变频器应用现状及发展趋势

肖海乐 顾月刚

摘要

本文就变频器基本定义、工作原理、发展情况进行了简单概述，同时就变频器应用情况展开系统分析，并着重研究了变频器的今后发展趋势，以便于为我国变频器行业的可持续发展提供指导建议。

【关键词】变频器 应用现状 发展趋势

1 变频器概述

1.1 变频器基本定义

变频器又名逆变器，属于电力控制设备，该设备融合了微电子处理技术、电气生产技术及变频技术，通过改变电机工作电源频率的方式实现对交流电动机的调控管理。变频机主要涵盖了整流、滤波、逆变、制动、驱动、检测处理六大模块，在电路智能化生产过程中发挥重要作用。

1.2 变频器工作原理

图1为变频器的基本工作原理，模块P、N组成了交流器电路，具有将交流电整定为直流电的作用，同時将其作用到负荷z模块上。若在模块P上施加了正弦脉冲信号，此时得到的直流电则呈现正弦规律，其正弦周期为交流电周期的整数倍。在模块P、N的共同作用下，会在负荷Z模块上施加正弦周期电流，其频率能够伴随脉冲信号周期大小调整变化。

1.3 变频器发展情况

早在1930年开始，我国学者开始针对交流调试技术展开研究，虽然进展缓慢，但是还是取得了一定成效。在1960～1970年之间，我国的微电子技术、调控技术得到迅猛发展，此时的交流调速能够发挥与直流调速相媲美的功能，并有取代直流调速的趋势。在随后的数十年时间里，我国变频器产业经历从无到有、从有到专的发展历程，并且在全国各个地区都建立了不同规模的变频器生产厂家。目前较为知名的变频器生产厂家有北京ABB公司、上海台达集团、天津SIEMENS公司、无锡台安公司等，在国际市场上也是享有盛名的。

2 变频器应用现状

2.1 变频调速方面的应用

变频器最初的研发目的在于对系统电机进行调速管理，以便于确保调速系统满足电动机的各种工作需求。变频器通过改变电机供电频率的方式，实现对同步转速的调速管理，能够大幅降低电机工作成本，同时不会对原有机械性能产生影响。具有高精度无极调速，适用于多种传动机械设备;具有软启软停功能，启动能耗小，不会对电网产生冲击电流影响;具有开环自动/手动、闭环自动/手动多种调控模式，电源频率不会对其产生影响;功率因数与转速呈正比，大幅提升电机使用效率;内部配有微调控器，能够实现一机多控目的;多重保护功能，大幅提高电机安全性能。

2.2 高效节能方面的应用

我国作为能耗大国，虽然具有丰富的自然资源，但是对于能源的利用率却相对较低，变频器的出现在很大程度上提高了我国节能环保工作效率。变频器的应用能够大幅提高电机转速控制精度，有助于电机处于最节能的工作状态。就风机水泵而言，结合流体力学知识可知轴功率与转速三次方呈正比，当风量变小引起风机转速降低时，轴功率就会呈现大幅降低趋势，此时就会表现出极佳的节能调速效果。变频机以其优异的节能性能广泛应用于供水系统、空调设备、电梯控制、机床加工、过程调控等多个领域，不仅确保了电机调节精度，同时也降低了人力成本投入，收获较多经营收益。

2.3 质量提升方面的应用

变频器技术由于具备简单易控的操作流程、人性化调控管理界面，目前己应用到多种机械设备控制重工业领域。变频器的研发生产在很大程度上提高了电机等电子机械的使用寿命，有效预防噪音污染、降低设备危险的同时，还能进一步提高电子机械的工艺水平及产品质量。例如应用了变频器技术的空调、冰箱、洗衣机等家用电器，在日常使用中具备更小的电压冲击，具有较高的产品质量，因此其使用寿命较传统家电相比更长。

3 变频器发展趋势

3.1 主控一体

伴随日本三菱公司DIPIPM模块的成功研发与生产，标志着变频器开始转向调控电路一体化、数字化，并能够满足广大电力用户对于家电产品易操作、较稳定的基本需求。变频器将参数辨识模块、PLC调控模块、PID调控模块、通信模块选择性集成起来，形成的一体化调控系统具有更为完善的功能，不仅提高了整个家电系统的可靠性，同时也减少了系统与外部电路的连接。研究发现，目前研制生产的变频器已经和电动机合二为一，有效降低了系统占地面积，使得系统日常调控更为简洁方便。

3.2 专业系统

为了确保变频器在各个领域发挥更多功能，以便适用于各种特殊机械控制系统，专家学者逐渐将研究重心转向专业系统化，其中集中型变频器的研发生产成为大势所趋。随着D&M&C概念的提出，更加凸显了高性能变频器的重要性，因此我国变频器生产厂家先后研制出适用于各种系统的高性能变频器，像奥圣公司研发的全封闭型变频器能够适用于多种恶劣场所;英威腾的SAJ变频器S350高性能矢量变频器涵盖了全新高速电机控制芯片ESP，具有极快的矢量控制响应能力;伟创AC90高性能矢量变频器融入了开环张力控制技术，在我国张力控制行业得到广泛应用。

3.3 小型集成

变频器可谓电气系统功率转换的重要模块，常常伴随系统设计、实装技术的发展而优化创新，为了适应当前系统集成及器件条件的变化，变频器逐渐向着小型集成方向发展。变频器小型集成设计涵盖了较为先进的冷却技术，因此有助于改善功率元件发热情况。北京ABB公司就提出了名为Comp-ACTM的小型变频器理念，他们指出小型变频器应该具备和触发器、启动器相同的操作、安装流程，同时兼具较高的安全性、可靠性。

3.4 低磁除噪

随着科技的发展进步，变频器在满足EMC国际标准的前提下需要具备更好的抗干扰性、高次谐波抑制性，通过在变频器输入端安装交流电抗器或连接有源功率因数电路的方式改善输入电流波形，以便于降低电网谐波干扰。利用半谐振方式调控电源开关，这种调控方式控制开关功率在30～50MHz的情况下能够将噪音降至15～20dB。

4 结语

随着微电子技术、电气生产技术及变频技术的不断发展，我国变频器逐渐向着主控一体、专业系统、小型集成、低磁除噪的方向发展，变频器控制精度及动态特性将逐渐趋于完善，有助于实现节省时间、节约成本的目的，同时也能在一定程度上提高我国变频器产品的国际竞争力。

参考文献

[1]崔江海.高压变频器应用中的若干问题及对策[J].变频器世界，2013（08）：13-15.

[2]吕明磊.浅谈变频器应用现状及发展趋势[J].机电信息，2012（02）：67-69.