变频器的最新发展趋势及三种先进控制方案

变频器的最新发展趋势及三种先进控制方案

图片来源：Hedgehog Technologies

随着技术的不断进步，现代变频器在安全性、能源效率和控制方案方面取得了显著进展。本文将为您详细介绍变频器的最新发展趋势以及三种最先进的控制方案。

增强的变频器安全性

近年来，变频器安全功能的增强主要体现在对安全协议的日益重视。一个值得关注的发展是集成网络安全协议，如PROFIsafe和CIP safety。这种集成使得变频器能够被纳入安全网络和协议中，实现与其它安全系统的实时通信和协调响应。

现代变频器还实现了安全扭矩关闭（STO）功能。与传统的通过抑制扫描周期或使用安全继电器的方式相比，现代STO功能直接集成在驱动控制系统中，不仅减少了部件数量，还提供了更高的安全性。此外，最新的变频器采用了复杂方法来检测和响应过电流、接地故障和热过载情况，实现了更快、更准确的保护。

现代变频器的能效优势与软起动器

现代变频驱动装置的能效比其前身有了显著提高。这主要得益于晶体管技术的进步，特别是低损耗表面贴装氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）功率晶体管的应用。这些技术不仅实现了更快的开关速度和更高的总线电压，还降低了栅极压降，从而提升了整体效率。

工程师手持罗克韦尔自动化公司的PowerFlex交流变频器

随着晶体管技术的进步，许多变频器已经实现小型化，从而实现了更紧凑的设计。这种小型化使其适用于以前不可行的更多应用。在软启动器是唯一选择的情况下，变频器通常可以替代它，提供受控启动、停止和速度调节等高级功能。

现代变频器配备了复杂的算法，可根据负载要求优化能源使用和谐波生成。这些算法动态调整运行参数，如电压和频率，以与负载匹配，从而降低能耗。此外，现代的变频器采用了增强的设计和组件来减轻电谐波，电谐波会影响电能质量并导致效率低下。

三种先进的变频器控制方案

当前的变频器提供了对电机速度、扭矩和整体性能的增强控制，还有先进的诊断和改进的连接功能。目前在用的最先进的变频器控制方案，主要包括矢量控制（FOC）、直接转矩控制（DTC）和无传感器矢量控制。

• 矢量控制：也称为磁场导向控制，是最先进的控制方法之一。该方法将电机扭矩和磁通分量解耦，从而实现对每个分量的独立控制。它在需要精确速度和扭矩控制的应用中特别有效，例如机器人和数控机床。

• 直接转矩控制：它是一种直接调节电机转矩和磁通量的方法，提供快速和动态的响应。与矢量控制不同，直接转矩控制无需位置传感器即可运行，简单易用，功能强大，在负载快速频繁变化的应用中具有优势。

• 无传感器矢量控制：这种控制方案的性能与矢量控制相当，但不需要转子位置传感器。它使用数学模型估计电机的磁通量，即使在低速下也能精确控制。这种方法广泛应用于无法安装传感器或安装成本过高的应用中。

这些先进的控制方案显著增强了变频器的功能，改善了精确控制，提高了效率，并可适应于广泛的工业和商业应用。随着技术的发展，这些控制方法将变得更加复杂，将人工智能和机器学习集成在一起，以实现更高的性能和效率。在变频器领域发生的显著变化促使制造企业考虑进行升级，以提高工业系统的整体安全性、性能或效率。