近十多年來，隨著大規(guī)模集成電路和計算機控制技術的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應用，特別是矢量控制技術的應用，使得交流變頻調速技術逐步具備了寬的調速范圍，高的穩(wěn)速精度，快的動態(tài)響應，以及在四象限作可逆運行等良好的技術性能，調速特性可與直流電力拖動相媲美。
在交流調速技術中，由于變頻調速的調速性能與可靠性在不斷完善，價格也在不斷降低，特別是它的節(jié)電效果明顯，實現(xiàn)變頻調速極為方便，因此，在一切需要速度控制的場合，變頻器以其操作方便，體積小，控制性能高而獲得廣泛的應用。
1通用變頻器的發(fā)展
工業(yè)中使用的變頻器可以分為通用變頻器和專用變頻器。通用變頻器用于一般工業(yè)驅動；專用變頻器用于特定的控制對象。通用變頻器的特點是功能多樣化，可以適用于不同的場合。80年代中期，通用變頻器又沿著兩個方向發(fā)展：節(jié)能用通用變頻器和自動化用通用變頻器。其中，自動化用通用變頻器主要用于運輸機械，機床，電梯等。中小型通用變頻器的主體一般采用V/f比控制，即VVVF控制。目前市場上銷售的變頻器大都是V/f控制的，使用相當廣泛。中小型變頻器的發(fā)展方向是：降低噪聲，減少諧波對電源的影響，提高低速時的轉矩，以及產(chǎn)品更加小巧。為了減小中小容量變頻器的體積，普遍采用智能化功率模塊。所謂智能化功率模塊是將變頻器的三相主電路，IGBT的驅動電路，部分檢測電路和保護電路集成在一塊模塊內(nèi)，用戶使用時只需設計控制電路和電源，在配以適當?shù)臑V波電容即可構成一臺變頻器，它的體積比采用普通功率模塊的變頻器可以縮小30%以上。
為了滿足當今對變頻器更高性能和更精巧化的要求，新近推出的通用變頻器采用無速度傳感器矢量控制，傳統(tǒng)的矢量控制調速幾乎都是與電機配套銷售的，這是由于矢量控制調速系統(tǒng)的性能依賴于電機參數(shù)的準確性。新型矢量控制調速系統(tǒng)具有參數(shù)自整定功能，在變頻器起動時自動地測量電機參數(shù)，并調整系統(tǒng)控制參數(shù)，如PI調節(jié)器的參數(shù)等，因此在各種條件下均可保持系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，可以高效和充分利用電機的能力，操作更加方便。無速度傳感器矢量控制調速系統(tǒng)除了用來改進通用變頻器性能外，另一目的是簡化矢量控制，省去速度傳感器，提高系統(tǒng)的可靠性指標。
2變頻器的合理選用
目前變頻器已應用到冶金，紡織，礦山，工業(yè)控制，家用電器等各行各業(yè)。采用變頻器目的有以下幾點：根據(jù)工作要求有調速的場合采用；為節(jié)能而采用；在電動機的軟啟動及制動等功能中采用。在選用變頻器時要重點考慮以下方面的問題。
211變頻器容量的計算
選用變頻器時，變頻器容量大小的確定至關重要。因為合理的容量選擇是節(jié)約能量，節(jié)省開支，安全運行的保障，根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗，比較簡便的方法為：（1）按電機的額定電流Im并考慮其過載系數(shù)K來計算變頻器電流的大小（2）當一個變頻器供多臺電動機使用時，要考慮在一部分電動機已經(jīng)運轉而另一部分電動機起動的情況。
（3）電動機實際負載小于其額定負載時可以用理論公式計算，將有功電流按實際功率打折扣再加上無功電流。
但通常不宜過分降低變頻器的容量，因為：電動機起動電流與負載大小無關，它不應大于變頻器過流容量；大電動機電抗小，故電流脈動大，易造成變頻器過流動作；變頻的電動機最大轉矩小于工頻時的最大轉矩，在起動及低速區(qū)要求加大變頻器及電機容量。如715kW電動機用在215kW負載下，按電流計算需用317kW的變頻器，考慮電流脈動，可選515kW. 212V/f類型的選擇變頻器的選定過程，實際上就是一個變頻器與電動機的最佳匹配過程，V/f類型的選擇包括最高頻率，基本頻率，轉矩類型等項目。
最高頻率是變頻器―電動機系統(tǒng)可以運行的最高頻率，由于變頻器自身的最高頻率可能較高，當電動機容許的最高頻率低于變頻器的最高頻率時，應按電動機及其負載的要求來選定?；绢l率是變頻器對電動機進行恒功率控制和恒轉矩控制的分界線，應按電動機的額定電壓進行設定。轉矩類型指的是負載是恒功率負載還是恒轉矩負載。V/f控制在低頻時是恒轉矩（即恒電流）調速，由于轉速低，冷卻效果差，溫升可能比額定時大2―3倍，恒轉矩負載應適當加大電動機及變頻器的容量。通用變頻器均備有多條V/f曲線供用戶選擇，用戶在使用時應根據(jù)負載的性質選擇合適的V/f曲線。
213考慮其它因素的影響
除上述必要的項目外，在選用不同品牌的變頻器時，還必須考慮一些參數(shù)對使用的影響，如：（1）環(huán)境溫度：不同品牌的變頻器都標明了工作時的環(huán)境溫度，如日立J100系列為10°―40°C，當允許溫度范圍內(nèi)溫度每增加1℃，其額定電流將要減少215%.（2）諧波：變頻器工作時要產(chǎn)生諧波，由于諧波電流的影響，使電動機的功率因素及效率降低，同樣負載情況下其電流上升10%，也就是說原來電動機的有效功率可能減少，應降額使用。
（3）噪聲：用變頻器后諧波電流將加大電動機噪聲，必要時可用電抗器限制，當諧波頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等時，將使整個系統(tǒng)發(fā)生嚴重諧振而無法穩(wěn)定地工作。因此變頻器在進行頻率調節(jié)時，必須跳過該諧振點，稱為頻率跨跳功能。
3變頻器的合理使用
制造商在開發(fā)，制造變頻器時，充分考慮了用戶的需要，設計了多種可供用戶選擇的設定，保護功能，但如何充分發(fā)揮這些功能，合理使用變頻器，必須注意下列幾個方面的問題：（1）合理調整起動轉矩
調整起動轉矩是為了改善變頻器起動時的低速性能，使電機輸出的轉矩能滿足生產(chǎn)負載起動的要求。在異步電動機變頻調速系統(tǒng)中轉矩的控制較復雜，在低頻段，由于電阻，漏電抗的影響不容忽略，若仍保持V/f為常數(shù)，則磁通將減小，進而減小了電機的輸出轉矩。為此，在低頻段要對電壓進行適當補償以提升轉矩?？墒?，漏阻抗的影響不僅與頻率有關還和電機電流大小有關，準確地補償是很困難的，因此一般變頻器均由用戶進行人工設定補償。
近年來開發(fā)了一些能進行自動補償?shù)淖冾l器，但所需的計算量，硬件，軟件都較復雜，這種變頻器一般為用戶提供了兩種選擇：自動設置和自動轉矩提升。當電壓補償過大時，將會造成電動機鐵心飽和，勵磁電流增加，引起電動機的過載。
（2）合理設定加，減速時間
電機的運動方程式為Jdω/dt=Te2Tz式中，Te為電磁轉矩；Tz為負載轉矩。
電機在加，減速時的加速度dω/dt取決于加速轉矩（Te2Tz），而變頻器在起，制動過程中的頻率變化率是用戶設定的。若電機轉動慣量J或電機負載Tz變化，按預先設定的頻率變化率升速或減速時，有可能出現(xiàn)加速轉矩不夠，從而造成電機失速，即電機轉速與變頻器輸出頻率不協(xié)調，從而造成過電流或過電壓。因此，需要根據(jù)電機轉動慣量和負載合理設定加，減速時間，使變頻器的頻率變化率能與電機轉速變化率相協(xié)調。
檢查此項設定是否合理的方法是先按經(jīng)驗選定加，減速時間進行設定，若在起動過程中出現(xiàn)過流則可適當延長加速時間；若在制動過程中出現(xiàn)過流，則適當延長減速時間；另一方面，加，減速時間不宜設定太長。時間太長將影響生產(chǎn)效率，特別是頻繁起，制動的負載。
（3）合理設定頻率跨跳
V/f控制的變頻器驅動異步電動機時，在某些頻率段，電機的電流，轉速會發(fā)生振蕩，嚴重時系統(tǒng)無法運行，甚至在加速過程中出現(xiàn)過電流保護，使得電機不能正常啟動，在電機輕載或轉矩慣量較小時更為嚴重。普通變頻器均備有頻率跨跳功能，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的頻率點，在V/f曲線上設置跨跳點及跨跳寬度，當電機加速時可以自動跳過這些頻率段，保證系統(tǒng)能夠正常運行?？梢栽O定的數(shù)值有兩個：跨跳頻率和跨跳寬度。普通變頻器提供給用戶的設定點有3處，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)調試時出現(xiàn)的振蕩點設定跨跳頻率和跨跳頻率寬度。
圖2跨跳頻率的設定（4）合理選擇制動電阻
當電機制動運行時，貯存在電機中的動能經(jīng)過PWM變頻器回饋到直流側，從而引起濾波電容電壓超過設定值后，經(jīng)制動電阻消耗回饋的能量。小容量變頻器帶有制動電阻，大容量變頻率器的制動電阻通常由用戶根據(jù)負載的性質和大小，負載周期等因數(shù)進行選配。制動電阻的阻值大小將決定制動電流的大小，制動電阻的功率均是按短時工作制進行標定的，選擇時應加以注意。當電機以四象限運行時，要考慮各種工作情況下制動能量的需求，校核最嚴重的情況，并據(jù)此確定制動電阻。
（5）合理設定變頻器的保護
由于設置不當，負載變化，外界運行條件的改變，以及變頻器的元器件的損壞或接觸不良等因素都有可能造成變頻器的故障。當變頻器出現(xiàn)故障和非正常運行時，變頻器必須有快速可靠的保護。通用變頻器提供的保護功能有：過電流保護，過電壓保護，反接保護，外部跳閘，瞬時電源故障，EEPROM出錯，CPU錯誤，功率模塊故障等。必須正確設定保護參數(shù)，并且使電動機與變頻器的保護參數(shù)相匹配。當變頻器出現(xiàn)外部故障時，變頻器應具備協(xié)調處理能力，使變頻器停止工作。有些故障是變頻器的參數(shù)設定不合理造成的，這時需要重新設置。例如由于加速時間設定不合理可能造成加速過程的過電流，適當延長加速時間就可以避免加速過程電流的發(fā)生。有些故障現(xiàn)象是短時出現(xiàn)的，如電源供電質量造成的短時過電壓，在電源恢復正常時變頻器可以恢復正常運行。
隨著電力電子技術的進一步發(fā)展，大量新器件的出現(xiàn)，各種高壓集成電路，智能化集成電路不斷推陳出新，使通用變頻器的性能日臻完善，功能越來越強，如何根據(jù)用戶的要求使變頻器工作在最佳狀態(tài)并不是一件容易的事。
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