變頻器（以下簡稱-VFD）是運動控制系統中的功率轉換器。目前，運動控制系統已覆蓋多個技術領域的學科，總的發展趨勢是交流傳動、高頻功率變換器、數字化、智能化和網絡化控制。

随着新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展，VFD的性價比越來越高，體積越來越小。而且，廠商也在不斷提高可靠性，為實現VFD的進一步小型化、輕量化、高性能化、多功能化、無污染化做出新的努力。要區分VFD，必須看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響；二是取決于對電網的諧波污染和輸入功率因數；最後，它取決于自身的能量損失。

2018年，由于下遊行業設備投資意願較弱，訂單增長放緩，中國VFD市場出貨量下滑，國内VFD企業迫切需要縮小技術差距，加強質量管控，搶占高端市場。國内VFD市場增速一直保持在12% ~ 15%，潛在市場空間約1200億~ 1800億元。中低壓VFD市場規模增長10% ~ 15%，預計市場規模接近200億元；高壓VFD市場需求增速在40%以上。随着需求的不斷增加，市場規模有望達到121億元。未來兩年，冶金行業VFD的市場需求将主要集中在項目改造過程中節能減排設備的使用。在這方面，國家給予了積極的政策支持，企業也在大力實施。因此，冶金行業VFD的市場需求将進一步擴大，未來将保持20%左右的增長。

1.發展狀況

VFD是利用功率半導體器件的通斷功能将工頻電源轉換為另一種頻率的電能控制器件。我們現在使用的VFD主要采用交流-DC-交流模式(VVVF變頻或矢量控制變頻)。首先将工頻交流電源通過整流器轉換成DC電源，然後将DC電源轉換成頻率和電壓可控的交流電源供給電機。VFD的電路一般由四部分組成:整流器、中間DC環節、逆變器和控制。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，輸出為PWM波形。中間的DC環節是濾波、DC儲能和無功功率緩沖。

交流電機變頻調速已成為當代電機調速的趨勢。它體積小、重量輕、扭矩大、精度高、功能強、可靠性高、操作簡單、通訊方便，優于以往任何一種調速方式。因此廣泛應用于鋼鐵、有色、石油、石化、化纖、紡織、機械、電力、電子、建材、煤炭、醫藥、造紙、注塑、卷煙等。介紹了日本、美國、歐洲等發達國家變頻調速技術進入中國市場和國内企業崛起的概況，指出VFD在技術上正向高性能化、模塊化、專業化、多功能化方向發展。由于增加消費、降低價格和行業合并，有可能向海外擴張。

交流電機變頻調速已成為當代電機調速的趨勢。它體積小、重量輕、扭矩大、精度高、功能強、可靠性高、操作簡單、通訊方便，優于以往任何一種調速方式，如變極調速、調壓調速、轉差調速、串級調速、換向器電機調速、液力偶合器調速甚至DC調速。因此廣泛應用于鋼鐵、有色、石油、石化、化纖、紡織、機械、電力、電子、建材、煤炭、醫藥、造紙、注塑、卷煙、起重機、城市供水、中央空調、污水處理等行業。

運動控制系統的發展VFD是運動控制系統中的功率轉換器，運動控制系統是作為機電能量轉換器的電驅動技術的發展。今天的運動控制系統是一個包括許多學科的技術領域。總的發展趨勢是:交流傳動、高頻功率變換器、數字化、智能化和網絡化控制。因此，VFD，作為系統重要的電源轉換部件，通過提供可控的高性能交流電源，實現變壓變頻，發展迅速。

2.發展趨勢

VFD技術的發展趨勢經曆了大約30年的研發和應用實踐。随着新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展，VFD的性價比越來越高，體積越來越小。但廠商仍在做出新的努力，不斷提高VFD的可靠性，實現進一步小型化、輕量化、高性能、多功能、無污染。VFD的性能取決于其輸出交流電壓的諧波對電機的影響、對電網和輸入功率因數的諧波污染以及自身的能量損耗(即效率)。以AC-DC-AC VFD為例，在技術上，将在以下幾個方面進一步發展:

1.主電路中功率開關元件的自動關斷、模塊化、集成化和智能化，提高開關頻率，進一步降低開關損耗。

2.VFD主電路拓撲:VFD'的網側變流器通常采用6脈波變流器用于低壓小容量，而中壓大容量的則采用多個12脈波以上的變流器。對于低壓小容量，側邊變換器通常采用兩電平橋式逆變器，而對于中壓大容量，則采用多電平逆變器。

3.脈寬調制變壓器的控制方法VFD:正弦脈寬調制(SPWM)控制。消除特定階次諧波的脈寬調制控制。電流跟蹤控制。空間矢量控制(通量跟蹤控制)。

4.交流電機頻率控制方法的進展:從标量控制(電壓/頻率控制和轉差頻率控制)到高動态性能的矢量控制和直接轉矩控制。開發無速度傳感器矢量控制和直接轉矩控制系統。

21世紀，電力電子的襯底已經從Si(矽)轉變為SiC(碳化矽)，這使得電力電子新器件進入了高電壓、大容量、高頻、組件模塊化、小型化、智能化、低成本的時代。各種适用于變頻調速的新型電氣設備正在開發中。随着IT的快速發展和控制理論的不斷創新，這些與VFD相關的技術将影響其發展趨勢。

交流變頻調速技術是強弱電和機電一體化相結合的綜合技術。它不僅處理巨大電能的轉換(整流和逆變)，還處理信息的收集、轉換和傳輸。因此，其常用技術必須分為成功率和控制兩部分。前者要解決高壓大電流相關的技術問題和新型電力電子器件的應用技術問題，後者要解決硬件和軟件開發問題(目前主要是全數字控制技術)(基于現代控制理論的控制策略和智能控制策略)。其主要發展方向如下:

智能化

系統中安裝了intelligent VFD後，無需那麼多功能設置，即可輕松操作使用，工作狀态顯示、故障診斷與排除、甚至元件自動轉換都很明顯。可利用互聯網進行遠程監控，實現多個VFD根據工藝程序聯動，形成優化的VFD集成管理控制系統。

基于電機和機械模型的控制策略包括矢量控制、磁場控制、直接轉矩傳遞控制和機械扭振補償。基于現代理論的控制策略包括滑模變結構技術、模型參考自适應技術、利用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀測器、一定指标意義下的最優控制技術和逆奈奎斯特陣列設計方法等。基于智能控制思想的控制策略包括模糊控制、神經網絡、專家系統以及各種自動優化和自診斷技術。

環境保護

保護環境，制造“綠色”産品，是人類的新概念。未來，VFD将更加注重節能和低污染，即盡量減少噪聲和諧波在使用過程中對電網和其他用電設備的污染幹擾。

清潔功率變換器是指變換器的功率因數為1，電網側和負載側的諧波分量盡可能低，以減少對電網的污染和電機的轉矩脈動。對于中小容量變換器，采用脈寬調制控制提高開關頻率是有效的。對于大容量變流器，在常規開關頻率下，可以改變電路結構和控制方式，實現清潔電能的轉換。

詳細說明

根據某類負載的特點，可以針對性地制造專用VFD不僅有利于經濟有效地控制負載電機，還可以降低制造成本。例如VFD用于風機和水泵，VFD用于起重機械，VFD用于電梯控制，VFD用于張力控制，VFD用于空調等。

緊湊型轉換器要求功率和控制元件高度集成，包括智能功率模塊、緊湊型光耦合器、高頻開關電源以及由新型電氣材料制成的小體積變壓器、電抗器和電容器。動力裝置冷卻方式的改變(如水冷、蒸發冷卻和熱管)對于減小裝置尺寸也非常有效。

綜合

VFD有選擇地将參數識别系統、PID調節器、PLC控制器、通信單元等相關功能部件集成到一台一體機中，不僅可以增強功能，增加系統可靠性，還可以有效減少系統體積和外部電路的連接。據悉，已經開發出了VFD和電機的一體化組合機，使整個系統更小，控制更方便。

基于32位高速微處理器的數字控制模闆有足夠的能力實現各種控制算法。随着Windows操作系統的引入，可以自由設計，圖形編程的控制技術也有了很大的發展。電機模拟器、負載模拟器和各種CAD軟件的引入，為VFD，的設計和測試提供了強有力的支持。

總之，VFD技術的發展趨勢是向智能化、易操作、功能健全、安全可靠、環保、低噪音、低成本、小型化方向發展。

3.VFD發展方向

随着高速變頻技術的發展和綜合利用，VFD工業在水泥、電梯、印刷、電力、醫藥、通信、交通、電力、電子、環保等領域的現代化得到了前所未有的發展和應用。國民經濟中幾乎各行各業都與VFD息息相關。總的來說，中國VFD行業的競争日趨激烈。因為市場很有吸引力，不僅市場已經形成了一定的規模，而且潛在的市場容量也相當可觀，不斷吸引着行業的新參與者。随着國内廠商的技術進步和質量穩定性的提高，以及服務和價格的優勢，預計未來幾年國外廠商壟斷高端産品的市場情況将有所改善。

國内有300多家VFD設備制造企業，但實力和規模參差不齊。近年來，本土VFD品牌經過多年努力，市場份額逐步擴大，進口産品市場份額已被國産VFD企業超越。但中國VFD配套産業相對薄弱，缺乏技術優勢，高端市場份額與國外品牌仍有差距。國内VFD企業在鞏固中低壓市場地位的同時，加快高端産品結構轉型。截至2018年底，雖然低壓VFD高端市場外資占比超過80%，但國内資本正處于從提供單一VFD産品向提供綜合解決方案轉型的階段，未來市場份額和盈利能力有望大幅提升。

中國變頻器廠家發展空間廣闊，目前100億元左右。随着市場的擴大和客戶需求的多樣化，國産VFD産品的功能不斷完善和增加，集成化和系統化程度越來越高，出現了一些特殊的VFD産品。據了解，近年來，中國VFD的市場保持了12-15%的增速，預計未來5年至少增速在10%以上。目前中國市場的VFD裝機(功率)增速實際在20%左右。預計至少10年後VFD市場将趨于飽和并逐漸成熟。

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