1.3 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)

19世紀(jì)70年代前后，相繼誕生了直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，從此人類社會(huì)進(jìn)入了以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力設(shè)備的時(shí)代。以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力設(shè)備，為人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步、為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化起到了巨大的推動(dòng)作用。

在用電系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力設(shè)備而廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、空間技術(shù)、國防及社會(huì)生活等方面。電動(dòng)機(jī)負(fù)荷約占總發(fā)電量的70%，是用電量最多的電氣設(shè)備。

根據(jù)采用的電流制式不同，電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類，其中，交流電動(dòng)機(jī)擁有量最多，提供給工業(yè)生產(chǎn)的電量多半是通過交流電動(dòng)機(jī)加以利用的。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，至今已經(jīng)制造了形式多樣、用途各異的交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)分為同步電動(dòng)機(jī)和異步（感應(yīng)）電動(dòng)機(jī)兩大類：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即是同步電動(dòng)機(jī)；反之，若不保持這種關(guān)系，即是異步電動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)80年代以來，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)（梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)）、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)等新型交流電動(dòng)機(jī)得到了很快的發(fā)展和應(yīng)用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，交流電動(dòng)機(jī)用電量占電動(dòng)機(jī)總用電量的85%左右，可見交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的廣泛性及其在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。

在實(shí)際應(yīng)用中，一是要使電動(dòng)機(jī)具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；二是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。以直流電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)稱為直流調(diào)速系統(tǒng)；以交流電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)稱為交流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的分類，相應(yīng)有同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

1.直流調(diào)速系統(tǒng)

20世紀(jì)60年代以前是以旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)為主（見圖1-6），還有一些靜止式水銀整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)如圖1-7所示。1957年美國通用電氣公司的A.R.約克制成了世界上第一只晶閘管（SCR），這標(biāo)志著電力電子時(shí)代的開始。20世紀(jì)60年代以后，以晶閘管組成的直流供電系統(tǒng)逐步取代了直流機(jī)組和水銀整流器。20世紀(jì)80年代末期，全數(shù)字控制的直流調(diào)速系統(tǒng)迅速取代了模擬控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。

由于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速容易控制和調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵(lì)磁電流恒定，可用改變電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵(lì)磁的方法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。近代采用晶閘管供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。因此，長期以來（20世紀(jì)80年代中期以前）在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，由于直流電動(dòng)機(jī)本身存在機(jī)械式換向器和電刷這一固有的結(jié)構(gòu)性缺陷，這給直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展帶來了一系列限制，即：

1）機(jī)械式換向器表面線速度及換向電壓、電流有一極限容許值，這就限制了單機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率（其極限容量與轉(zhuǎn)速乘積被限制在10⁶kW·r/min）。如果要超過極限容許值，則大大增加電機(jī)制造的難度和成本以及調(diào)速系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)一些要求特高轉(zhuǎn)速、特大功率的場(chǎng)合則根本無法采用直流調(diào)速方案。

2）為了使機(jī)械式換向器能夠可靠工作，往往增大電樞和換向器直徑，使得電機(jī)體積增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，對(duì)于要求快速響應(yīng)的生產(chǎn)工藝，采用直流調(diào)速方案難以實(shí)現(xiàn)。

3）機(jī)械式換向器必須經(jīng)常檢查和維修，電刷必須定期更換。這就表明了直流調(diào)速系統(tǒng)維修檢驗(yàn)工作量大，維修費(fèi)用高，同時(shí)停機(jī)檢修和更換電刷也直接影響了正常生產(chǎn)。

4）在一些易燃、易爆的生產(chǎn)場(chǎng)合，一些多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場(chǎng)合不能或不宜使用直流調(diào)速系統(tǒng)。

由于直流電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用中存在著這樣的一些限制，使得直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展也相應(yīng)受到限制。但是目前工業(yè)生產(chǎn)中許多場(chǎng)合仍然沿用以往的直流電動(dòng)機(jī)，因此在今后相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)直流調(diào)速和交流調(diào)速并存，直流調(diào)速系統(tǒng)還將繼續(xù)使用。

2.交流調(diào)速系統(tǒng)

交流電動(dòng)機(jī)，特別是籠型異步電動(dòng)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價(jià)格便宜、堅(jiān)固耐用、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行可靠、很少維修、使用環(huán)境及結(jié)構(gòu)發(fā)展不受限制等優(yōu)點(diǎn)。然而，長期以來由于受科技發(fā)展的限制，把交流電動(dòng)機(jī)作為調(diào)速電機(jī)的難題未能得到較好的解決，在早期只有一些調(diào)速性能差、低效耗能的調(diào)速方法，如：

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外串電阻調(diào)速方法（見圖1-8）。

籠型異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速方法（利用自耦變壓器變壓調(diào)速；利用飽和電抗器變壓調(diào)速）如圖1-9所示。還有變極對(duì)數(shù)調(diào)速方法（見圖1-10）及后來的電磁（轉(zhuǎn)差離合器）調(diào)速方法（見圖1-11）等。

圖1-10a為一臺(tái)4極電動(dòng)機(jī)A相兩個(gè)線圈連接示意圖，每個(gè)線圈代表半個(gè)繞組。如果兩個(gè)線圈處于首尾相連的順向串聯(lián)狀態(tài)，根據(jù)電流方向可以確定出磁場(chǎng)的極性，顯然為4極，如果將兩個(gè)線圈改為圖1-10b所示反向串聯(lián)狀態(tài)，致使極數(shù)減半。

20世紀(jì)60年代以后，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和節(jié)省電能（由能源危機(jī)引起）的迫切要求，促使世界各國重視交流調(diào)速技術(shù)的研究與開發(fā)。尤其是20世紀(jì)80年代以來，由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。從此，以變頻調(diào)速為主要內(nèi)容的現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)沿著下述四個(gè)方面迅速發(fā)展。

（1）電力電子器件的蓬勃發(fā)展和迅速換代推動(dòng)了交流調(diào)速的迅速發(fā)展

電力電子器件是現(xiàn)代交流調(diào)速裝置的支柱，其發(fā)展直接決定和影響交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代中期以前，變頻調(diào)速裝置功率電路主要采用晶閘管器件。裝置的效率、可靠性、成本、體積均無法與同容量的直流調(diào)速裝置相比。20世紀(jì)80年代中期以后采用第二代電力電子器件GTR（Giant Transistor）、GTO（Gate Turn Off thyristor）、VDMOS-IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）等功率器件制造的變頻器在性能上與直流調(diào)速裝置相當(dāng)。20世紀(jì)90年代第三代電力電子器件問世，在這個(gè)時(shí)期中，中、小功率的變頻器（1～1000kW）主要采用IGBT器件，大功率的變頻器采用GTO器件。20世紀(jì)90年代末至今，電力電子器件的發(fā)展進(jìn)入了第四代，主要實(shí)用的器件有：

高壓IGBT器件（HVIGBT）。溝槽式結(jié)構(gòu)的絕緣柵晶體管IGBT問世，使IGBT器件的耐壓水平由常規(guī)1200V提高到6500V，實(shí)用功率容量為6500V/1200A，表明IGBT器件突破了耐壓限制，進(jìn)入第四代高壓IGBT階段，與此相應(yīng)的三電平IGBT中壓（2300～4160V）大容量變頻調(diào)速裝置進(jìn)入實(shí)用化階段。

IGCT（Insulated Gate Controlled Transistor）器件。ABB公司把環(huán)形門極GTO器件外加MOSFET功能，研制成功全控型IGCT（ETO）器件，使其耐壓及容量保持了GTO的水平，但門極控制功率大大減小，僅為0.5～1W。目前實(shí)用化的IGCT功率容量為6500V/3000A，相應(yīng)的變頻器容量為（315~10000kW）/（6~10kV）。

IEGT（Injection Enhanced Gate Transistor）器件。東芝-GE公司研制的高壓、大容量、全控型功率器件IEGT是把IGBT器件和GTO器件兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來的注入增強(qiáng)柵晶體管。IEGT器件實(shí)用功率容量為6500V/1500A，相應(yīng)的變頻器容量達(dá)8～10MW。

由于GTR、GTO器件本身存在的不可克服的缺陷，功率器件進(jìn)入第四代以來，GTR器件已被淘汰，GTO器件也將被逐步淘汰。用第四代電力電子器件制造的變頻器性能/價(jià)格比與直流調(diào)速裝置相當(dāng)。

第四代電力電子器件模塊化更為成熟，如功率集成電路PIC、智能功率模塊IPM等。模塊化器件將是21世紀(jì)主宰器件。

（2）脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）技術(shù)

1964年，德國學(xué)者A.Schonung和H.Stemmler提出將通信中的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到電機(jī)控制中，于是產(chǎn)生了脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，簡稱脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。脈寬調(diào)制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用優(yōu)化了變頻裝置的性能，適用于各類調(diào)速系統(tǒng)。

脈寬調(diào)制（PWM）種類很多，并且正在不斷發(fā)展之中。基本上可分為4類，即等寬PWM、正弦PWM（SPWM）、磁鏈追蹤型PWM（SVPWM）及電流滯環(huán)跟蹤型PWM（CHBPWM）。PWM技術(shù)的應(yīng)用克服了相控方法的所有弊端，使交流電動(dòng)機(jī)定子得到了接近正弦波的電壓和電流，提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和輸出功率?，F(xiàn)代PWM生成電路大多采用具有高速輸出口（HSO）的單片機(jī)（如80196）及高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），通過軟件編程生成PWM。新型全數(shù)字化專用PWM生成芯片HEF4752、SLE4520、MA818等已實(shí)際應(yīng)用。

（3）矢量控制理論的誕生和發(fā)展奠定了現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)高性能化的基礎(chǔ)

1971年，德國學(xué)者伯拉斯切克（F.Blaschke）提出了交流電動(dòng)機(jī)矢量控制理論，這是實(shí)現(xiàn)高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)重要突破。

矢量控制的基本思想是應(yīng)用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，將交流電動(dòng)機(jī)的控制過程等效為直流電動(dòng)機(jī)的控制過程，從而使交流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到了顯著的提高，這使交流調(diào)速最終取代直流調(diào)速成為可能。目前對(duì)調(diào)速特性要求較高的生產(chǎn)工藝已較多地采用了矢量控制型的變頻調(diào)速裝置。實(shí)踐證明，采用矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性高于直流調(diào)速系統(tǒng)。

針對(duì)電機(jī)參數(shù)時(shí)變特點(diǎn)，在矢量控制系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)控制技術(shù)。毫無疑問，矢量控制技術(shù)在應(yīng)用實(shí)踐中將會(huì)更加完善，其控制性能將得到進(jìn)一步提高。

繼矢量控制技術(shù)之后，于1985年由德國學(xué)者M(jìn).Depenbrock提出的直接自控制（DSC）的直接轉(zhuǎn)矩控制，以及于1986年由日本學(xué)者I.Takahashi提出的直接轉(zhuǎn)矩控制都取得了實(shí)際應(yīng)用的成功。30多年的實(shí)際應(yīng)用表明，與矢量控制技術(shù)相比，直接轉(zhuǎn)矩控制可獲得更大的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，因此，交流電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制也是一種很有發(fā)展前途的控制技術(shù)。目前，采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式的IGBT、IEGT、IGCT變頻器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及交通運(yùn)輸部門中。

（4）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用

微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的成功應(yīng)用提供了重要的技術(shù)手段和保證。30多年來，由于微機(jī)控制技術(shù)，特別是以單片微機(jī)及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為控制核心的微機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，促使交流調(diào)速系統(tǒng)的控制回路由模擬控制迅速走向數(shù)字控制。當(dāng)今模擬控制器已被淘汰，全數(shù)字化的交流調(diào)速系統(tǒng)已普遍應(yīng)用。

數(shù)字化使得控制器對(duì)信息處理能力大幅度提高，許多難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制，如矢量控制中的坐標(biāo)變換運(yùn)算、解耦控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、參數(shù)辨識(shí)的自適應(yīng)控制等，采用微機(jī)控制器后便都迎刃而解了。此外，微機(jī)控制技術(shù)又給交流調(diào)速系統(tǒng)增加了多方面的功能，特別是故障診斷技術(shù)得到了完全的實(shí)現(xiàn)。

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和操作、設(shè)置的多樣性和靈活性，降低了變頻調(diào)速裝置的成本和體積。以微處理器為核心的數(shù)字控制已成為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的主要特征之一。

交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展過程表明，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)發(fā)展的需要推動(dòng)了交流調(diào)速的發(fā)展；現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和應(yīng)用、電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用、微機(jī)控制技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應(yīng)用為交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了技術(shù)和物質(zhì)條件。

20世紀(jì)90年代以來，電力傳動(dòng)領(lǐng)域面貌煥然一新。各種類型的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)、各種類型的同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。電壓等級(jí)從110V到10000V，容量從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)萬千瓦的特大功率調(diào)速系統(tǒng)，從一般要求的調(diào)速傳動(dòng)到高精度、快速響應(yīng)的高性能調(diào)速傳動(dòng)，從單機(jī)調(diào)速傳動(dòng)到多機(jī)協(xié)調(diào)調(diào)速傳動(dòng)，幾乎覆蓋了電力傳動(dòng)領(lǐng)域的方方面面。

3.現(xiàn)代交流調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì)

交流調(diào)速取代直流調(diào)速已是不爭的事實(shí)，21世紀(jì)必將是交流調(diào)速的時(shí)代。當(dāng)前交流調(diào)速系統(tǒng)正朝著高電壓、大容量、高性能、高效率、綠色化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，主要有：

1）高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的進(jìn)一步研究與技術(shù)開發(fā)。

2）新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率變換器的研究與技術(shù)開發(fā)。

3）PWM模式的改進(jìn)和優(yōu)化。

4）中壓變頻裝置（我國稱為高壓變頻裝置）的開發(fā)研究。

（1）控制理論與控制技術(shù)方面的研究與開發(fā)

30多年的應(yīng)用實(shí)踐表明，矢量控制理論及其他現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用隨著交流調(diào)速的發(fā)展而不斷完善，從而進(jìn)一步提高交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能。各種控制結(jié)構(gòu)所依據(jù)的都是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，因此，為了建立交流調(diào)速系統(tǒng)的合理的控制結(jié)構(gòu)，仍需對(duì)交流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)、特點(diǎn)及內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行深入研究和探討。

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了定子勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的完全解耦，然而轉(zhuǎn)子參數(shù)估計(jì)的不準(zhǔn)確及參數(shù)變化造成定向坐標(biāo)的偏移是矢量控制研究中必須解決的重要問題之一。

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在應(yīng)用實(shí)踐中不斷完善和提高，其研究的主攻方向是進(jìn)一步提高低速時(shí)的控制性能，以擴(kuò)大調(diào)速范圍。

無硬件測(cè)速傳感器的系統(tǒng)已有許多應(yīng)用，但是轉(zhuǎn)速推算精度和控制的實(shí)時(shí)性有待于深入研究與開發(fā)。

近年來，為了進(jìn)一步提高和改善交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，國內(nèi)外學(xué)者致力于將先進(jìn)的控制策略引入交流調(diào)速系統(tǒng)中，諸如，滑模變結(jié)構(gòu)控制、非線性反饋線性化控制、Backstepping控制、自適應(yīng)逆控制、內(nèi)?？刂?、自抗擾控制、智能控制等，已經(jīng)成為交流調(diào)速發(fā)展中新的研究內(nèi)容。

（2）變頻器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究與開發(fā)

提高變頻器的輸出效率是電力電子技術(shù)發(fā)展中主要解決的重要問題之一。提高變頻器輸出效率的主要措施是降低電力電子器件的開關(guān)損耗。具體解決方法是開發(fā)研制新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變流器，如20世紀(jì)80年代中期美國威斯康星大學(xué)Divan教授提出的諧振直流環(huán)逆變器，可使電力電子器件在零電壓或零電流下轉(zhuǎn)換，即工作在所謂“軟開關(guān)”狀態(tài)下，從而使開關(guān)損耗降低到接近于零。

此外，電力電子逆變器正朝著高頻化、大功率方向發(fā)展，這使裝置內(nèi)部電壓、電流發(fā)生劇變，不但使器件承受很大的電壓、電流應(yīng)力，而且在輸入、輸出引線及周圍空間里產(chǎn)生高頻電磁噪聲，引發(fā)電氣設(shè)備誤動(dòng)作，這種公害稱為電磁干擾（Electro Magnetic Interference，EMI）。抑制EMI的有效方法也是采用軟開關(guān)技術(shù)。具有軟開關(guān)功能的諧振逆變器，國內(nèi)外都在積極進(jìn)行研究與開發(fā)。今后串并聯(lián)諧振式變頻器將會(huì)有越來越多的應(yīng)用。

針對(duì)交-交變頻器的輸出頻率低（不到供電頻率的1/2）的缺點(diǎn)，于20世紀(jì)80年代人們開始研究矩陣式變頻器（Matrix Converter）（見圖1-11）。矩陣式變頻器是一種可選擇的交-交變頻器結(jié)構(gòu)，其輸出頻率可以提高到45Hz以上。這種變頻器可以拓展成AC-DC、DC-AC或AC-AC轉(zhuǎn)換，且不受相數(shù)和頻率的限制，并且能量可以雙向流動(dòng)，功率因數(shù)可調(diào)。盡管這種變頻器所需功率器件較多，但它的一系列優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注，必將有一個(gè)很好的發(fā)展前景。

具有PWM整流器/PWM逆變器的“雙PWM變頻器”（見圖1-12）已進(jìn)入實(shí)用化階段，并且迅速向前發(fā)展。這種變頻器的變流功率因數(shù)為1，能量可以雙向流動(dòng)，網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的諧波量比較低，減少了對(duì)電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，被稱為“綠色變頻器”，代表了交流調(diào)速一個(gè)新的發(fā)展方向。

（3）PWM模式改進(jìn)與優(yōu)化研究

隨著中壓變頻器的興起，對(duì)于SVPWM模式進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化研究，其中為解決三電平中壓變頻器中點(diǎn)電壓偏移問題，研究了虛擬電壓矢量合成PWM模式（不產(chǎn)生中點(diǎn)電壓偏移時(shí)的電壓長矢量、短矢量、零矢量的組合），已取得了具有實(shí)用價(jià)值的研究成果；用于級(jí)聯(lián)式多電平中壓變頻器的脈沖移相PWM技術(shù)已有應(yīng)用。

（4）中壓變頻裝置的研究與開發(fā)

中壓是指電壓等級(jí)為1～10kV，中、大功率是指功率等級(jí)在300kW以上。中壓、大容量的交流調(diào)速系統(tǒng)研究與開發(fā)實(shí)踐已有30多年了，逐步走上了實(shí)際應(yīng)用階段，尤其隨著全控型功率器件耐壓的提高，中壓變頻器的應(yīng)用迅速加快了。應(yīng)用較多的是采用IGBT、IGCT構(gòu)成的三電平中壓變頻器（見圖1-13）及級(jí)聯(lián)式單元串聯(lián)多電平中壓變頻器（見圖1-14）。目前，中壓變頻器已成為交流調(diào)速開發(fā)研究的新領(lǐng)域，是熱點(diǎn)課題之一。

中壓變頻器的發(fā)展受到了電力電子器件耐壓等級(jí)不高的限制。為此，美國CREE公司、德國西門子公司、日本東芝公司和瑞士ABB公司等都投入巨資研制一種碳化硅（SiC）電力電子器件，其PN結(jié)耐壓等級(jí)可達(dá)到10kV以上，預(yù)計(jì)不久的將來會(huì)有突破性的進(jìn)展，新一代的中壓變頻器將隨之誕生。