在過去的30年里，變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)一直在不斷發(fā)展。由于采用了新的電力電子器件、高性能微處理器和控制技術(shù)，變頻器的性能價(jià)格比不斷提高，體積不斷縮小。與此同時(shí)，制造商還在努力提高其可靠性，以便進(jìn)一步小型化，高效，多功能，無污染。
變換器的性能取決于其輸出交流電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響，諧波污染了電網(wǎng)和輸入功率因數(shù)，并造成能量損耗(即效率)。從技術(shù)的角度來看，以交流- DC-交流變頻器為例，將會(huì)有進(jìn)一步的發(fā)展。
1．通過電路功率開關(guān)元件的自鎖、模塊化、集成和智能化，提高了開關(guān)頻率，降低了開關(guān)損耗。
2．變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):變頻器的網(wǎng)側(cè)變換器，低壓小容量往往采用6脈波變換器，中壓大容量采用12脈波以上的多脈波變換器。負(fù)載側(cè)變流器通常使用兩級(jí)橋式逆變器來實(shí)現(xiàn)低壓和小容量，而多級(jí)逆變器則用于中壓和大容量變流器。
3．脈寬調(diào)制變壓變換器的控制方法是正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制。消除特定時(shí)間諧波的脈寬調(diào)制控制。電流跟蹤控制。電壓空間矢量控制(磁鏈跟蹤控制)。
4．變頻調(diào)速控制方法在交流電機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)展：矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)從標(biāo)量控制(V/f控制，轉(zhuǎn)差頻率控制)發(fā)展到高動(dòng)態(tài)性能。研制了無速度傳感器的矢量和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。
21世紀(jì)，電力電子的襯底由Si(硅)變?yōu)镾iC(碳化硅)，這使得電力電子新器件進(jìn)入了高電壓、大容量、高頻、模塊化元器件、小型化、智能化、低成本的時(shí)代。正在開發(fā)各種適用于變頻調(diào)速的新型電氣設(shè)備。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和控制理論的不斷創(chuàng)新，這些與變頻器相關(guān)的技術(shù)將影響其發(fā)展趨勢(shì)。
交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)、弱電混合，機(jī)電一體化的綜合技術(shù)，它既要處理大量電能的轉(zhuǎn)換(換流，逆變)，又要處理信息的收集、轉(zhuǎn)換和傳遞，所以它的共性技術(shù)必然包括成功率和控制兩個(gè)方面。前一種方法需要解決高電壓、高電流相關(guān)的技術(shù)問題，以及新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，后一種方法則需要解決(基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略)的軟件開發(fā)問題(在目前情況下主要采用全數(shù)字控制技術(shù))。它的主要發(fā)展方向如下：
●智能化
智能變頻器安裝到系統(tǒng)中后，不需要進(jìn)行太多的功能設(shè)置，就能方便地操作使用，并能顯示清晰的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障診斷和故障排除，甚至部件自動(dòng)轉(zhuǎn)換。通過因特網(wǎng)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)多個(gè)變頻器按工藝程序的聯(lián)動(dòng)，形成一個(gè)最優(yōu)的綜合管理控制系統(tǒng)。
基于電機(jī)和機(jī)械模型的控制策略包括矢量控制、磁場控制、直接轉(zhuǎn)矩傳遞控制和機(jī)械扭振補(bǔ)償?；诂F(xiàn)代理論的控制策略包括滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、微分幾何理論非線性解耦、魯棒觀測(cè)器、一定指標(biāo)意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)方法?；谥悄芸刂扑枷氲目刂撇呗园：刂?、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種自優(yōu)化和自診斷技術(shù)。
●環(huán)保化
以電機(jī)和機(jī)械模型為基礎(chǔ)的控制策略，包括矢量控制、磁場控制、直接傳矩控制和機(jī)械扭振補(bǔ)償；以滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)的控制策略，采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器，在一定指標(biāo)下的最優(yōu)控制技術(shù)和奈奎斯特逆設(shè)計(jì)方法等；以模糊控制為基礎(chǔ)的控制策略，包括模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)以及各種自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。
潔凈電能變換器是指功率因數(shù)為1的變換器，網(wǎng)端和負(fù)載端的諧波分量盡可能少，以減少電網(wǎng)污染和電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。PWM控制對(duì)于中小容量變換器的開關(guān)頻率控制是有效的。在常規(guī)開關(guān)頻率下，大容量變頻器可以通過改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式來實(shí)現(xiàn)清潔電能的轉(zhuǎn)換。
●專門化
根據(jù)某種負(fù)荷的特性，制造專用變頻器不僅有助于經(jīng)濟(jì)有效地控制負(fù)荷的馬達(dá)，還可以降低制造成本。例如鼓風(fēng)機(jī)、泵用變頻器、起重機(jī)械專用變頻器、電梯控制專用變頻器、張力控制專用變頻器和空調(diào)專用變頻器等。
小型變頻器需要功率和控制元件高度集成，包括智能功率模塊、小型光耦、高頻開關(guān)電源、小體積變壓器、電抗器和電容器，這些元件都采用新型電工材料制造。電力設(shè)備冷卻方式的改變(如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管)同樣可以有效地縮小設(shè)備尺寸。
●一體化
變頻器選擇性地集成相關(guān)功能部件，如參數(shù)識(shí)別系統(tǒng)、PID調(diào)節(jié)器、PLC控制器和通信單元，形成一個(gè)集成機(jī)，不僅增強(qiáng)了功能和系統(tǒng)可靠性，而且有效地減少了系統(tǒng)體積和外部電路連接。據(jù)報(bào)道，變頻器和電機(jī)的集成組合機(jī)已經(jīng)開發(fā)出來，使整個(gè)系統(tǒng)更小，更便于控制。
基于32位高速單片機(jī)的數(shù)字控制模板，能夠?qū)崿F(xiàn)多種控制算法，引入Windows操作系統(tǒng)，使控制技術(shù)自由設(shè)計(jì)，圖形編程控制技術(shù)大大發(fā)展。導(dǎo)入電動(dòng)機(jī)模擬器、負(fù)載模擬器和各種CAD軟件的引入，為變頻器的設(shè)計(jì)和測(cè)試提供了強(qiáng)有力的支持。
總之，變頻器的相關(guān)變頻技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是向智能、操作簡單、功能健全、安全可靠、環(huán)境保護(hù)低噪音、成本低、小型化的方向發(fā)展。
