變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是運動控制系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換器。當今的運動控制系統(tǒng)包括很多技術領域，總的發(fā)展趨勢是:交流驅(qū)動、高頻功率變換器、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化控制。
VFD是運動控制系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換器。當今的運動控制系統(tǒng)包括很多技術領域，總的發(fā)展趨勢是:交流驅(qū)動、高頻功率變換器、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化控制。因此，VFD作為系統(tǒng)的重要功率變換元件，通過提供可控的高性能變壓變頻交流電源，得到了快速發(fā)展。
隨著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(fā)展，VFD的性價比越來越高，體積越來越小。然而，制造商仍在做出新的努力，以提高VFD的可靠性，并實現(xiàn)其進一步小型化、輕量化、高性能、多功能和無污染。VFD的性能取決于其輸出交流電壓的諧波對電機的影響。二是取決于對電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)；第三，取決于自身的能量損耗(即效率)。這里以數(shù)量大、范圍廣的AC-DC-AC VFD為例，闡述其發(fā)展趨勢:
主電路功率開關元件的自切換、模塊化、集成化和智能化；隨著開關頻率的提高，開關損耗進一步降低。
VFD主電路拓撲。帶VFD的網(wǎng)側(cè)變流器，低壓小容量設備通常采用6脈波變流器，中壓大容量設備采用12脈波以上變流器。負載側(cè)變流器通常對低壓小容量設備采用兩電平橋式逆變器，而對中壓大容量設備采用多電平逆變器。對于四象限旋轉(zhuǎn)，為了實現(xiàn)VFD再生能量對電網(wǎng)的反饋，節(jié)約能量，網(wǎng)側(cè)變流器應該是可逆的，同時出現(xiàn)了具有雙向功率流的雙PWM VFD適當控制網(wǎng)側(cè)變流器可以使輸入電流接近正弦波，減少對電網(wǎng)的公害。
脈寬調(diào)制VFD的控制方式可以是正弦波脈寬調(diào)制控制、消除指定諧波的PWM控制、電流跟蹤控制和電壓空間矢量控制(磁鏈跟蹤控制)。
交流電機變頻控制方法的進步主要體現(xiàn)在從標量控制發(fā)展到具有高動態(tài)性能的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制以及無速度傳感器矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的發(fā)展。
微處理器的進步使得數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向。運動控制系統(tǒng)是一個快速系統(tǒng)，特別是交流電機的高性能控制需要實時存儲各種數(shù)據(jù)并快速處理大量信息。近年來，國外各大公司都推出了以DSP(數(shù)字信號處理器)為核心，配以電機控制所需的外圍功能電路。DSP單片電機控制器集成在單個芯片上，大大降低了價格，縮小了體積，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，提高了可靠性。與普通單片機相比，DSP的數(shù)字處理能力提高了10~15倍，可以保證系統(tǒng)優(yōu)越的控制性能。數(shù)字控制簡化了硬件，柔性控制算法使控制變得靈活，實現(xiàn)了復雜的控制規(guī)則，使現(xiàn)代控制理論在運動控制系統(tǒng)中的應用成為現(xiàn)實，易于與上層系統(tǒng)連接進行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷，加強保護和監(jiān)控功能，使系統(tǒng)智能化(例如有些VFD具有自調(diào)節(jié)功能)。
交流同步電機已經(jīng)成為交流調(diào)速領域的一顆新星，尤其是永磁同步電機。電機采用無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與工頻嚴格同步。同步電機頻率控制系統(tǒng)有兩種類型:獨立頻率控制和自動頻率控制。自動頻率控制同步電機的原理與DC電機非常相似。電力電子變換器取代了DC電機的機械換向器。例如，當使用交流-DC-交流電壓VFD時，稱為“DC無換向器電機”或“無刷DC電機”。自動變頻同步電機的傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，但無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)正在開發(fā)中。矢量控制也可用于同步電機的獨立變頻方式，其基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。
