變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換器。當(dāng)今的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括很多技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢(shì)是:交流驅(qū)動(dòng)、高頻功率變換器、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制。
VFD是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換器。當(dāng)今的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括很多技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢(shì)是:交流驅(qū)動(dòng)、高頻功率變換器、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制。因此，VFD作為系統(tǒng)的重要功率變換元件，通過(guò)提供可控的高性能變壓變頻交流電源，得到了快速發(fā)展。
隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，VFD的性價(jià)比越來(lái)越高，體積越來(lái)越小。然而，制造商仍在做出新的努力，以提高VFD的可靠性，并實(shí)現(xiàn)其進(jìn)一步小型化、輕量化、高性能、多功能和無(wú)污染。VFD的性能取決于其輸出交流電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響。二是取決于對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)；第三，取決于自身的能量損耗(即效率)。這里以數(shù)量大、范圍廣的AC-DC-AC VFD為例，闡述其發(fā)展趨勢(shì):
主電路功率開(kāi)關(guān)元件的自切換、模塊化、集成化和智能化；隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高，開(kāi)關(guān)損耗進(jìn)一步降低。
VFD主電路拓?fù)洹FD的網(wǎng)側(cè)變流器，低壓小容量設(shè)備通常采用6脈波變流器，中壓大容量設(shè)備采用12脈波以上變流器。負(fù)載側(cè)變流器通常對(duì)低壓小容量設(shè)備采用兩電平橋式逆變器，而對(duì)中壓大容量設(shè)備采用多電平逆變器。對(duì)于四象限旋轉(zhuǎn)，為了實(shí)現(xiàn)VFD再生能量對(duì)電網(wǎng)的反饋，節(jié)約能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)該是可逆的，同時(shí)出現(xiàn)了具有雙向功率流的雙PWM VFD適當(dāng)控制網(wǎng)側(cè)變流器可以使輸入電流接近正弦波，減少對(duì)電網(wǎng)的公害。
脈寬調(diào)制VFD的控制方式可以是正弦波脈寬調(diào)制控制、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)。
交流電機(jī)變頻控制方法的進(jìn)步主要體現(xiàn)在從標(biāo)量控制發(fā)展到具有高動(dòng)態(tài)性能的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制以及無(wú)速度傳感器矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的發(fā)展。
微處理器的進(jìn)步使得數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)快速系統(tǒng)，特別是交流電機(jī)的高性能控制需要實(shí)時(shí)存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)并快速處理大量信息。近年來(lái)，國(guó)外各大公司都推出了以DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)為核心，配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路。DSP單片電機(jī)控制器集成在單個(gè)芯片上，大大降低了價(jià)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(jī)相比，DSP的數(shù)字處理能力提高了10~15倍，可以保證系統(tǒng)優(yōu)越的控制性能。數(shù)字控制簡(jiǎn)化了硬件，柔性控制算法使控制變得靈活，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的控制規(guī)則，使現(xiàn)代控制理論在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷，加強(qiáng)保護(hù)和監(jiān)控功能，使系統(tǒng)智能化(例如有些VFD具有自調(diào)節(jié)功能)。
交流同步電機(jī)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(jī)。電機(jī)采用無(wú)刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與工頻嚴(yán)格同步。同步電機(jī)頻率控制系統(tǒng)有兩種類型:獨(dú)立頻率控制和自動(dòng)頻率控制。自動(dòng)頻率控制同步電機(jī)的原理與DC電機(jī)非常相似。電力電子變換器取代了DC電機(jī)的機(jī)械換向器。例如，當(dāng)使用交流-DC-交流電壓VFD時(shí)，稱為“DC無(wú)換向器電機(jī)”或“無(wú)刷DC電機(jī)”。自動(dòng)變頻同步電機(jī)的傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，但無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)正在開(kāi)發(fā)中。矢量控制也可用于同步電機(jī)的獨(dú)立變頻方式，其基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制比異步電機(jī)簡(jiǎn)單。
