一、矩陣變頻器的出現(xiàn)
多年來，電氣傳動專家一直都在討論關(guān)于“矩陣變換”技術(shù)的變頻器將會是下一代變頻器。幾個主要的傳動供應(yīng)商包括羅克韋爾、西門子等都在研究該項技術(shù)。輿論一直認為：盡管矩陣變頻器具有非常誘人的前景，但是由于成本太高而無法在目前進行商業(yè)化應(yīng)用。
從原理上講，矩陣變頻器使用了一組電力半導(dǎo)體開關(guān)，按照預(yù)定的數(shù)學(xué)算法控制開關(guān)順序，并直接連接到三相電機上。在安川矩陣變頻器中有9個開關(guān)，每一個都有2個IGBT組成雙向開關(guān)，能允許正向電壓和負向電壓通到電機上。IGBT數(shù)量的增加是導(dǎo)致矩陣變頻器造價昂貴的其中一個因素。
矩陣變頻器使用了三相電壓輸入來控制輸出電壓，這就不僅能吸收任何電流雜波，也能提供一個清潔的輸出電壓，也就是說“可以有效地進行輸入電源電流控制與輸出電壓控制”。這也是矩陣變頻器吸引人們的一個重要點：能大大降低輸入電流諧波的產(chǎn)生，只有大約傳統(tǒng)交-直-交變頻器的20%以下。而且矩陣變頻器的電流幾乎是正弦波，即使在帶載情況下，也是如此。當有再生發(fā)電時，電流能以180°轉(zhuǎn)換并反饋到電網(wǎng)中，而且也是以正弦波方式。在再生制動方式的工作中，矩陣變頻器不需要制動電阻或特殊的變換器。反饋回的電亦無需額外的設(shè)備(如變壓器等)進行處理�？傊�，傳動能在四象限高效率地運行。另外，一個吸引點就是矩陣變頻器去掉了直流電容，作為有一定壽命地鋁電解電容，交—直—交變頻器就必須在一定年限更換電容，如5~8年，矩陣變頻器就能長時間可靠工作。
在安川的計劃中，矩陣變頻器將逐步覆蓋400V的5.5~22kW，直至75kW，當然也有200V級的5.5~45kW變頻器。至于價格策略目前尚未公布，但基本上為目前通功率段傳統(tǒng)變頻器的2倍左右。
二、以網(wǎng)絡(luò)配置為主的系統(tǒng)化變頻器的網(wǎng)絡(luò)化
配置主要基于三個層面：設(shè)備層、控制層和信息層。其中變頻器做為執(zhí)行器，可以配接最基本的RS232/RS485串行通訊協(xié)議、Profibus等的現(xiàn)場總線協(xié)議以及Internet局域網(wǎng)協(xié)議。針對不同的控制系統(tǒng)和不同的用戶要求，配置和選用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
配置主要基于三個層面：設(shè)備層、控制層和信息層。其中變頻器做為執(zhí)行器，可以配接最基本的RS232/RS485串行通訊協(xié)議、Profibus等的現(xiàn)場總線協(xié)議以及Internet局域網(wǎng)協(xié)議。針對不同的控制系統(tǒng)和不同的用戶要求，配置和選用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
網(wǎng)絡(luò)化配置的變頻器具有以下顯著的特點：(1)高精度的頻率設(shè)定；
(2)遠程控制與工廠信息化的基本要素；
(3)遠程診斷系統(tǒng)。
通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)定頻率是一種高精度的頻率設(shè)定，其具有通訊速率高，穩(wěn)定可靠，接線簡單等優(yōu)點，而且在模擬量控制時，輸出端經(jīng)過一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過導(dǎo)線，進入輸入端(變頻器)又經(jīng)過一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器才能參與控制。兩個轉(zhuǎn)換器位數(shù)不同和導(dǎo)線損耗都可能造成一定誤差，而通訊傳遞直接是數(shù)字量，不需要轉(zhuǎn)換，沒有誤差，在傳輸過程中不會造成損耗，而且響應(yīng)速度率也會很高。
變頻器經(jīng)常被用于系統(tǒng)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、高負荷、長時間運行的工況中，如無人值守泵站、油田磕頭機等。變頻器故障率在這種環(huán)境中自然，比較高，一般都采取事后維修的方式進行，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的維修方式將變?yōu)楣收项A(yù)報和整機在線維修。有必要對其實現(xiàn)在線工作狀態(tài)的監(jiān)測以及常規(guī)故障機理的綜合分析研究，以便對其故障的事先診斷分析。目前大功率變頻器的故障診斷、遠程監(jiān)控系統(tǒng)及智能控制方面取得了較大進展，并已經(jīng)投入實際運行。請登陸：輸配電設(shè)備網(wǎng)瀏覽更多信息
在網(wǎng)絡(luò)化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護時間、提高生產(chǎn)效率、減少運行成本。目前安裝的現(xiàn)場總線模塊有ProfibusDP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用戶可以有更大的自由根據(jù)生產(chǎn)過程來選擇PLC型號和品牌，并非常簡單地集成到現(xiàn)有地網(wǎng)絡(luò)中去。而且通過現(xiàn)場總線模塊，可以不考慮變頻器的型號，而以同一種語言來與不同功率段、不同型號地變頻器進行組構(gòu)，如功率、速度、轉(zhuǎn)矩、電流、設(shè)定值等。
由于采用了通訊方式，可以通過PC機來方便地進行組態(tài)和系統(tǒng)維護，包括上傳、下載、復(fù)制、監(jiān)控、參數(shù)讀寫等。
以SEWMOVIDRIVE變頻器為例，它可以如圖2組成WAGO-I/O系統(tǒng)，利用后者地現(xiàn)場總線技術(shù)進行通訊互聯(lián)。這種連接方式能通過WAGO的可編程總線控制器PFC實現(xiàn)變頻器到網(wǎng)絡(luò)控制主機之間的輸入數(shù)據(jù)過程、輸出數(shù)據(jù)過程的交換。而且，總線互聯(lián)方式可以通過WAGO公司專用的軟件功能塊(SEW.LIB)方便地進行變頻器參數(shù)的讀齲該方式能在最大程度上降低變頻器系統(tǒng)的構(gòu)建成本。
三、同步電機的配合應(yīng)用
交流同步電動機已成為交流可調(diào)速傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機是無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高、效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類，自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交-直-交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)，且已經(jīng)取得重大進步和在市場的成功應(yīng)用。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。
采用同步電機的最有效特點：
(1)大大降低電機尺寸；
(2)高效率的轉(zhuǎn)矩輸出；
(3)無編碼器運行。
目前大多數(shù)的紙機需要安裝速度編碼器來反饋電機轉(zhuǎn)速，而且編碼器也被證明是可靠的。但是安裝的編碼器由于是采用軸承需要常規(guī)定期性的維護保養(yǎng)和潤滑，在一個大型的紙機(如50個傳動)上每隔一定的周期還必須更換所有的編碼器以防止意外的由編碼器故障引起的紙機停機。從這個層面上來說，無編碼器的運行自然是同步電機直接傳動的一個優(yōu)點和著眼點。
四、變頻器的管理維護
1.無線診斷
無線診斷代表了VFD的未來，無論是Wi-Fi，藍牙還是其他東西。在典型的工廠中，可以限制對封閉外殼中的驅(qū)動器的訪問，工程師可以使用內(nèi)置于驅(qū)動器中的無線信號從遠處直接連接到系統(tǒng)。
在線軟件使工程師能夠在不接觸驅(qū)動器或其外殼的情況下查看和診斷問題。
2.靈活的集成
具有靈活集成的VFD允許工程師一次解決應(yīng)用挑戰(zhàn)，然后與選擇的上層可編程邏輯控制器（PLC）連接。
例如，據(jù)說OEM正在向國內(nèi)外客戶銷售給定的機器。PLC偏好的區(qū)域趨勢不是機器集成的障礙。OEM可以使用具有多個通信選項的驅(qū)動器，解決機器應(yīng)用程序一次，并選擇與每個客戶的上層控制器選項匹配的選項。
專為靈活集成而構(gòu)建的VFD通常由一個帶控制或網(wǎng)絡(luò)模塊的基本逆變器組成，可隨意選擇。
3.模塊化內(nèi)存
技術(shù)人員必須進入鍵盤編程替換VFD的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。很快，不得不使用PC甚至只需一根USB棒將配置轉(zhuǎn)移到替換驅(qū)動器將成為過去。
如今，具有可移動，模塊化，非易失性存儲器的驅(qū)動器使維護變得快速而簡單。它們消除了連接其他硬件的需要。如果一個部件壞了，設(shè)備更換就像從舊驅(qū)動器中取出內(nèi)存模塊并將其放入新驅(qū)動器一樣簡單。
4.預(yù)測性維護
制造商正在從他們的機器中收集大量數(shù)據(jù)，并將其操縱為商業(yè)智能，從而推動預(yù)測性維護。
物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是每個行業(yè)的全球趨勢，它通過加速和簡化從機器到技術(shù)人員再返回的信息流，對VFD產(chǎn)生了影響。因此，制造商正在對從機器到信息技術(shù)（IT）部門的所有內(nèi)容進行更改，以促進驅(qū)動器數(shù)據(jù)的收集，分析和應(yīng)用。
從硬件角度來看，團隊正在逐漸從串行和以太網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭走x網(wǎng)絡(luò)。基礎(chǔ)IT部門熟悉以太網(wǎng)交換機，集線器和路由器，從而在數(shù)據(jù)傳輸方面實現(xiàn)更加無縫的集成。
復(fù)雜的通信策略要求現(xiàn)代VFD報告壽命計數(shù)器，生產(chǎn)率，停機時間，功率輸出等，以便更好地進行實時決策。
