現在，變頻技術在發達（dá）國（guó）家己經成熟，隨著新的電力（lì）電子器（qì）件的不斷出現，新的變頻技術層出不窮，使其得（dé）到了（le）更廣泛的推廣應用。變頻技術（shù）的（de）迅速發展是建立在（zài）電力（lì）電子技術的**、電力電子器件及材料的開發及器件製造工藝水平提高基礎之上的，尤其是高壓大容量絕緣柵（shān）雙極晶體（tǐ）管IGBT、集成（chéng）門極換流晶閘管工IGCT器件的成功開發，使大功率變頻技術得以（yǐ）迅速發展，性能（néng）日益完善。目前市場（chǎng）上新型變頻器品牌繁多（duō），各有千秋（qiū）。通過分析發現（xiàn），這類變頻（pín）器有許多共同（tóng）點。下麵對變頻器的現狀（zhuàng）及其未來（lái）的技術發展方向進行分析（xī）介紹。 1、變頻器的現狀
1.1變頻器的市場情況
我國50%～60%的發電量用於（yú）交（jiāo）流電（diàn）動機，而容量在3kw以上，額定電壓（yā）一般（bān）為3～10kV的電動機占電動機總裝機容量的40%～50%。由於我（wǒ）國中壓變（biàn）頻技術（shù）仍沒有形成產業化，落後於國外發達國家，因此這部分電動機在負（fù）載（zǎi）工況（kuàng）變（biàn）化時，缺少經（jīng）濟可（kě）靠的調速手段，每天都在浪費（fèi）著大量的電（diàn）能，因此國內潛在著巨大（dà）的中壓大功率變頻器市（shì）場。國家計委預計在今後十五年內，使我國變頻器總需求的投資（zī）額在500億元以上，而其（qí）中60%～70%是中壓大功率變（biàn）頻器。我國的高壓變頻器市場具有其特殊（shū）性，包括：（1）行業性很強，主要集中在冶（yě）金、電力、供（gòng）水、石油、化工、煤（méi）炭等行業。在工業用電中（zhōng）石（shí）油、煤（méi）炭等能源行業耗電占（zhàn）22.34%；化工占14.73%；冶金（jīn）占14.18%；機械（xiè）建材占10.96%；供水占10.53%。（2）目前國內（nèi）各行業中（zhōng），隻有少數企業的高壓電機（jī）使用了調速方式（shì），市場空白（bái）點多。（3）高（gāo）壓（yā）變頻（pín）器屬投資類（lèi）設備，主要用於節（jiē）能和改善生產工藝。用戶是否購買此（cǐ）類設備與政府的政策（cè）導向關係很大。如政府推廣力度較大，市（shì）場啟動會（huì）快一些，反（fǎn）之則慢。另一方麵市場還受國際、國內經濟大環境的影響以及國內某些行業的整體經濟效（xiào）益好壞的影響（xiǎng）。因此在未來市（shì）場（chǎng）發展過程中仍存在（zài）著一些不確（què）定的因（yīn）素。（4）海外公司的知名品牌產品大舉進入我國市場的可能性較大，各方應有所（suǒ）準備。
1.2變頻器的變頻技術的現狀
交（jiāo）一交變頻是（shì）早期變頻的主要形（xíng）式，適應於低轉速大容量的電動機負載。其主電路開關器（qì）件處（chù）於自然關斷狀（zhuàng）態，不存在強迫換流問題，所以**代電力電子器件—晶閘管就能完全滿足它的要（yào）求。由於其技術成熟，在國內開（kāi）發（fā）研製也（yě）*多，目前（qián）在國內仍有一定的市場。交一交（jiāo）變頻在其主接線中（zhōng）需要大量的晶閘管，結構複雜，維護工作量較大，並（bìng）因采用移（yí）相控製方式，功率因數較低，一般僅有0.6～0.7，而且諧波成分大，需要無功補償和（hé）濾波裝置，使得總的造價提高。
交一直一交變頻采用了多種拓撲結構，如中一低一中方式，其實質上還是低壓變頻，隻不過從（cóng）電網和電動機兩端（duān）來看是高壓。由於（yú）其存在著中（zhōng）間（jiān）低壓環節，所以具有電流大（dà）、結構（gòu）複雜、效率低、可（kě）靠性差等（děng）缺點。由於其發展較早，技術也比較成熟，所以目前仍廣泛應用。隨著中壓變頻技術的發展，特別是新型大功率可（kě）關斷器件的研製成功，中一低一中方（fāng）式具有被逐步淘汰的趨勢。而直接中壓（yā）變（biàn）頻方式，因沒有中間的（de）低壓環節，結構上有著廣闊的發展前景。
變頻器的（de）逆變器普遍采用大功率場效應管MOSET、大功率晶（jīng）體管GTR、可（kě）關斷晶閘管GTO等（děng）的自關斷元件，其中GTR應用*為普遍。但是在調製策略（luè）發展和要求逆變器輸出諧波分量更小的情況下，必須提高開關頻率，為此，GTR滿足不了這個要求，於是開發出了一種新元件（jiàn）IGBT。IGBT的全稱是絕緣柵雙極晶（jīng）體管，是一種把MOSET與GTR巧妙結合在一（yī）起（qǐ）的電壓型雙極/M05複合器件，IGBT具有輸入阻抗高、開關速度快、元件（jiàn）損耗小、驅（qū）動電路簡單、驅動功率小、極限溫（wēn）度高、熱阻小、飽（bǎo）和壓降和電阻低、電流容量大、抗浪湧能（néng）力強（qiáng）、**區寬、並聯容易、穩定可靠及模塊化等一係列優（yōu）點，是一種極理（lǐ）想的開關元件。目前，電流2400A、電壓3300V、開關（guān）頻率40kHz的IGBT已在小（xiǎo）、中、大功率範圍內使用。IGBT不僅用於500V以下低壓變頻器，還可以用於IOOOV以上高壓變頻器以驅動高壓電動機（jī）。此類中壓、高壓（yā）變頻器采（cǎi）用（yòng）多電平逆變器（qì）輸出高壓，也可用變壓器降壓～低壓變頻器一變壓器升壓（yā）的方式。由於IGBT具有性能特好的優勢，預（yù）計近十年內不會被新開發的元件所取代。
2、變頻器的技術發展動向
2.1單元串（chuàn）聯多電（diàn）平技術
單元串（chuàn）聯多電平形式在諧波、效率和功率因數等方麵存在著優（yōu）勢，在不要求（qiú）四象（xiàng）限（xiàn）運行時有著較廣泛的應用前景。其（qí）中三電平控製具有許多優點，包括：（1）采用三電平拓撲能有效地解決電力電子器件耐壓不高的問題，適用於高電壓大功率。（2）三電平拓撲單個橋能輸（shū）出三（sān）種電平（+ud/2、-ud/2、0），線（相）電壓有更多的階梯來模擬正弦波，使輸出波（bō）形失真度減少（shǎo），諧波大大減少。（3）多級電壓階梯波減少了du/dt，使得對電機繞組絕緣衝擊減小。（4）三電平PWM方（fāng）法把**組諧波分布帶移至2倍開關頻率的頻帶區，利用（yòng）電機繞組電感能較好地抑製高次諧波對（duì）電機的影響。采用三電（diàn）平（píng）PWM方法，每個功率單元的IGBT開關頻率為600Hz，若每相5個功率單（dān）元串聯時，等效的（de）輸出相電壓開（kāi）關頻率為6kHz，可以降低開關（guān）損耗，提高變頻器效率，這種變頻器可適用於任何普通的高壓電動機（jī），且不必降額使用。雖然采用這種主電路拓（tuò）撲結（jié）構會使器件的數量增加，但由於驅動功率下降，開關頻率較（jiào）低（dī）且不必采用均壓電（diàn）路，使（shǐ）係統在效率方（fāng）麵仍（réng）有較大的優勢（shì），一般可達97%。並且，由於采用模塊化結構，所有功率單元可（kě）以互換，維修也比較方便。（5）三電平拓撲能產生3＊3＊3=27種空間電壓矢量，可以（yǐ）帶來（lái）諧波消除（chú）算法（fǎ）的自由度，可以得（dé）到很好的（de）輸出波形。
2.2功率母線技（jì）術
在電力電子技術及應用裝置向高頻化發展的今天，係統中特別（bié）是連接線的寄（jì）生參數產（chǎn）生巨（jù）大的電應力，己成為威脅（xié）電力電子裝置可靠性的重要因（yīn）素。從直流儲能電容至（zhì）逆變器的器件之間的直流母線上的寄生（shēng）電（diàn）感在通常的硬開關逆變器中，由於瞬時（shí）切換時的過電壓，會（huì）使器件過熱，甚至有時使逆變器失（shī）控（kòng）並超過器件的額定**工作區而損壞，限製了開關工作頻（pín）率的提高。功率母線按（àn）其（qí）結構包括：
（1）電纜絞線是*常用的傳統（tǒng）功率母（mǔ）線，價廉簡易，但在IGBT逆變器中，由於電（diàn）纜線的自感大，與（yǔ）圓截麵導線相比，扁平母線的自感隻有圓導線的1/3一（yī）1/2，而所占的體積隻有它的1/10一1/2。
（2）印刷電路板母線主要用於小電（diàn）流逆變器，但當母線直流電流（liú）達到150A時，要求電（diàn）路板的複銅層很厚（hòu），造價太高，另外用來連接多層導線板的穿孔不但占據較大的空間，而（ér）且會影響整機的可靠性。
（3）裸銅板母線（平麵並行母線）是一種工業上廣泛應用的IGBT模塊饋電係統的傳統（tǒng）母線形式，其缺點是並行母線（xiàn）的（de）互感較大。
（4）支架式母線（xiàn）如果將正直流（liú）母線銅板放置在負直流母線板上方，中間用一層薄絕緣（yuán）材料隔開的方法來製作母線，由於磁場的相互抵消（xiāo），可以*大限（xiàn）度地降低互感，但其工藝複雜，不宜規模化生產。
基於上述幾種功率母線都存在著不同的缺點，為此開發出了迭（dié）層功率（lǜ）母線。迭層功率母線是（shì）基（jī）於電磁場理論，把連線做成扁平截麵，在同樣的截麵下（xià），做（zuò）得越薄越寬，它（tā）的寄生電（diàn）感越小，相鄰導線（xiàn）內流過相反的電流，其磁場（chǎng）抵消，也可使寄（jì）生電感減小。迭（dié）層功率母（mǔ）線是以又薄又寬（kuān）的銅排形式迭放在一起，各層之間（jiān）用很薄（báo）的高絕緣強度的材（cái）料熱壓成（chéng）一體，整個母（mǔ）線（xiàn）極之間的距離均勻一致，以減少（shǎo）互感，各層銅排都在所需要的端子位置處同（tóng）其（qí）他層可（kě）靠絕緣地引出，使所（suǒ）具有不同電（diàn）位的端子表露在同一平麵上，以便於把主電路中的所有器件與之相連。這種整體的（de）迭層功率母線結構，可承受數百千（qiān）克的切應力，其（qí）導電極之（zhī）間可承受數千伏的電壓。使用迭層功率母線將IGBT和整流管等模塊、散（sàn）熱器、電容器（qì）及柵極驅動電路（lù）組合在一起，迭層功率母線與器件之間的連接是用不同的端子和插（chā）接（jiē）件等來完成的，使相連接的接觸表麵與母線之間的接觸電阻非常小，也使得寄生電感成（chéng）數量級地減小（xiǎo），從而使Ldi/dt的過電壓應力降至*低，保證電（diàn）力電子裝置工作在*佳（jiā）狀態。
2.3微機控製和人工智能技術
采用微機控製技（jì）術（shù）可以對變頻器進行控製和保護。在控製方麵：（1）計算確定開關元件的（de）開通和關斷（duàn）時刻，使逆變器按調製策略輸出要求的電壓（yā）。（2）通過不（bú）同的編碼實現多種（zhǒng）傳動調速功能。如各種頻率的設定和執行、啟動、運行方式選（xuǎn）擇、轉矩控製設（shè）定與運行、加減速設（shè）計與運行、製動（dòng）方式設定（dìng）和執行等。（3）通過接口電路、外（wài）部傳感器、微機構成調速傳動係統（tǒng）。在保護方麵，在外部（bù）傳感器（qì）及I/0電路配合下，構（gòu）成完善的檢（jiǎn）測保護係（xì）統，可完成多（duō）種自診斷保護方案。保護功能包括：（1）主電路、控製電路的欠壓、過電壓保護；（2）輸出電（diàn）流的欠電（diàn）流、過電流保（bǎo）護；（3）電動機或逆變器的過載保護（hù）；（4）製動電阻的過熱保護；（5）失速保護。
采用（yòng）人工智能技術對變頻器進行故障診（zhěn）斷，構成（chéng）故障診斷（duàn）係統，該係統由監控、檢測、知識庫（故障模式知識庫或故障診斷專家係統知識庫）、推理機構、人（rén）機對話接（jiē）口和數據庫（kù）組成，不僅在故障發生後能準確指出故障性（xìng）質、部位，且在故障發生（shēng）前也能預測發生（shēng）故障的（de）可（kě）能（néng）性。在變頻器啟動前對診斷係統本（běn）身及變頻器主電路（包括電（diàn）源）、控製係統等進行一次診斷清查隱患。若發現故障現象則調用知識庫推理、判斷故障（zhàng）原因並顯示不能開機，如無（wú）故障則顯示可（kě）以開機。開機後，實時檢測診斷。工作時對各檢測點進行循環查詢，存儲數據（jù）並不斷刷新。若發現數據越限，則認為可能發生故障，立即定向追（zhuī）蹤。若幾次檢查結果相同，說明確實出了故障，於是調用知識庫進行（háng）分析推理，確定是何種（zhǒng）故障及其部位，顯示出來，嚴重時則發出停機指令。
2.4其它各種技術
近年來，國（guó）內外一些公司都在研（yán）製新型“無電網汙染”的高（gāo）壓變頻器。據報道，這類變頻裝置（zhì）具有高功率因數、高效率、無諧波汙染、無需專用電機等優點，采用了多項（xiàng）先進（jìn）技術：
（1）在變頻器的逆變器直流側通過曲折變壓器移相實現30“脈波整流，使裝置的諧波抑製能力大大加強，使電網側（cè）電壓與電流之間幾（jǐ）乎無相移，因此功率因數可以接近（jìn）於1。
（2）將全數（shù）字化光纖控製技術應用於變頻器，使其控製柔性和可靠性大大提高。
（3）功率單元標準模塊化、IGBT驅動電路智能化。