變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是運動控制系統(tǒng)中的功率轉(zhuǎn)換器。今天的運動控制系統(tǒng)是一個包括許多學科的技術(shù)領(lǐng)域?？偟陌l(fā)展趨勢是:交流傳動、高頻功率變換器、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡化控制。因此，VFD作為系統(tǒng)重要的功率轉(zhuǎn)換元件，通過提供可控的高性能變壓變頻交流電源，得到了快速發(fā)展。
21世紀的今天，電力電子的基板已經(jīng)從Si(硅)變成了SiC(碳化硅)，這使得新型電力電子器件進入了高電壓、大容量、高頻率、組件模塊化、小型化、智能化、低成本的時代。各種適用于變頻調(diào)速的新型電氣設備正在開發(fā)中。隨著IT技術(shù)的快速發(fā)展和控制理論的不斷創(chuàng)新，這些與VFD相關(guān)的技術(shù)將影響其發(fā)展趨勢。
隨著市場的擴大和客戶需求的多樣化，國內(nèi)VFD產(chǎn)品的功能不斷完善和增加，集成度和系統(tǒng)化程度越來越高，出現(xiàn)了一些特殊的VFD產(chǎn)品。據(jù)了解，近年來，中國VFD市場保持了12-15%的增速，預計至少在未來5年內(nèi)還將保持10%以上的增速。目前中國市場VFD裝機量(電量)的增長率其實在20%左右。預計至少10年后，VFD市場將趨于飽和并逐漸成熟。
1.智能
系統(tǒng)安裝智能VFD后，操作使用方便，沒有那么多功能設置，工作狀態(tài)顯示明顯，可以實現(xiàn)故障診斷和排除，甚至可以進行自動元件轉(zhuǎn)換?？衫没ヂ?lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控，實現(xiàn)多套VFD按工藝流程聯(lián)動，形成優(yōu)化的VFD一體化管控體系。
2.專門化
可以根據(jù)某類負載的特點，有針對性地制造專用的VFD，不僅有助于經(jīng)濟有效地控制負載的電機，還降低了制造成本。比如:風機、水泵VFD，起重機械VFD，電梯控制VFD，張力控制VFD，空調(diào)VFD等等。
3.綜合
VFD將參數(shù)辨識系統(tǒng)、PID調(diào)節(jié)器、PLC控制器、通信單元等相關(guān)功能部件有選擇地集成到內(nèi)部一體機中，不僅增強了功能，增加了系統(tǒng)的可靠性，還有效減小了系統(tǒng)的體積和外部電路的連接。據(jù)悉，VFD和電機的一體化組合機已經(jīng)研發(fā)出來，使得整個系統(tǒng)體積更小，控制更方便。
4.環(huán)境保護
保護環(huán)境和制造“綠色”產(chǎn)品是人類的新理念。未來VFD將更加注重節(jié)能和低公害，即盡量減少使用過程中對電網(wǎng)和其他用電設備的噪音和諧波。
5.主電路功率開關(guān)元件自關(guān)斷、模塊化、集成化、智能化，開關(guān)頻率不斷提高，開關(guān)損耗進一步降低。
6.VFD主電路拓撲:
VFD網(wǎng)側(cè)變流器對于低壓小容量設備通常采用6脈波變流器，對于中壓大容量設備則采用12脈波以上的多脈波變流器。負載側(cè)變流器通常對低壓小容量設備采用兩電平橋式逆變器，而對中壓大容量設備采用多電平逆變器。對于運行在四象限的輸電，為了實現(xiàn)VFD可再生能源對電網(wǎng)的回饋，節(jié)約能源，網(wǎng)側(cè)變流器應該是可逆變流器，同時出現(xiàn)雙向功率流的雙PWMVFD。適當控制網(wǎng)側(cè)變流器可以使輸入電流接近正弦波，減少對電網(wǎng)的污染。目前中低壓VFD都有這樣的產(chǎn)品。
7.脈寬調(diào)制變換VFD的控制方式可以采用正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)控制、消除指定諧波的PWM控制、電流跟蹤控制和電壓空間矢量控制(磁鏈跟蹤控制)。
8.交流電機變頻控制方法的進步主要體現(xiàn)在從標量控制發(fā)展到具有高動態(tài)性能的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制以及無速度傳感器矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的發(fā)展。
9.微處理器的進步使得數(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)是一個快速的系統(tǒng)，特別是交流電機的高性能控制需要快速、實時地存儲各種數(shù)據(jù)和處理大量信息。近年來，國外各大公司都推出了以DSP(數(shù)字信號處理器)為核心，配以電機控制所需的外圍功能電路。DSP單片電機控制器集成在單個芯片上，大大降低了價格，縮小了體積，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，提高了可靠性。與普通單片機相比，DSP的處理能力提高了10 ~ 15倍，從而保證了系統(tǒng)具有優(yōu)越的控制性能。
數(shù)字控制簡化了硬件，靈活的控制算法使控制具有很大的靈活性，可以實現(xiàn)復雜的控制規(guī)則，使現(xiàn)代控制理論在運動控制系統(tǒng)中的應用成為現(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)控功能，使系統(tǒng)智能化(如有的VFD具有自調(diào)節(jié)功能)。
10.交流同步電機已經(jīng)成為交流調(diào)速領(lǐng)域的一顆新星，尤其是永磁同步電機。電機采用無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與工頻嚴格同步。同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)有獨立變頻和自動變頻兩大類。從原理上講，自動頻率控制同步電機與DC電機非常相似。它用電力電子變換器代替DC電機的機械換向器。例如，當交流-DC-交流電壓為VFD時，稱為“無換向器DC電機”或“BLDC電機”。自動變頻同步電機的傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，但無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)正在開發(fā)中。矢量控制也可用于同步電機的獨立變頻方式，其基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。
總之，VFD技術(shù)的發(fā)展趨勢是朝著智能化、操作簡單、功能完善、安全可靠、環(huán)保、低噪音、低成本、小型化的方向發(fā)展。
