柴青，陳實(shí)，連孝藩，羅深

（1.天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津 300180；2.蘇州匯川技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215104；3.施耐德電氣（中國）有限公司上海分公司，上海 201203；4.希望森蘭科技股份有限公司，四川 成都 610207）

1 調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)存在的意義

1.1 調(diào)速電氣傳動行業(yè)現(xiàn)狀

1.1.1 交流調(diào)速的廣泛應(yīng)用

隨著交流調(diào)速理論、電力電子技術(shù)不斷成熟和發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)無論在控制性能、效率和可靠性等方面都得到很大的提升。由于交流調(diào)速系統(tǒng)克服了直流調(diào)速系統(tǒng)中存在機(jī)械換向器這個主要缺點(diǎn)，目前已經(jīng)成為電氣設(shè)備調(diào)速傳動的主流配置。

1.1.2 調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)帶來的節(jié)能和工藝提升降低生產(chǎn)成本，提高效益。通過變頻器調(diào)速滿足生產(chǎn)工藝的要求，使調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)及傳動設(shè)備保持高效運(yùn)行，節(jié)能降耗。

提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。以變頻器為核心的調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)，功能靈活，動、靜態(tài)性能優(yōu)良，有利于現(xiàn)場產(chǎn)品工藝的提升和工業(yè)自動化控制水平的提高。

1.2 對標(biāo)準(zhǔn)的需求

標(biāo)準(zhǔn)是建立設(shè)計規(guī)范和設(shè)計流程的文檔，通過建立被普遍理解和采納的一致性協(xié)議，形成產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)的基本構(gòu)件，用于確保產(chǎn)品等的可靠性、功能和兼容性，增強(qiáng)交互性，以保證消費(fèi)者的安全等權(quán)益。只有通過使用標(biāo)準(zhǔn)，才能保證互連性和交互性的要求；只有通過標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，才能驗(yàn)證新產(chǎn)品和新市場的可信度。

1.2.1 企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、測試的規(guī)范化需求

在企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)的過程中，一個好的研發(fā)流程和生產(chǎn)流程，在設(shè)計環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范產(chǎn)品規(guī)格說明書和總體技術(shù)方案。當(dāng)然，國家標(biāo)準(zhǔn)作為通用標(biāo)準(zhǔn)，只能作為基本原則。在測試環(huán)節(jié)中，也需要嚴(yán)格參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定測試用例。

1.2.2 用戶購買和驗(yàn)收商品的參考

客戶從自身利益出發(fā)，提出的一些產(chǎn)品需求有可能超出合理的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。制造商為此需要花費(fèi)大量的人力、物力，而且產(chǎn)品質(zhì)量會存在極大的風(fēng)險；同時，客戶也十分困惑，因?yàn)闆]有合適的參考標(biāo)準(zhǔn)，只能根據(jù)自己有限的產(chǎn)品知識來和制造商溝通，有可能導(dǎo)致得到的產(chǎn)品并不是實(shí)際想要的產(chǎn)品或可靠的產(chǎn)品。這樣對制造商和客戶而言，可能由于沒有標(biāo)準(zhǔn)這座“橋梁”，造成溝通的失敗和實(shí)際結(jié)果的“雙輸”。因此產(chǎn)品相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對制造商和客戶乃至整個行業(yè)發(fā)展都十分有利。

1.2.3 參與競爭的需求

隨著我們越來越深入地融入經(jīng)濟(jì)全球化，企業(yè)不可避免地要參與激烈的國際競爭。

在大多數(shù)行業(yè)都走向數(shù)字化或已經(jīng)轉(zhuǎn)型到數(shù)字化的今天，標(biāo)準(zhǔn)化和競爭之間的關(guān)系已經(jīng)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變化，企圖設(shè)置專有接口，只能在自己的生態(tài)系統(tǒng)中使用，而不能與競爭對手進(jìn)行互操作性的策略不再適合目前的趨勢。通用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用協(xié)調(diào)了市場的發(fā)展，它創(chuàng)造了“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”，并贏得了行業(yè)從業(yè)者和客戶的信任，使市場增長到最大的潛力。

競爭由制造商在標(biāo)準(zhǔn)之上的獨(dú)特功能或標(biāo)準(zhǔn)之外的因素的差異化來推動。標(biāo)準(zhǔn)化并不能減少競爭。相反，它迫使公司考慮其核心能力和想為人所知的具體競爭優(yōu)勢。也就是說，標(biāo)準(zhǔn)化迫使企業(yè)在競爭戰(zhàn)略上更加清晰。

2 調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn)及相互關(guān)系

全國電力電子系統(tǒng)和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會含半導(dǎo)體電力變流器的調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)分技術(shù)委員會（SAC/TC60/SC1）負(fù)責(zé)制修訂本領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)共分為9個部分，均等同采用國際電工委會（IEC）第61800系列標(biāo)準(zhǔn)。轉(zhuǎn)化后發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)號為GB/T 12668，且均為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)。

第1部分為《GB/T 12668.1—2002調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第1部分：一般要求低壓直流調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)額定值的規(guī)定》[1]。本部分適用于一般用途的直流調(diào)速傳動系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)適用于連接交流電源電壓1 kV及以下、50 Hz或60 Hz的電氣傳動系統(tǒng)，但是不包括牽引和電動汽車的傳動系統(tǒng)。它規(guī)定了直流電氣傳動系統(tǒng)的額定值，給出了變流器的特性及其與整個直流傳動系統(tǒng)的關(guān)系。這一部分等同采用IEC 61800—1∶1997，在技術(shù)內(nèi)容和編寫格式上完全一致。目前IEC 61800—1：1997正在修訂中。

第2部分為《GB/T 12668.2—2002調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第2部分：一般要求低壓交流變頻電氣傳動系統(tǒng)額定值的規(guī)定》[2]。本部分適用于一般用途的交流調(diào)速傳動系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于連接交流電源電壓1 kV以下、50 Hz或60 Hz，負(fù)載側(cè)頻率達(dá)600 Hz的電氣傳動系統(tǒng)（PDS），給出了變流器的特性及其與整個交流傳動系統(tǒng)的關(guān)系。這一部分等同采用IEC 61800—2：1998，在技術(shù)內(nèi)容和編寫格式上完全一致。目前更新的版本IEC 61800—2：2015正在修訂中。

第3部分為《GB/T 12668.3—2012調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第3部分：電磁兼容性要求及其特定的試驗(yàn)方法》[3]。本部分給出產(chǎn)品的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)及其特定的實(shí)驗(yàn)方法，規(guī)定了電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的電磁兼容性（EMC）要求，同樣不包含牽引應(yīng)用和電動車輛。本部分根據(jù)預(yù)期用途對變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行分類：第一類環(huán)境，第二類環(huán)境，C1類PDS，C2類PDS，C3類PDS和 C4類PDS。一方面，考慮PDS對抗外界電磁干擾的能力；另一方面，考慮PDS產(chǎn)生的電磁干擾。這一部分等同采用IEC 61800—3：2004，在技術(shù)內(nèi)容和編寫格式上完全一致。目前更新的版本IEC 61800—3正在修訂中。

第4部分為GB/T 12668.4為《調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第4部分：一般要求交流電壓1 kV以上但不超過35 kV的交流調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)額定值的規(guī)定》[4]。本部分適用于包括功率轉(zhuǎn)換、控制設(shè)備和電動機(jī)的交流電壓1 kV以上但不超過35 kV的高壓交流調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)額定值的規(guī)定（不包括鐵路和電動車輛牽引的應(yīng)用）；給出了1 kV以上但不超過35 kV變流器的基本特性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其與整個交流電氣傳動系統(tǒng)的關(guān)系，并且還說明了關(guān)于變流器的輸入輸出額定值、正常環(huán)境使用條件、過載能力、浪涌、系統(tǒng)穩(wěn)定性、保護(hù)功能、交流線路接地、拓?fù)浜驮囼?yàn)等性能要求；此外，還給出了諸如控制方案、扭振分析以及高壓交流電氣傳動系統(tǒng)部件集成、接地的推薦方法等應(yīng)用指南。GB/T 12668.4等同采用IEC 61800—4：2002，在技術(shù)內(nèi)容和編寫格式上完全一致。這部分的內(nèi)容會包含在IEC 61800—2的新版本中。

第5部分包括2個子項(xiàng)：《GB 12668.501—2013調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第5-1部分：安全要求電氣、熱和能量》[5]和《GB/T 12668.502—2013調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第5-2部分：安全要求功能》[6]。第5-1部分，關(guān)于設(shè)計，它規(guī)定了對調(diào)速傳動系統(tǒng)設(shè)計和結(jié)構(gòu)的最低要求，以保證產(chǎn)品或者系統(tǒng)在安裝過程中、正常工作條件下和維護(hù)過程中的安全；關(guān)于測試，按照設(shè)計的要求進(jìn)行試驗(yàn)，要求制造商和試驗(yàn)機(jī)構(gòu)在充分考慮到公差和測量不確定度的情況下，采用規(guī)定的最大或最小值；對于制造商，為了保證用戶在各個環(huán)節(jié)的安全，要求提供各種必需的信息。第5-2部分側(cè)重功能安全。這一部分等同采用IEC61800—5—1：2007和IEC 61800—5—2：2007，更新的版本 IEC 61800—5—1目前正在修訂中。

第6部分為《GB/T 12668.6—2011調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第6部分：確定負(fù)載工作制類型和相應(yīng)電流額定值的導(dǎo)則》[7]。本部分確定負(fù)載工作制類型和相應(yīng)電流額定值的導(dǎo)則，為規(guī)定調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)（PDS），特別是其基本傳動模塊（BDM）的額定值提供了可供選擇的方法。本部分涉及電機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類等負(fù)載的相關(guān)應(yīng)用。這一部分等同采用IEC61800—6：2003。目前IEC 61800—6修訂工作將啟動。

第7部分為3個子項(xiàng)：GB/T 12668.701為《調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第7-1部分：電氣傳動系統(tǒng)的通用接口和使用規(guī)范 接口定義》[8]；GB/T 12668.7201為《調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第7-201部分：電氣傳動系統(tǒng)的通用接口和使用規(guī)范Ⅰ型規(guī)范說明》[9]；GB/T 12668.7301為《調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第7-301部分：電氣傳動系統(tǒng)的通用接口和使用規(guī)范Ⅰ型規(guī)范對應(yīng)至網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》[10]。本部分描述了控制系統(tǒng)和電氣傳動系統(tǒng)之間的一種通用接口，此接口可嵌入到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)本身也可位于傳動裝置上；規(guī)定了映射到傳動協(xié)議集中的一系列常用的傳動控制功能、參數(shù)、狀態(tài)及操作順序的描述；提供了一種訪問傳動系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)的方法，該方法不依賴于已使用的傳動協(xié)議和通信接口。這一部分等同采用IEC 61800—7系列，此部分將不斷擴(kuò)充完善，增加新的子項(xiàng)。

第8部分為《調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第8部分：功率接口的電壓規(guī)范》[11]。本部分給出了確定電氣傳動系統(tǒng)（PDS）功率接口電壓的方法；適用于確定變流器以及電動機(jī)端子的相對相電壓（線電壓）和相對地電壓（相電壓）；所指的逆變器都是脈沖寬度調(diào)制型的，每個輸出電壓脈沖的寬度是根據(jù)實(shí)際需求的電壓變化的。這一部分等同采用IEC 61800—8：2017。

第9部分為《調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第9部分：電氣傳動系統(tǒng)、電機(jī)起動器、電力電子設(shè)備及其傳動應(yīng)用的生態(tài)設(shè)計》，有3個子部分，目前9-1和9-2部分已經(jīng)發(fā)布實(shí)施[12-13]。9-1部分對調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)能效標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)基本概念進(jìn)行了定義，規(guī)范了擴(kuò)展產(chǎn)品及其部件的功耗計算方法，適用于由電機(jī)起動器或變頻器（CDM）控制的電機(jī)系統(tǒng)；引入并詳細(xì)介紹了半解析模型（semianalytic model，SAM）、擴(kuò)展產(chǎn)品（extended product，EP）、擴(kuò)展產(chǎn)品法（extended product approach，EPA）等概念和方法。9-2部分是對9-1部分具體細(xì)化的過程，即如何具體地實(shí)現(xiàn)第9-1部分的2個半解析模型（SAM）。9-2部分認(rèn)為，電氣傳動系統(tǒng)（PDS）可能的工作點(diǎn)（力矩、速度）的集合是無限的。理論上，有必要知道每個點(diǎn)產(chǎn)生的功耗值，然而，在實(shí)踐中，知道有限（8個）特定工作點(diǎn)的功耗就足夠了。

GB/T 12668.1，GB/T 12668.2對額定值進(jìn)行了規(guī)定，可以理解為調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的總索引。需要了解和應(yīng)用交直流調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，先通覽這兩個標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)具體需要找到具體的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。比如在第1部分找到關(guān)于產(chǎn)品EMC方面的內(nèi)容，如果需要進(jìn)一步，就可以按照指示找到第3部分GB/T 12668.3。GB/T 12668.7是調(diào)速傳動系統(tǒng)適應(yīng)當(dāng)今設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、自動化需求而產(chǎn)生的。GB/T 12668.9是通過對PDS以及延伸產(chǎn)品的能效按標(biāo)準(zhǔn)合理評級，可以讓用戶獲得高效的產(chǎn)品和更高的使用價值。

總之，這9個部分既相互關(guān)聯(lián)，又各有側(cè)重，基本涵蓋了關(guān)于調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)產(chǎn)品的各個方面。

3 調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢

3.1 根據(jù)需要及時修訂相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)

IEC標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性是世界公認(rèn)的，這是由IEC的宗旨決定的：促進(jìn)電氣、電子工程領(lǐng)域中標(biāo)準(zhǔn)化及有關(guān)問題的國際合作，增進(jìn)國際間的相互了解。為了更好地和世界接軌，我國的大部分電氣傳動行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)是基于IEC國際標(biāo)準(zhǔn)等同翻譯和整理得來的。

隨著技術(shù)的進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展的需要，IEC定期對現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂：更新、增加或廢除相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。這樣一來，對于我們而言，要積極參與IEC標(biāo)準(zhǔn)的變化，比如IEC 61800—1：1997的制修訂。中國標(biāo)委會抓住了機(jī)會，成立了相應(yīng)的工作組MT20。在工作過程中，中國專家可以熟悉國際標(biāo)準(zhǔn)修訂的方法和流程，規(guī)范國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)工作者的工作組織方式和文檔管理方式。充分地和IEC各方面專家交流，學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識和經(jīng)驗(yàn)。

參與不是目的，而是可以很好地培養(yǎng)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化工作者的能力，這樣他們能夠更好地跟進(jìn)國家標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的修訂工作。目前來看，國際上的本領(lǐng)域領(lǐng)頭企業(yè)，例如西門子、施耐德、丹佛斯等，在IEC標(biāo)準(zhǔn)的制修訂中是投入了大量的人力和物力的。相比而言，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織的實(shí)力和所獲得的支持還不夠，人員的專業(yè)程度和專注程度都還有待提高。在標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作中，我們需要加快步伐。例如，對于國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61800—2，IEC已成立MT9維護(hù)組，新版本將IEC 61800—2和IEC 61800—4合并，形成高低壓交流傳動系統(tǒng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，此項(xiàng)IEC標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)布。我們需要及時地參與和跟蹤這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)修訂的進(jìn)程，以便在第一時間修訂相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，為國內(nèi)企業(yè)服務(wù)。

3.2 根據(jù)技術(shù)進(jìn)步以及行業(yè)新變化，制定符合時代特點(diǎn)的國家標(biāo)準(zhǔn)

集成電路的飛速發(fā)展，使CPU的功能越來越強(qiáng)大，能夠處理復(fù)雜的運(yùn)算，而且面對網(wǎng)絡(luò)安全的威脅，CPU已經(jīng)集成了安全引導(dǎo)等功能。隨著新材料的革新應(yīng)用，功率半導(dǎo)體器件的功率密度越來越高，產(chǎn)品越來越小型化，但是也會帶來電磁兼容性的難題。制造商為了滿足客戶需求，不再追求集成更多的功能，而是努力細(xì)分產(chǎn)品，使其滿足不同的應(yīng)用，以優(yōu)化不同類型產(chǎn)品的成本和尺寸，同時，產(chǎn)品的用戶界面日趨于當(dāng)今手機(jī)的外觀，為用戶提供圖形顯示和直觀菜單，以導(dǎo)航日益多樣化的操作設(shè)置。隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，以太網(wǎng)等通信得到了廣泛應(yīng)用，這帶來了網(wǎng)絡(luò)安全的話題。

在這種大背景和環(huán)境下，需要關(guān)注電氣傳動系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向的發(fā)展。這樣可以從行業(yè)細(xì)分的角度出發(fā)，研究一些新興子行業(yè)的專有電氣傳動系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及國家標(biāo)準(zhǔn)，為我國先進(jìn)制造2025保駕護(hù)航。

3.3 把國家標(biāo)準(zhǔn)升級到國際標(biāo)準(zhǔn)

由于國外電氣傳動行業(yè)起步比我們早幾十年，因此很多相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)都是以國外大公司（如西門子、施耐德等）的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本起草的。同時在修訂的過程中，也是這些大公司或西方專家為主。我們在未來需要逐步增加話語權(quán)。一方面，我們要積極吸收國際標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)為我所用，從本質(zhì)上理解，以揚(yáng)棄的思想來實(shí)現(xiàn)我們的國家標(biāo)準(zhǔn)，而不是一味的照搬照抄。另一方面，隨著中國在世界經(jīng)濟(jì)貿(mào)易中份額的增加，我們要積極爭取把我們的國家標(biāo)準(zhǔn)“逐步轉(zhuǎn)化”為國際標(biāo)準(zhǔn)，這樣中國相關(guān)的電氣傳動企業(yè)設(shè)計或生產(chǎn)的產(chǎn)品就能引領(lǐng)行業(yè)的發(fā)展方向，進(jìn)而在國際貿(mào)易中保持優(yōu)勢。