淺析變頻器發(fā)展的六大趨勢

變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。當今的運動控制系統(tǒng)是包含多種學科的技術領域，總的發(fā)展趨勢是：驅動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。

經(jīng)歷大約30年的研發(fā)與應用實踐，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而廠家仍然在不斷地提高可靠性實現(xiàn)變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響，二要看對電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)，三要看本身的能量損耗（即效率）如何？這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述它的發(fā)展趨勢：

1、主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化，開關頻率不斷提高，開關損耗進一步降低。

2、變頻器主電路的拓撲結構方面：

變頻器的網(wǎng)側變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的傳動，為實現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量，網(wǎng)側變流器應為可逆變流器，同時出現(xiàn)了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網(wǎng)側變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網(wǎng)的公害。目前，低、中壓變頻器都有這類產(chǎn)品。3、脈寬調制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調制（SPWM）控制、消除指定次數(shù)諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。

4、交流電動機變頻調整控制方法的進展主要體現(xiàn)在由標量控制向高動態(tài)性能的矢量控制與直接轉矩控制發(fā)展和開發(fā)無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統(tǒng)方面。

5、微處理器的進步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向：運動控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數(shù)據(jù)和快速實時處理大量信息。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數(shù)字信號處理器）為基礎的內(nèi)核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機控制器，價格大大降低，體積縮小，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的單片機相比，處理數(shù)字運算能力增強10～15倍，以確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。

數(shù)字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現(xiàn)復雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運動控制系統(tǒng)中應用成為現(xiàn)實，易于與上層系統(tǒng)連接進行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷加強保護和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化（如有些變頻器具有自調整功能）。

6、交流同步電動機已成為交流可調傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機獲得無刷結構，功率因數(shù)高，效率也高，轉子轉速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機（BLDC）”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機調速系統(tǒng)有轉子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。