变频器的分类和发展趋势

变频器的分类

变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

VVVF：改变电压、改变频率 CVCF：恒电压、恒频率。各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz），等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。

用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。

1、按变换的环节分类：

可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器；交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。

2、按直流电源性质分类：

（1）电流型变频器

电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。

（2）电压型变频器

电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。

此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。

变频器的发展趋势

变频器是运动控制系统中的功率变换器。当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。

在进入21世纪的今天，电力电子的基片已从Si（硅）变换为SiC（碳化硅），使电力电子新器件进入到高电压大容量化、高频化、组件模块化、微小型化、智能化和低成本化的时代，多种适宜变频调速的新型电气设备正在开发研制之中。IT技术的迅猛发展，以及控制理论的不断创新，这些与变频器相关的技术将影响其发展的趋势。

随着市场的扩大和用户端需求的多样化，国内变频器产品的功能在不断完善和增加，集成度和系统化越来越高，并且已经出现某些专用变频器产品。据了解，近年来，中国变频器的市场保持着 12-15%的增长率，预计至少在未来5年内将会保持10%以上的增长率。目前，中国市场上变频器安装容量（功率）的增长率实际上在20%左右，预计至少在10年以后，变频器市场才能饱和并逐渐成熟。

1．智能化

智能化的变频器安装到系统后，不必进行那么多的功能设定，就可以方便地操作使用，有明显的工作状态显示，而且能够实现故障诊断与故障排除，甚至可以进行部件自动转换。利用互联网可以遥控监视，实现多台变频器按工艺程序联动，形成最优化的变频器综合管理控制系统。

2．专门化

根据某一类负载的特性，有针对性地制造专门化的变频器，这不但有利于经济有效地控制负载的电动机，而且可以降低制造成本。例如：风机、水泵用变频器，起重机械专用变频器，电梯控制专用变频器，张力控制专用变频器和空调专用变频器等。

3．一体化

变频器将相关的功能部件，如参数辨识系统、PID调节器、PLC控制器和通信单元等有选择地集成到内部组成一体化机，不仅使功能增强，系统可靠性增加，而且可有效缩小系统体积，减少外部电路的连接。据报道，现在已经研制出变频器和电动机的一体化组合机，使整个系统体积更小，控制更方便。

4．环保化

保护环境，制造“绿色”产品是人类的新理念。今后的变频器将更注重于节能和低公害，即尽量减少使用过程中的噪声和谐波对电网及其他电气设备的污染干扰。

5、主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化，开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。

6、变频器主电路的拓扑结构方面：

变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的传动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。目前，低、中压变频器都有这类产品。

7、脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制（SPWM）控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。

8、交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。

9、微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向：运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的外围功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，以确保系统有更优越的控制性能。

数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断加强保护和监视功能，使系统智能化（如有些变频器具有自调整功能）。

10、交流同步电动机已成为交流可调传动中的一颗新星，特别是永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类。自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器，如采用交—直—交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机（BLDC）”。

传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制，其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。

总之，变频器技术的发展趋势是朝着智能、操作简便、功能健全、安全可靠、环保低噪、低成本和小型化的方向发展。

审核编辑：汤梓红