變頻調(diào)速裝置技術(shù)的發(fā)展可以從以下四個(gè)方面來概括。
一、電力電子器件的更新
從晶閘管半控器件到GTR全控器件，逆變器的輸出波形從交流方波發(fā)展到脈寬調(diào)制波形，大大降低了諧波分量，拓寬了異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速范圍，降低了轉(zhuǎn)矩的紋波幅度。但GTR的工作頻率一般在2kHz以下，載波頻率和最小脈寬有限，難以獲得理想的正弦波脈寬調(diào)制波形，使得異步電機(jī)在變頻調(diào)速時(shí)產(chǎn)生噪聲。？
IGBT的工作頻率可以在10到20千赫之間。與GTR相比，IGBT的工作頻率高一個(gè)數(shù)量級(jí)，電壓和電流指標(biāo)已超過GTR。由于提高了逆變器的載波頻率，可以形成特定的PWM波形，異步電機(jī)變頻調(diào)速器的諧波噪聲大大降低。？
智能功率模塊是一種功率集成器件，以IGBT為開關(guān)器件，包含驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路。IPM的保護(hù)功能包括過流、短路、欠壓、過壓和過熱等。還可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。由IPM構(gòu)成的逆變器只需要向橋臂上的每個(gè)IGBT提供隔離的PWM信號(hào)。變頻器（VFD）通過簡(jiǎn)單的外部電路和控制電路的集成，大大縮小了體積。另外，由于功率開關(guān)器件的故障檢測(cè)和保護(hù)電路靠近故障點(diǎn)，可以抑制故障的擴(kuò)大，保證器件的可靠運(yùn)行。
二、控制策略的制定？
第一代VFD采用恒壓頻比控制方式，根據(jù)異步電機(jī)等效電路確定的線性度進(jìn)行變頻調(diào)速。電壓是指基波的有效值。改變U/f只能調(diào)節(jié)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)磁通和轉(zhuǎn)矩，不能動(dòng)態(tài)控制。為了提高電機(jī)在低頻時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，通常采用升高電壓，隨負(fù)載變化補(bǔ)償定子繞組壓降的方法，可將變頻調(diào)速范圍拓寬到20∶1左右。
二代VFD的主要特點(diǎn)是矢量控制方式，參考了DC電機(jī)的控制方式，將異步電機(jī)的定子電流空間矢量分解為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量。首先要控制勵(lì)磁，所以矢量控制也叫磁場(chǎng)定向控制。至于扭矩的控制，是間接的。矢量控制的主要缺點(diǎn)是復(fù)雜的坐標(biāo)變換運(yùn)算和需要檢測(cè)速度信號(hào)。因此，進(jìn)一步提出了一種無速度傳感器矢量控制方法，該方法根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際相電壓和相電流以及定子和轉(zhuǎn)子繞組的參數(shù)計(jì)算出觀測(cè)速度，從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向的矢量控制。由于觀測(cè)速度的精度受計(jì)算參數(shù)與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)之間偏差的影響，所以無速度傳感器的矢量控制的速度控制精度和范圍低于有速度編碼器的矢量控制方案。一般前者的調(diào)速精度為1%，輸出額定轉(zhuǎn)矩時(shí)最低頻率只能達(dá)到1Hz左右，而后者的調(diào)速精度為0.01%，最低頻率為0.1Hz？
與矢量控制并行的還有直接轉(zhuǎn)矩控制，以異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為被控變量，加強(qiáng)轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，不刻意追求輸出電流為正弦。異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制是在定子坐標(biāo)系上直接計(jì)算磁鏈和轉(zhuǎn)矩的大小，并直接跟蹤調(diào)整以獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，其響應(yīng)速度可以小到1 ~ 2 ms，從轉(zhuǎn)矩控制的要求來看，磁鏈有一點(diǎn)誤差，不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)矩控制性能產(chǎn)生顯著影響。這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不敏感。
近年來，不依賴于電機(jī)模型的模糊自尋優(yōu)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制方法被引入交流調(diào)速系統(tǒng)，成為交流調(diào)速理論和控制技術(shù)的一個(gè)新的研究和發(fā)展方向。
三、數(shù)字微處理器的應(yīng)用
數(shù)字控制器處理信息的能力大大提高，采用微機(jī)控制器解決了許多難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制。沒有微型計(jì)算機(jī)的支持，高性能的矢量控制系統(tǒng)是無法真正實(shí)現(xiàn)的。此外，微機(jī)控制技術(shù)為交流調(diào)速系統(tǒng)增加了各種功能，特別是故障診斷技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)。？
微機(jī)控制技術(shù)和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，提高了交流調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行和整定的可靠性、通用性和靈活性，降低了變頻調(diào)速裝置的成本和體積。
以微處理器為核心的數(shù)字控制已成為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的主要特征之一。交流調(diào)速系統(tǒng)用微處理器的發(fā)展簡(jiǎn)述如下:
3.1單片機(jī)？
3.2數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)？
為了提高運(yùn)算速度，20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理器，并采取了一系列措施來提高運(yùn)算速度，包括集成硬件乘法器、提高時(shí)鐘頻率和支持浮點(diǎn)運(yùn)算。近年來，將DSP做成磁芯，將PWM發(fā)生器和A/D轉(zhuǎn)換器集成在一個(gè)芯片上，成為速度快、功率大的32位單片機(jī)，應(yīng)用日益廣泛。？
3.3精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)？
RISC在1986年左右問世。它是由控制器、PWM、A/D等組成的芯片。它是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的突破，使微處理器的性能有了質(zhì)的飛躍。微處理器的進(jìn)步往往依賴于改進(jìn)VLSI(超大規(guī)模集成電路)硬件技術(shù)來提高時(shí)鐘頻率和微處理器速度。RISC側(cè)重于經(jīng)常使用的基本指令的執(zhí)行效率，依靠硬件和軟件的優(yōu)化組合來提高速度。在RISC中，將運(yùn)算復(fù)雜但用處不大的指令丟棄，節(jié)省這些指令占用的硬件資源，以提高簡(jiǎn)單指令的運(yùn)行速度。RISC自誕生以來，經(jīng)過10多年的發(fā)展，其工作速度已經(jīng)從2~3M IPS提高到1000MIPS。？
3.4高級(jí)ASIC？
ASIC又稱適合特定應(yīng)用的IC，是專用芯片的標(biāo)準(zhǔn)單元、內(nèi)部門陣列結(jié)合門陣列、用作程序的可編程邏輯陣列的結(jié)構(gòu)。能夠執(zhí)行特定功能的主ASIC已經(jīng)商業(yè)化很長(zhǎng)時(shí)間了。例如，用于交流電壓轉(zhuǎn)換的SPWM波形發(fā)生器包括HEF4752和SLE4520。ASIC的功能遠(yuǎn)不止一個(gè)發(fā)電機(jī)，它往往可以包含一個(gè)特定的控制系統(tǒng)，比如德國(guó)IAM公司IAM1994年推出的VECON，它是交流伺服系統(tǒng)的單片矢量控制器。DSP協(xié)處理器，PWM定時(shí)器，以及其他可以完成矢量運(yùn)算的外圍和接口電路都集成在一個(gè)芯片上，大大提高了可靠性。
四、功能整合？
新一代VFD在強(qiáng)大的微處理器支持下，不僅可以完成電機(jī)變頻控制的基本功能，還內(nèi)置了可編程、參數(shù)識(shí)別、通訊等功能。比如:？
4.1自動(dòng)加減速？
VFD可實(shí)現(xiàn)模糊最優(yōu)加減速，根據(jù)電機(jī)負(fù)載狀態(tài)自動(dòng)設(shè)定最短加減速時(shí)間；或者在設(shè)定的最短加減速時(shí)間內(nèi)，限制加速電流，將減速DC過電壓控制在允許值內(nèi)。
4.2程序運(yùn)行？
VFD您可以根據(jù)預(yù)設(shè)的速度值和運(yùn)行時(shí)間執(zhí)行多個(gè)程序運(yùn)行。比如每個(gè)路段的運(yùn)行時(shí)間、加減速時(shí)間、正反向都可以提前設(shè)置。？
4.3節(jié)能操作？
VFD能自動(dòng)選擇輸出電壓使電機(jī)運(yùn)行在最小電流狀態(tài)，使電機(jī)損耗最低，其效率在原來節(jié)能的基礎(chǔ)上提高3%。？
4.4電機(jī)參數(shù)識(shí)別？
無速度傳感器矢量控制VFD需要根據(jù)電機(jī)參數(shù)計(jì)算觀測(cè)速度。一般來說，制造商預(yù)先設(shè)置VFD電源的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)參數(shù)，或者用戶可以采用新的方式設(shè)置所有電機(jī)的參數(shù)。新的VFD還可以自動(dòng)識(shí)別電機(jī)的參數(shù)，并在第一次試運(yùn)行時(shí)按照規(guī)定的程序打印出來。從而拓寬了VFD的應(yīng)用范圍，使用方便。？
4.5溝通與反饋功能？
新的VFD一般配有RS232/422/485通信接口，可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與VFD的1對(duì)1或1對(duì)多的通信功能，可以發(fā)布上位機(jī)的運(yùn)行指令或上傳VFD的運(yùn)行狀態(tài)。需要高精度控制時(shí)，可以選擇編碼器，將速度反饋信號(hào)反饋到VFD形成閉環(huán)系統(tǒng)。VFD的通訊功能對(duì)于不同的廠商有不同的形式。完善的軟件功能和標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議使靈活的系統(tǒng)配置成為可能，形成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，其中VFD作為通信從站和傳輸執(zhí)行機(jī)構(gòu)。？
五、結(jié)束語(yǔ)？
交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷程表明，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展的需要推動(dòng)了交流調(diào)速的快速發(fā)展?，F(xiàn)代控制理論、電力電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應(yīng)用，為交流調(diào)速的迅速發(fā)展創(chuàng)造了技術(shù)和物質(zhì)條件。
