全数字控制交流电机调速系统

1500KW/690V全数字控制交流电机调速系统可行性研究报告北京天华博实电气技术有限公司二零一零年十月1项目承担单位基本情况1.1企业基本情况企业名称：北京天东标电子有限公司通讯地址：北京市石景山区八大处高科技园区西井路甲1号注册时间：2007年6月注册资金：1666万元人民币企业登记注册类型：有限责任公司主管单位名称：北京市石景山区高新技术园区北京东标电子有限公司于2007年6月注册成立，注册资金1000万元人民币，注册地为北京市中关村科技园区（石景山园）；2009年11月被北京市科委重新认定为北京市高新技术企业。

拥有生产基地、研发基地和办公基地等总计面积达13000平方米，现有员工250人，基于已有技术平台，凭借团队成员多年积累的丰富工程经验和一流的企业经营管理，开发、制造并营销世界一流水平的、具有自主知识产权的国产系列工业技术产品。

公司主要生产380V、690V、1140V、3300V、6000V、10000V六个电压等级，标量、矢量两种控制方式的变频器、逆变器产品。

三电平中压变频器达到国际先进水平。

产品广泛应用于钢铁自动化生产线、风机、水泵、环保污水处理、纺织印染机械、重工机械、数控机床、化工机械、矿山设备等多个控制领域。

公司依托ISO9001—2000质量认证体系，已建立了完善的产品研发、调试、生产和售后服务体系。

与北方工业大学在变频器领域形成了产学研一体化合作，联合建设了我国最先进的工业传动专业实验室。

1.2企业人员及开发能力(1)企业法定代表人的基本情况公司法人代表：周继华周继华，男，55岁，陕西城固人，生于1954年。

1980年毕业于哈尔滨工程大学自动控制系，教授、工学博士。

主要经历如下：1992年前任西北工业大学助教、讲师。

1992-1998年任西北工业大学副教授、教研主任、书记。

1998年任西北工业大学教授、西北工业大学现代电力电子技术研究所所长、航海学院院长助理、党委委员、工学博士。

2001年7月任天华电气有限公司总经理2003年11月至今任北京天华博实电气技术有限公司董事长、总经理2007年6月至今任北京东标电子有限公司董事长、总经理。

主要从事电力电子技术、工业自动化教学与科研工作，先后承担了国家“八.五”攻关项目负责人，国家自然科学基金“多谐振软开关逆变器原理研究”项目负责人，3项国防重点工程子项负责人。

国家093工程西工大建设子项项目负责人，获得国家一等奖一项，部级二等奖4项，发表论文20余篇。

获优秀论文奖4项，出版学术专著一部《现代电力电子》。

培养硕士生26名，博士生3名。

先后主持完成科研项目及大型国防工程项目20余项，多次被评为先进工作者。

周继华先生拥有多年的企业管理经验，制定并组织实施公司各项经营策略，准确地把握公司的发展方向，带领公司稳定持续成长。

北京东标电子有限公司自成立以来，正在逐步发展壮大。

主持完成我国第一条高速重型连轧机组电气自动化控制系统，主持完成我国第一台1500KW/690V、1500KW/3300V变频器研制生产。

(2)企业人员情况北京东标电子有限公司拥有一大批高等的专业技术人才，主要由硕士、学士组成。

公司目前总人数为218人，其中大专以上人员156人，研究开发人员32人。

中层以上管理人员16人。

平均年龄为32岁，最大年龄46岁，最小年龄30岁。

公司管理、技术开发、生产、销售人员、行政人员的比例详见下表。

公司人员结构情况表研发和管理销售生产行政总人数技术人数1211620619218比例 5.553.219.1828 4.13100% (3)新产品开发能力公司注重研发投入，科研开发队伍情况为：具有博士学历人员1人，具有硕士学历人员21人，其他本科及大专学历人员130人。

为适应企业的发展规模，公司兼顾企业的长、中、近期研究开发，已经逐步建立形成了多层次相互衔接的技术开发体系，既为企业的长期发展形成技术储备，又为企业适应市场需求提供服务，因此足够的技术积累使我们对本项目成功研制充满信心。

1.3企业管理情况公司通过对所处行业的调研，进行了针对自身的企业结构规划，在财务、法律、公司管理等方面建立了一系列的现代企业管理机制，公司设有总工办、研发中心、生产部、市场部、、财务部、人力资源部、变频事业部、自动化事业部、传动事业部、品质部、资产部等部门，实现了企业员工分工的明晰化。

公司自从成立至今，不断地成长，也不断地改善和优化，建立了成熟的管理模式，从企业文化和企业发展的角度动态驾驭内部制度体系演变，能够最大限度地发挥员工的积极性与创造性，使公司能够顺利运营，从而适应未来发展的需要。

公司的管理制度，体现了知识型企业管理的特点，强调结果、责任、协作与沟通。

公司的一系列管理模型包括：团队模型、质量模型、决策管理模型、员工考核方法等。

公司在技术、生产、市场等多个层面鼓励创新，为人才的引进与培养创造出一个开放的环境。

经营管理人才和技术骨干持股经营和持有公司期权是公司延揽和保留杰出人才的重要机制和有效手段。

公司在机制设计上结合员工的切身利益，既充分调动员工的积极性、创造性，又使员工成为公司的风险共担者和利益共同体。

1.4企业发展思路公司的创业理念是：以人为本，崇尚人性化管理。

全体员工与投资者共同创业，共享效益，共担风险。

积极创造团结和睦的工作环境，紧张有序的工作秩序，严肃认真的工作作风，宽松上进的文化氛围。

公司在国家和北京市有关法规、产业政策的指导下，依靠有效的人力资源管理体系和良好的激励制度，凝聚本行业的优秀人才，为实现国内一流，国际知名的战略目标而奋斗。

我公司总体发展思路是立志成为国内国外最具价值的中大功率变频产品制造厂家。

我们的市场范围一开始就是国际化的，如果技术领先、管理科学、运筹得当，完全有可能率先走向国际市场。

在总体战略实施过程中，我公司要在未来的十年内实现“三大转变”：企业公众化：由目前的一个规模化企业发展成一个上市的公众企业；管理知识化：由生产企业向知识型企业过渡，实现产品研发、技术服务、内部管理、文化建设等方面的知识管理；营销国际化：由事件营销转变为客户关系营销，积极拓展渠道，并适时挺进国际市场。

2项目技术水平与主要特点2.1国内外技术概况全数字控制交流电机调速系统，是工业传动控制系统的核心产品，是新一代工业控制系统的主导产品，用以替代直流传动装置，广泛用于钢铁、冶金、水泥、电力、化工、矿山、造纸、机械工业、电力机车推进等重工业控制系统，作为工艺控制的重要手段，实现生产机械的速度匹配和工艺调整。

在重工业发展中占有非常重要的位置。

到目前为止，我国重工业机组使用的高性能全数字控制交流电机调速系统，主要是国外进口设备，例如德国的西门子、瑞典的ABB、日本的东芝，美国的GE等国际公司。

在我国钢铁深加工行业，例如板带热量扎机组、棒线材热连轧机组、板带冷轧机组、镀锌机组、酸洗机组等工业控制系统，基本上依赖进口产品。

2009年，我公司在国内首家推出水冷式1500KW/690V、3000KW/690V大功率变频器和逆变器，3000A/690V整流回馈单元，在宜昌三峡全通涂镀板公司建设了国产变频器组成的第一条1450冷连轧机组电气控制系统，已安全运行近一年。

2010年，我公司利用自己生产的变频器、逆变器、整流回馈装置、承建了第二条高速重型冷连轧机组电气自动化系统；在山东寿光建设了国产变频器组成的第一条110万顿棒材热连轧机组电气控制系统。

开创了我国轧钢历史上新的时代。

公司利用自己生产的变频器，建设了酸洗线5条；镀锌线15条，平整机3条。

2.调速系统特殊要求全数字控制交流电机调速系统，不同于市场流行的通用变频器，其主要特点如下：（1）稳速精度高：稳态速度控制精度要达到0.5%；（2）动态响应块：受扰动后动态恢复时间小于100ms；（3）低速特性好：系统工艺要求交流电机调速装置在0.5HZ可输出100%的转矩。

（4）系统可靠：工业控制系统主要指标是系统可靠，与控制系统电磁兼容，针对电压波动、负载异常、操作失误等情况，装置具有自诊断、自整定功能，上述要求，对设计生产交流电机调速装置提出了很高的技术标准，必须实施空间矢量控制或直接转矩控制，国际上成熟的是空间矢量控制。

为此，首先要需要精准的实现电机转子磁场定向，精准的自检电机参数、动态优化调节器参数，在电路和结构设计上解决电磁兼容，进行良好的热设计等。

2.3主要特点（1）矢量控制技术为了实施对交流电机的高性能控制，我公司产品中采用了精准的矢量控制技术，首先对电机电压、电流高速精确采样，采样同时实现数字滤波；对电压电流进行矢量合成、分解、坐标旋转和坐标变换，为了获得低速性能，采用速度编码器进行速度闭环控制，为了获得控制器参数动态优化，采用了电机参数自优化控制程序。

（2）电机参数自检和优化根据交流电机的五阶动态方程，在通电后电机未转动瞬间，得到简化的二阶方程，在电机空转时得到间化的三阶方程，利用电机电压电流反馈值，可求解该方程组，获得电机参数，反复N次该过程，求解其平均值即可得到动态方程中电机控制参数。

在电机运行期间，只需对装置参数进行动态估值。

（3）电磁兼容设计电磁兼容设计是交流电机调速系统的关键技术之一，由于大功率可关断器件（IGBT）在工作时，由于系统的分布电感会产生关断瞬间的电压尖峰，如果该尖峰超过器件的耐压值，IGBT将会击穿损坏。

设计中我们发明了叠层母线技术、电容插接技术（均已申请批准专利），利用叠成母线产生分布电容，有效的吸收了尖锋电压。

采用了光纤驱动传输技术、隔离采样技术、智能驱动技术。

上述措施也是我厂多年来工程实际的技术结晶，电磁兼容是我公司变频器进入工业应用的重要技术基础。

（4）热设计和多种保护技术为了充分发挥IGBT的作用，变频装置的冷却是关键因素，结合我公司多年来在晶闸管使用中的水冷却技术，对全数字控制交流电机调速装置采用了水冷技术设计和施工，工程应用效果非常好。

除此之外，在整机中采用了多种保护功能，例如除常用的过压、过流、过热等保护功能之外，增加了水流量、水温、设备接地等连锁保护功能，确保装置在正常条件下可靠工作，在非正常条件下得到有效保护。

（5）主电路优化设计全数字控制交流电机调速装置功率等级从2.2kw—5500kw，在某些应用中甚至超过10000kw。

其电压等级从380v到3300v，其规格品种达到上百种，主电路设计任务非常繁重，我们充分关注了应力抑制技术、分布电感减少技术、多点接地技术、结构电容形成技术、软关断技术，通过数学仿真和半实物仿真，保证了设计参数的优化，通过功能试验、功率试验、或得了良好的产品和工程应用。

以生产了11-3000kw各种规格的变频器和逆变器2000多台套，去得了良好的社会效益和经济效益。

2.4项目技术水平全数字控制交流电机调速系统是一种技术含量大、生产工艺要求高、设计过程复杂的国际前沿技术，该领域的发展代表了一个国家的综合工业水平，目前使用的主要器件我国尚不能生产，主要在控制软件和应用软件方面、系统设计方面、装置生产方面进行工作，主要器件国内市场都可购到，该产品的国产化，具有非常重要的意义。