变频器技术的发展动向

    近年来，随着信息技术、电力电子技术、电机驱动技术的不断发展，变频器的性能不断提高，其应用范围也越来越广。目前变频驱动的应用已经非常广泛，新型变频器产品不断出现，变频器的性能和可靠性也在不断地完善和提高。总体上讲，目前变频器已经从简单的整流逆变装置进化为集驱动控制、I/O逻辑现场编程、通讯组网连接等为一体，可以适应不同应用场合的过程控制单元，并在工业自动化生产线和许多领域中得到了广泛应用。从市场需求和技术发展趋势来看，今后一段时间内，变频器技术将会在下面几个方面得到进一步的发展。    (1)大容量和小体积化。大容量化和小体积化将会随着电力半导体器件的发展而不断得到发展。近年来，随着IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，隔离门极双极晶体管）、SIC-IGBT（Silicon Carbide-Insulated Gate Bipolar Transistor，碳化硅隔离门极双极晶体管）器件的发展和以IGBT为开关器件的IPM（Intelligent Power Module．智能功率模块）、ASIPM (Application Specified Intelligent Power Module．特定用途智能功率模块)、单片IPM等新型功率器件的发展以及热设计技术的进步，使得变频器的容量越来越大，体积越来越小，而在温升等关键指标上并未下降。除了不断推出大容量的新型变频器产品外，许多厂家都在小功率段推出了所谓的“迷你”型产品，以满足不同用户的实际需要。    (2)高性能和多功能化。随着微电子技术和半导体技术的发展，用于变频器的各种半导体器件和传感器的性能和可靠性越来越高。而随着高性能DSP和AISC在变频器中的广泛应用和交流调速理论的不断成熟，各种先进的控制算法的实现成为可能，从而为进一步提高变频器的性能提供了条件。此外，随着信息技术的发展和变频器的进一步推广应用，用户也在不断提出各种新的要求，希望变频器产品能够通过与信息技术的进一步融合而具有更高的性能和更加丰富的功能。这些都将促使变频器的生产厂家不断做出努力，以满足不同用户的实际需要并争取在激烈的市场竞争中立于不败之地。    (3)易操作性的提高。随着变频器市场的不断扩大，如何进一步提高变频器的易操作性，使变频器产品能够满足不同应用场合的需要，并使得普通的技术人员甚至非技术人员也能够很快掌握变频器的使用仍然是变频器生产厂商所必须考虑的问题。虽然目前厂商提供的变频器产品在结构设计上基本上都考虑到了现场安装的要求，并在软件设计上加入了初始起动设置工具，帮助用户根据应用背景选择和设置各种必要的功能和参数，但为了进一步扩大市场和不断争取新的用户，厂商仍然会在丰富变频器功能的同时不断提高变频器的易操作性，新型变频器将更加容易操作和更加容易适合特定的应用背景。    (4)寿命和可靠性的提高。随着半导体技术的发展和电力电子技术的发展，变频器中所使用的各种元器件的寿命和可靠性都在不断提高，而随着信息技术的不断发展，新型变频器产品中自我诊断和远程诊断功能的进一步充实以及免维护功能的实现，变频器产品的寿命和可靠性将得到进一步的提高。此外，随着交流调速理论和相关技术的不断发展，新的控制方法和驱动方式也将不断出现，从而使变频器的寿命和可靠性得到进一步提高。    (5)减少对环境的影响。近年来，随着变频器的推广和普及，如何减少变频器，尤其是大功率变频器对周围环境影响的问题越来越受到重视。例如，目前变频器中内置AC Reactor（电抗器）或DC Choke（扼流圈）已经非常普遍，这对减小变频器产生的高次谐波对环境的影响起到了重要作用。未来的新型传感器中将会通过先进的控制方法和新的驱动方式减小dV/dt以及di/dt的变化从而达到来减小高次谐波对环境的影响的目的。而各种新技术和新器件的应用，也将进一步减少变频器对所处环境的影响。    (6)网络化与智能化。尽管当前变频器单独使用的场合仍占多数，但作为工业生产过程中一个重要的执行单元，变频器具有网络化运行的能力将成为工业自动化的趋势。目前许多变频器生产厂商的新产品都已经具有网络连接能力，通过选件形式支持多种现场总线，可以通过PC机方便地完成频率设定、参数设置、工作状态给定及在线监测、系统维护、远程诊断等。    此外，为了满足不同用户的不同需要，新型变频器产品的智能化程度将进一步提高，这主要体现在变频器本身将具有更多的功能供用户选择，而用户则可以根据自己的需要，在变频器所预先设定的多种功能的基础上进行编程，以满足其具体应用的需要。   (7)同步电动机变频器。在许多情况下，使用变频器进行调速的目的是为了节能。在目前的交流调速系统中，出于对可靠性的考虑，大多数系统使用了异步感应电动机。但是，因为小容量异步电动机的转换效率并不高，因此，从节能的观点来看，采用异步电动机实现交流调速并不是最佳的解决方案。    永磁同步电动机具有电机是无刷结构，尺寸小，功率因数高、效率高，转子转速严格与电源频率同步，容易实现无速度传感器矢量控制等优点，非常适合于交流调速系统。近年来，随着永磁材料性价比的不断提高，积极利用永磁同步电动机和变频技术改善交流调速系统效率的技术趋势非常明显。一些公司已经专门推出了以节能为目的的同步电动机变频器，并在许多领域得到了广泛应用。表113给出了变频器技术的市场需求及技术发展趋势。    总而言之，未来的变频器产品将朝着高性能、多功能、长寿命、高可靠、易使用、绿色化、智能化的方向发展。变频器将不仅仅是一个简单的交流调速装置，而将成为实现自动化过程的一个重要的处理单元。变频器技术将不断得到提高，而变频器的应用领域亦将不断得到拓展。