交流变频技术发展经历了哪三代（变频技术的发展现状以及未来的发展趋势）

变频器（以下简称-VFD）是运动控制系统中的功率转换器。目前，运动控制系统已覆盖多个技术领域的学科，总的发展趋势是交流传动、高频功率变换器、数字化、智能化和网络化控制。

随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，VFD的性价比越来越高，体积越来越小。而且，厂商也在不断提高可靠性，为实现VFD的进一步小型化、轻量化、高性能化、多功能化、无污染化做出新的努力。要区分VFD，必须看其输出交流电压的谐波对电机的影响；二是取决于对电网的谐波污染和输入功率因数；最后，它取决于自身的能量损失。

2018年，由于下游行业设备投资意愿较弱，订单增长放缓，中国VFD市场出货量下滑，国内VFD企业迫切需要缩小技术差距，加强质量管控，抢占高端市场。国内VFD市场增速一直保持在12% ~ 15%，潜在市场空间约1200亿~ 1800亿元。中低压VFD市场规模增长10% ~ 15%，预计市场规模接近200亿元；高压VFD市场需求增速在40%以上。随着需求的不断增加，市场规模有望达到121亿元。未来两年，冶金行业VFD的市场需求将主要集中在项目改造过程中节能减排设备的使用。在这方面，国家给予了积极的政策支持，企业也在大力实施。因此，冶金行业VFD的市场需求将进一步扩大，未来将保持20%左右的增长。

1.发展状况

VFD是利用功率半导体器件的通断功能将工频电源转换为另一种频率的电能控制器件。我们现在使用的VFD主要采用交流-DC-交流模式(VVVF变频或矢量控制变频)。首先将工频交流电源通过整流器转换成DC电源，然后将DC电源转换成频率和电压可控的交流电源供给电机。VFD的电路一般由四部分组成:整流器、中间DC环节、逆变器和控制。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，输出为PWM波形。中间的DC环节是滤波、DC储能和无功功率缓冲。

交流电机变频调速已成为当代电机调速的趋势。它体积小、重量轻、扭矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简单、通讯方便，优于以往任何一种调速方式。因此广泛应用于钢铁、有色、石油、石化、化纤、纺织、机械、电力、电子、建材、煤炭、医药、造纸、注塑、卷烟等。介绍了日本、美国、欧洲等发达国家变频调速技术进入中国市场和国内企业崛起的概况，指出VFD在技术上正向高性能化、模块化、专业化、多功能化方向发展。由于增加消费、降低价格和行业合并，有可能向海外扩张。

交流电机变频调速已成为当代电机调速的趋势。它体积小、重量轻、扭矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简单、通讯方便，优于以往任何一种调速方式，如变极调速、调压调速、转差调速、串级调速、换向器电机调速、液力偶合器调速甚至DC调速。因此广泛应用于钢铁、有色、石油、石化、化纤、纺织、机械、电力、电子、建材、煤炭、医药、造纸、注塑、卷烟、起重机、城市供水、中央空调、污水处理等行业。

运动控制系统的发展VFD是运动控制系统中的功率转换器，运动控制系统是作为机电能量转换器的电驱动技术的发展。今天的运动控制系统是一个包括许多学科的技术领域。总的发展趋势是:交流传动、高频功率变换器、数字化、智能化和网络化控制。因此，VFD，作为系统重要的电源转换部件，通过提供可控的高性能交流电源，实现变压变频，发展迅速。

2.发展趋势

VFD技术的发展趋势经历了大约30年的研发和应用实践。随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，VFD的性价比越来越高，体积越来越小。但厂商仍在做出新的努力，不断提高VFD的可靠性，实现进一步小型化、轻量化、高性能、多功能、无污染。VFD的性能取决于其输出交流电压的谐波对电机的影响、对电网和输入功率因数的谐波污染以及自身的能量损耗(即效率)。以AC-DC-AC VFD为例，在技术上，将在以下几个方面进一步发展:

1.主电路中功率开关元件的自动关断、模块化、集成化和智能化，提高开关频率，进一步降低开关损耗。

2.VFD主电路拓扑:VFD'的网侧变流器通常采用6脉波变流器用于低压小容量，而中压大容量的则采用多个12脉波以上的变流器。对于低压小容量，侧边变换器通常采用两电平桥式逆变器，而对于中压大容量，则采用多电平逆变器。

3.脉宽调制变压器的控制方法VFD:正弦脉宽调制(SPWM)控制。消除特定阶次谐波的脉宽调制控制。电流跟踪控制。空间矢量控制(通量跟踪控制)。

4.交流电机频率控制方法的进展:从标量控制(电压/频率控制和转差频率控制)到高动态性能的矢量控制和直接转矩控制。开发无速度传感器矢量控制和直接转矩控制系统。

21世纪，电力电子的衬底已经从Si(硅)转变为SiC(碳化硅)，这使得电力电子新器件进入了高电压、大容量、高频、组件模块化、小型化、智能化、低成本的时代。各种适用于变频调速的新型电气设备正在开发中。随着IT的快速发展和控制理论的不断创新，这些与VFD相关的技术将影响其发展趋势。

交流变频调速技术是强弱电和机电一体化相结合的综合技术。它不仅处理巨大电能的转换(整流和逆变)，还处理信息的收集、转换和传输。因此，其常用技术必须分为成功率和控制两部分。前者要解决高压大电流相关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决硬件和软件开发问题(目前主要是全数字控制技术)(基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略)。其主要发展方向如下:

智能化

系统中安装了intelligent VFD后，无需那么多功能设置，即可轻松操作使用，工作状态显示、故障诊断与排除、甚至元件自动转换都很明显。可利用互联网进行远程监控，实现多个VFD根据工艺程序联动，形成优化的VFD集成管理控制系统。

基于电机和机械模型的控制策略包括矢量控制、磁场控制、直接转矩传递控制和机械扭振补偿。基于现代理论的控制策略包括滑模变结构技术、模型参考自适应技术、利用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观测器、一定指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等。基于智能控制思想的控制策略包括模糊控制、神经网络、专家系统以及各种自动优化和自诊断技术。

环境保护

保护环境，制造“绿色”产品，是人类的新概念。未来，VFD将更加注重节能和低污染，即尽量减少噪声和谐波在使用过程中对电网和其他用电设备的污染干扰。

清洁功率变换器是指变换器的功率因数为1，电网侧和负载侧的谐波分量尽可能低，以减少对电网的污染和电机的转矩脉动。对于中小容量变换器，采用脉宽调制控制提高开关频率是有效的。对于大容量变流器，在常规开关频率下，可以改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的转换。

详细说明

根据某类负载的特点，可以针对性地制造专用VFD不仅有利于经济有效地控制负载电机，还可以降低制造成本。例如VFD用于风机和水泵，VFD用于起重机械，VFD用于电梯控制，VFD用于张力控制，VFD用于空调等。

紧凑型转换器要求功率和控制元件高度集成，包括智能功率模块、紧凑型光耦合器、高频开关电源以及由新型电气材料制成的小体积变压器、电抗器和电容器。动力装置冷却方式的改变(如水冷、蒸发冷却和热管)对于减小装置尺寸也非常有效。

综合

VFD有选择地将参数识别系统、PID调节器、PLC控制器、通信单元等相关功能部件集成到一台一体机中，不仅可以增强功能，增加系统可靠性，还可以有效减少系统体积和外部电路的连接。据悉，已经开发出了VFD和电机的一体化组合机，使整个系统更小，控制更方便。

基于32位高速微处理器的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法。随着Windows操作系统的引入，可以自由设计，图形编程的控制技术也有了很大的发展。电机模拟器、负载模拟器和各种CAD软件的引入，为VFD，的设计和测试提供了强有力的支持。

总之，VFD技术的发展趋势是向智能化、易操作、功能健全、安全可靠、环保、低噪音、低成本、小型化方向发展。

3.VFD发展方向

随着高速变频技术的发展和综合利用，VFD工业在水泥、电梯、印刷、电力、医药、通信、交通、电力、电子、环保等领域的现代化得到了前所未有的发展和应用。国民经济中几乎各行各业都与VFD息息相关。总的来说，中国VFD行业的竞争日趋激烈。因为市场很有吸引力，不仅市场已经形成了一定的规模，而且潜在的市场容量也相当可观，不断吸引着行业的新参与者。随着国内厂商的技术进步和质量稳定性的提高，以及服务和价格的优势，预计未来几年国外厂商垄断高端产品的市场情况将有所改善。

国内有300多家VFD设备制造企业，但实力和规模参差不齐。近年来，本土VFD品牌经过多年努力，市场份额逐步扩大，进口产品市场份额已被国产VFD企业超越。但中国VFD配套产业相对薄弱，缺乏技术优势，高端市场份额与国外品牌仍有差距。国内VFD企业在巩固中低压市场地位的同时，加快高端产品结构转型。截至2018年底，虽然低压VFD高端市场外资占比超过80%，但国内资本正处于从提供单一VFD产品向提供综合解决方案转型的阶段，未来市场份额和盈利能力有望大幅提升。

中国变频器厂家发展空间广阔，目前100亿元左右。随着市场的扩大和客户需求的多样化，国产VFD产品的功能不断完善和增加，集成化和系统化程度越来越高，出现了一些特殊的VFD产品。据了解，近年来，中国VFD的市场保持了12-15%的增速，预计未来5年至少增速在10%以上。目前中国市场的VFD装机(功率)增速实际在20%左右。预计至少10年后VFD市场将趋于饱和并逐渐成熟。