變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。         交流電機變頻調(diào)速已成為當代電動機調(diào)速的潮流，它以體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩大、精度高、功能強、可靠性高、操作簡便、便于通信等功能優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式，因而在鋼鐵、有色、石油、石化、化纖、紡織、機械、電力、電子、建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、注塑、卷煙、吊車、城市供水、中央空調(diào)及污水處理行業(yè)得到普遍應用。文章介紹了日、美、歐發(fā)達國家變頻調(diào)速技術(shù)進入我國市場和國產(chǎn)企業(yè)崛起的概況，并指出變頻器在技術(shù)上向高性能、模塊化、專用化、多功能發(fā)展。用量不斷增加，價格不斷降低，行業(yè)組合兼并的結(jié)果，有向國外拓展的可能。         交流電動機變頻調(diào)速已成為當代電機調(diào)速的潮流，它以體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩大、精度高、功能強、可靠性高、操作簡便、便于通信等功能優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式，如變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速、串級調(diào)速、整流子電動機調(diào)速、液力偶合調(diào)速，乃至直流調(diào)速。因而在鋼鐵、有色、石油、石化、化纖、紡織、機械、電力、電子、建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、注塑、卷煙、吊車、城市供水、中央空調(diào)及污水處理行業(yè)得到普遍應用。

        運動控制系統(tǒng)的發(fā)展變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器，運動控制系統(tǒng)是作為機電能量變換器的電氣傳動技術(shù)的發(fā)展。當今的運動控制系統(tǒng)是包含多種學科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)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。

       變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢經(jīng)歷大約三十年的研發(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(shù)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，從技術(shù)上看在以下幾個方面會進一步得到發(fā)展：

1．主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、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。低壓小容量變頻器普遍采用的功率開關(guān)器件是：功率MOSFET、IG－BT（絕緣柵雙極度晶體管）和IPM（智能功率模塊）。中壓大容量變頻器采用有：GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）、SGCT（對稱門極換流晶閘管）、IEGT（注入增強柵晶體管）和高壓IGBT。

2．變頻器主電路的拓撲結(jié)構(gòu)方面：變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對低壓小容量的常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側(cè)變流器對低壓小容量的常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的采用多電平逆變器。值得注意的是，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(cè)變流器應為可逆變流器，出現(xiàn)了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網(wǎng)側(cè)變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波，并使系統(tǒng)的功率因數(shù)接近于1，減少對電網(wǎng)的公害。目前，低、中壓變頻器都有這類產(chǎn)品。公用直流母線技術(shù)的采用使多臺（或多軸）傳動系統(tǒng)能量更好利用，提高系統(tǒng)的整體運行效率，并可降低變頻器本身的價格。公用直流母線也可以有再生型和非再生型的。探索采用諧振直流環(huán)技術(shù)使變頻器的功率開關(guān)工作在軟開關(guān)狀態(tài)，器件損耗大大下降，開關(guān)頻率可進一步提高，因電壓和電流尖峰引起的E－MI問題得到抑制，可取消緩沖電路。

3．脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法：正弦波脈寬調(diào)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(diào)整控制方法的進展：由標量控制（V／f控制和轉(zhuǎn)差頻率控制）向高動態(tài)性能的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展。開發(fā)無速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。

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（如ADI的ADMC3??系列、TI的TM S320C240和Motorola的DSP56F8??系列），價格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP的最大速度為20～40MIPS，單周期指令執(zhí)行時間快達幾十納秒，它和普通的單片機相比，處理數(shù)字運算能力增強10～15倍，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(diào)整功能）。

6．交流同步電動機已成為交流可調(diào)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(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調(diào)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(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。開關(guān)磁阻式電機（SR）是一種特殊類型的同步電機，定轉(zhuǎn)子為雙凸極結(jié)構(gòu)，結(jié)實無刷，輸出轉(zhuǎn)矩較大，由于SR電動機的繞組只需單方向電流，因此給它供電的只需單極性功率變換器就可以了，電路簡單。傳統(tǒng)的SR電動機調(diào)速系統(tǒng)同樣需要位置檢測器，目前也正在開發(fā)無位置傳感器的SR調(diào)速系統(tǒng)。SR電機優(yōu)點突出，應用領(lǐng)域日益擴大，稍顯遜色的是：SR電動機功率變換器輸出的是不規(guī)則電流脈沖，低速時導致運行噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動問題較為突出，這有待于進一步改進控制方法。

       交流變頻調(diào)速技術(shù)是強弱電混合、機電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應用技術(shù)問題，后者要解決（基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略）的硬、軟件開發(fā)問題（在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)）。

其主要發(fā)展方向有如下幾項: （1）實現(xiàn)高水平的控制?；陔妱訖C和機械模型的控制策略，有矢量控制、磁場控制、直接傳矩控制和機械扭振補償?shù)?；基于現(xiàn)代理論的控制策略，有滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應技術(shù)、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器，在某種指標意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設計方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。 （2）開發(fā)清潔電能的變流器。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)為1，網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)有盡可能低的諧波分量，以減少對電網(wǎng)的公害和電動機的轉(zhuǎn)矩脈動。對中小容量變流器，提高開關(guān)頻率的PWM控制是有效的。對大容量變流器，在常規(guī)的開關(guān)頻率下，可改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式，實現(xiàn)清潔電能的變換。 （3）縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關(guān)電源，以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。功率器件冷卻方式的改變（如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管）對縮小裝置的尺寸也很有效。 （4）高速度的數(shù)字控制。以32位高速微處理器為基礎的數(shù)字控制模板有足夠的能力實現(xiàn)各種控制算法，Windows操作系統(tǒng)的引入使得可自由設計，圖形編程的控制技術(shù)也有很大的發(fā)展。 （5）模擬與計算機輔助設計（CAD）技術(shù)。電機模擬器、負載模擬器以及各種CAD軟件的引入對變頻器的設計和測試提供了強有力的支持。

主要的研究開發(fā)項目有如下各項： （1）數(shù)字控制的大功率交-交變頻器供電的傳動設備。 （2）大功率負載換流電流型逆變器供電的傳動設備在抽水蓄能電站、大型風機和泵上的推廣應用。 （3）電壓型GTO逆變器在鐵路機車上的推廣應