机械加工领域中，运用计算机技术按照机械加工的预设程序实现对加工设备和加工工艺的控制，从而促进加工效率的提升。机械数控技术运用计算机处理器代替传统的硬件逻辑电路，形成具有存储、处理、运算以及逻辑判断等功能的数据操控系统。数控技术是实现现代机械领域自动化生产的技术基础，也是现代集成制造系统的重要组成部分，将数控技术与机械加工技术有效结合，可以改变传统机械制造领域的生产方式，使机械制造领域上升到一个新水平。与传统加工技术相比，数控加工技术具有几个明显的特征，体现在：第一，数控加工技术可以完成传统加工技术无法完成的复杂零件和曲面形状的加工，满足复杂机械加工的需求；第二，可以根据不同的加工要求随时更改系统参数设置，在短时间内完成不同批次产品的加工需求，提高产品加工的效率；第三，运用标准化加工模具，短时间内完成大批量的产品加工需求，而且不需要改变刀具和安装时间，缩短了加工时间的同时提高了工具管理水平；第四，运用计算机辅助完成机械加工过程，充分发挥微处理器的作用，促进了数控技术的不断发展。
篇3：机械数控技术应用现状与发展趋势论文
2.1工业生产中的应用。工业领域是机械数控技术应用最为广泛的领域，其中应用最为集中的是生产自动化程序方面。在实际的'应用过程中，按照生产要求编制好相应的程序设置，并且运用计算机技术实现其自动化控制，同时在变成时需要设置同步检测程序，可以对生产过程进行必要的监控，发现问题可以及时采取有效的处理措施，保证生产加工的顺卡里进行。在工业生产中运用机械数控技术可以保证生产的标准化和统一化，不仅可以降低人工和时间成本，也可以提高生产效率。
2.2汽车工业中的应用。近年来，我国汽车工业领域发生了较大的变化，越来越多的高新技术逐渐应用其中，而机械数控技术的应用则受到了较多的重视，在提高汽车零件加工的过程中发挥了重要的作用。机械数控技术的有效应用，可以完成更复杂、更精确的零件生产需求，满足机械加工的标准化和差异化生产的需求，可以有效的促进汽车工业的多层次发展。另外，机械数控技术在汽车工业中的应用，可以充分发挥其本身集成化控制技术的优势，促进汽车工业的快速发展。
2.3机床工业中的应用。机床数控化是机械制造业的重点，因此需要通过运用机械数控技术提高机床设备的制造技术的标准化和现代化，从而满足现代社会生产和生活的需求。机械数控技术可以完成机床的自动化生产，通过控制中心的编程实现对生产单元的控制，通过输入操作指令完成机床的自动化生产，可以提高生产质量的同时，满足更高水平的机械加工需求，也可以降低生产的人工成本，降低人员工作强度。当前，机械数控技术在机床工业中的应用已经受到了越来越多的重视，而且国外很多国家都开始实现了机床的自动化生产与控制，为工业生产带来了很大的进步。
2.4航空工业中的应用。国际一体化趋势的不断增强，促进了国家之间的文化和经济交流，而航空工业是现代社会发展中不可或缺的重要领域，所以航空领域中的机械数控技术应用也日益广泛，并且取得了良好的成就。航空领域对于机械零件的加工精度要求非常高，只有保证切削的速度和精度才能满足不同零件的加工需求，而运用机械数控技术可以通过计算技术实现对零件加工的编程控制，对零件的筋、壁等部位进行细致切割，可以提高机械加工的精度。同时，航空领域使用的零件强度和刚度要求也都较高，运用机械数控技术可以满足零件的加工需求，满足零件的生产需求。
篇4：机械数控技术应用现状与发展趋势论文
数控技术在机械加工领域中的应用，是机械加工领域的巨大进步，也为机械加工领域的持续发展提供了坚实的技术基础。随着数控技术的不断发展与完善，其应用范围也越来越大，并且呈现出一些新的发展趋势，主要体现在：
3.1高速、精加工。对于机械数控技术加工领域来说，加工的精度和质量是其发展的根本，所以机械数控技术的发展呈现出更强烈的高速和精加工的趋势。高速、精加工不仅可以促进生产效率的提升，而且可以提高产品的加工质量，缩短产品生产周期，增强产品的市场竞争力。在加工精度方面，精密加工的精度已经可以达到纳米级的标准，这也使得机械数控技术可以在航空、电子等精加工领域中得到广泛应用。
3.2轴联动加工与复合加工机床。运用5轴联动加工技术可以满足三维曲面零件的加工要求，运用刀具完成不同几何形状的零件加工，极大的提高了加工的效率。通常情况下，一台5轴联动加工机床的效率可以等同甚至超过两台3轴联动机床，尤其是进行零件的高速切割时，可以发挥更高的切割效益。随着数控加工技术的不断完善，5轴联动加工机床的技术也逐渐完善，可以完成更大难度的零件加工需求。轴联动加工技术与复合加工机床的有效结合也可以简化复合机床的运行效率，在满足同样加工需求的同时可以降低数控系统的运行成本，从而获得更高的效益。
3.3智能化与开放化的加工技术。机械数控技术的发展过程中，网络技术的应用日渐广泛，因此也提高了机械数控技术的智能化与开放化的趋势，促进了各方面性能的提升，实现了前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等功能，促进加工效率的显著提升。结束语综上所述，数控技术在机械领域中的有效运用，可以有效的促进我国机械数控技术的有效增强，进而实现我国工业加工水平的提升。随着数控技术的不断发展与完善，机械数控技术也将日益完善，为我国机械制造业的持续发展奠定坚实的基础。
参考文献
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