自工控領(lǐng)域中變頻器從研發(fā)到應(yīng)用開(kāi)始，已經(jīng)伴隨著我們各種行業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)前行了幾十年，作為承擔(dān)電機(jī)調(diào)速重任的設(shè)備，其不管是改善生產(chǎn)工藝還是節(jié)能上面，都有著關(guān)鍵性的作用。從專(zhuān)業(yè)技術(shù)層面來(lái)解釋闡述的話(huà)，這是一種利用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合，從而完成改變交流電機(jī)電源頻率的方式，來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的電力控制設(shè)備。
而變頻器于電機(jī)調(diào)速而言，有何意義了？為何交流電機(jī)需要利用它來(lái)完成調(diào)速？
關(guān)于變頻器的重要性，我們從以下幾個(gè)方面來(lái)了解一下它的誕生和發(fā)展過(guò)程。
工業(yè)生產(chǎn)中，使用電機(jī)對(duì)物體或部件的速度、位置進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，是一個(gè)必要的過(guò)程，比如：起重設(shè)備，織機(jī)設(shè)備，物料傳送帶，收放卷...等各種不同類(lèi)型的機(jī)器設(shè)備。
在電機(jī)調(diào)速技術(shù)還不成熟的時(shí)候，人們只能采用一些機(jī)械輔助件去解決物體運(yùn)動(dòng)控制的問(wèn)題，比如：齒輪箱、離合器...等復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置，如果遇到一些無(wú)法自由調(diào)節(jié)電機(jī)的情況，為了達(dá)到某種運(yùn)動(dòng)目的，就需要更換齒輪箱，改變傳動(dòng)比，或者是切換離合器，這個(gè)過(guò)程不僅非常費(fèi)時(shí)，而且對(duì)機(jī)械的損耗也非常大。
在另一類(lèi)流體控制應(yīng)用場(chǎng)景中，電機(jī)通過(guò)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推動(dòng)氣體、液體流動(dòng)或使其產(chǎn)生相應(yīng)的氣壓，液壓，早期同樣是由于無(wú)法自由的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，只能通過(guò)管道內(nèi)的閥門(mén)進(jìn)行開(kāi)閉，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流量和壓力的控制，這樣的控制模式非常浪費(fèi)電能。
在沒(méi)有變頻器的年代，由于無(wú)法自由的調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，為了達(dá)到某種運(yùn)動(dòng)目的，傳統(tǒng)的機(jī)械不得不增加很多配件，這不僅增加了整體系統(tǒng)復(fù)雜性與成本，還限制了設(shè)備的性能和發(fā)展空間，為了解決這些問(wèn)題，推出簡(jiǎn)單而高效的電機(jī)調(diào)速技術(shù)，一直是工業(yè)傳動(dòng)研究的熱點(diǎn)和痛點(diǎn)。
為了解決問(wèn)題，早期電機(jī)調(diào)速的重點(diǎn)一直是直流電機(jī)，其主要原因之一，就是人們首先掌握的是整流技術(shù)，而且直流電機(jī)的機(jī)械特性，也非常適宜某些場(chǎng)景需求，最簡(jiǎn)單的調(diào)整電樞電壓的方法就是串入電阻，阻值越大，壓降越大，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢。
然而，直流電機(jī)的缺陷也是非常明顯的，例如：集電環(huán)及碳刷需要定期維護(hù)、直流電機(jī)制造工藝復(fù)雜，制造成本高...等。這就意味著，在大范圍的電機(jī)應(yīng)用中，直流電機(jī)并不適合。
而交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要簡(jiǎn)單很多，沒(méi)有換向器等結(jié)構(gòu)，制造方便，牢靠穩(wěn)定，適合于高轉(zhuǎn)速，高電壓，大電流的應(yīng)用場(chǎng)合，唯一需要解決的便是交流電機(jī)的調(diào)速問(wèn)題。
Nikola Tesla發(fā)明交流電機(jī)
早在 1888 年，交流電和交流電機(jī)就已經(jīng)問(wèn)世，但在之后很長(zhǎng)一段時(shí)間，交流電機(jī)都因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)原因，只能以一個(gè)或多個(gè)固定的速度運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速與頻率成正比，與極對(duì)數(shù)成反比：
n = 60 f（ 1 - s ）/ p
通過(guò)上述公式可看出，轉(zhuǎn)差率 s 和極對(duì)數(shù) p 都是電機(jī)的固有特性參數(shù)，在電機(jī)制造完成后就不能改變了，若想自由的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，只有改變其動(dòng)力電源的輸入頻率f；而在變頻器誕生之前，基本沒(méi)有什么手段能自由調(diào)整電網(wǎng)電壓的頻率。
隨著20世紀(jì)80年代的半導(dǎo)體技術(shù)的興起與發(fā)展，其中微處理器和晶閘管的技術(shù)也越發(fā)成熟，已是可以使用微處理器控制晶閘管的導(dǎo)通狀態(tài)了。這樣，使用微處理器控制上下橋開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通閉合，按照特定的時(shí)序連續(xù)完成動(dòng)作，就能夠?qū)⒅绷麟娮儞Q為交流電，這也就是我們經(jīng)常說(shuō)的逆變技術(shù)；同時(shí)，我們可以調(diào)整功率元件開(kāi)閉的動(dòng)作周期，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變輸出頻率的調(diào)節(jié)。
然后在通過(guò)與整流技術(shù)相結(jié)合后，就可根據(jù)所需電源的幅值與頻率，將電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率和快速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率以及相應(yīng)電壓的交流電，以此來(lái)改變電機(jī)的輸入頻率，完成對(duì)交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制；變頻器在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，變頻器完成了在應(yīng)用中升級(jí)和演化的發(fā)展，最終成為如今我們所看到的樣子，這都是由許多工控從業(yè)人員與科研人員的不懈努力的成果。
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