電機(jī)作為電能量轉(zhuǎn)換的重要裝置，是電氣傳動(dòng)的基礎(chǔ)部件，在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域不可或缺，一直被視為機(jī)械設(shè)備的心臟。大到飛機(jī)坦克，小到微型機(jī)器人，都離不開工業(yè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。在沒有變頻器的年代，由于無法自由地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，為了達(dá)到某種運(yùn)動(dòng)目的，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備不得不增加很多配件，這不僅會(huì)增加整體系統(tǒng)復(fù)雜性與成本，也會(huì)限制設(shè)備的性能和發(fā)展空間。為了解決這些問題，推出簡(jiǎn)單而高效的電機(jī)調(diào)速技術(shù)，一直是工業(yè)傳動(dòng)研究的熱點(diǎn)和痛點(diǎn)。

在早期，電機(jī)調(diào)速的重點(diǎn)一直是直流電機(jī)。究其原因，主要是人們首先掌握的是整流技術(shù)，而且直流電機(jī)的機(jī)械特性，也非常適宜某些場(chǎng)景需求。最簡(jiǎn)單的調(diào)整電樞電壓的方法，就是串入電阻，阻值越大，壓降越大，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢。然而，直流電機(jī)的缺陷也非常明顯，比如直流電機(jī)制造工藝復(fù)雜、制造成本高，使用維護(hù)不方便，以及直流電機(jī)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)限制了其體積和重量的進(jìn)一步縮小等等。這意味著，在大范圍的電機(jī)應(yīng)用中，直流電機(jī)并不適合。

與直流電機(jī)相比，交流電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要簡(jiǎn)單很多，沒有換向器等結(jié)構(gòu)，制造方便，牢靠穩(wěn)定，適合于高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流的應(yīng)用場(chǎng)合，唯一需要解決的便是交流電機(jī)的調(diào)速問題。正是由于傳統(tǒng)的直流電機(jī)調(diào)速因體積大、故障率高、難維護(hù)等而造成應(yīng)用受限，以及人們對(duì)交流電機(jī)調(diào)速的需求廣泛，變頻技術(shù)以及變頻器應(yīng)運(yùn)而生。

變頻技術(shù)是在電力電子技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，將一種頻率電源變換成另一種頻率電源的技術(shù)，是應(yīng)交流異步電動(dòng)機(jī)和節(jié)能需求而誕生。根據(jù)變頻技術(shù)制造出的用于交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的電氣設(shè)備，就被稱為變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）。

（圖源：西門子）

具體而言，變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓和頻率可變的交流電的一種電能控制裝置。由于變頻器具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如可實(shí)現(xiàn)全范圍的無極調(diào)速、可節(jié)能，可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、控制方便等因此深受歡迎，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、監(jiān)測(cè)單元、微處理單元等組成。其中，整流器主要是將電網(wǎng)的交流整流成直流；逆變器通過三相橋式逆變電路將直流轉(zhuǎn)換成任意頻率的三相交流；中間環(huán)節(jié)又叫中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，由于變頻器的負(fù)載一般為電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載，運(yùn)行中中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率交換，這種無功功率將由中間環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件（電容器或電感器）來緩沖；控制電路主要完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制，以及完成各種保護(hù)功能（如過流、過壓、過載保護(hù)等）。

圖2 交—直—交變頻器的基本組成

變頻器的分類方法多種多樣。按照變流環(huán)節(jié)分類，變頻器可分為交—交變頻器和交—直—交變頻器；其中，交—交變頻器又稱直接式變頻器，可直接將工頻交流電（50Hz或60Hz）變換成頻率電壓可調(diào)的交流電；交—直—交變頻器是通用變頻器的主要形式，又稱間接式變頻器，其先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變成頻率電壓可調(diào)的交流電。根據(jù)直流電路的濾波方式分類，可將變頻器分為電流型和電壓型兩大類。根據(jù)電壓調(diào)制方式分類，可分為PAM（Pulse Amplitude Modulation，脈沖幅值調(diào)制）變頻器和PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）變頻器。按照控制方式分類，可以分為常規(guī)U/f變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器、矢量控制變頻器、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器等。按照電壓等級(jí)分類，變頻器可分為低壓變頻器、中壓變頻器和高壓變頻器；按照使用用途分類，可分為通用變頻器、專用變頻器（行業(yè)專機(jī)）、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

表1變頻器的主要分類

（來源：e-works整理）

電力電子器件是變頻器技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。無論是交—直—交變頻器還是交—交變頻器，都是采用電力電子器件作為開關(guān)器件。自20世紀(jì)60年代后半期開始，電力電子器件從SCR（晶閘管）、CTO（門極可關(guān)斷晶閘管）、BJT（雙極型功率晶體管）、MOSFET（金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管）、SIT（靜電感應(yīng)晶體管）、SITH（靜電感應(yīng)晶閘管）、MGT（MOS控制晶體管）、MCT（MOS控制品閘管），發(fā)展到如今的IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、HVIGBT（耐高壓絕緣柵雙極型晶體管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）以及性能更為完善的IPM（智能功率模塊）等，電力電子器件的更新促使電力變換技術(shù)不斷發(fā)展。

計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論是變頻器技術(shù)發(fā)展的支柱。計(jì)算機(jī)技術(shù)使變頻器的功能從單一的變頻調(diào)速功能發(fā)展為包含算術(shù)、邏輯運(yùn)算及智能控制的綜合功能；自動(dòng)控制理論的發(fā)展則使變頻器在改善壓頻比控制性能的同時(shí)，推出了多種控制方式。回顧變頻器的發(fā)展歷程，其控制技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了四個(gè)階段：

一般電機(jī)的轉(zhuǎn)速可通過n=60f/p(1-s)進(jìn)行計(jì)算。式中，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min），f為定子供電頻率（Hz），p為極對(duì)數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率。由公式可知，改變電機(jī)的供電頻率f就可平滑地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。早在20世紀(jì)20年代，變頻調(diào)速的優(yōu)越性即被發(fā)現(xiàn)，包括調(diào)速精度高、范圍寬、起動(dòng)平滑、性能穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)便等，并易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制，但當(dāng)時(shí)還不具備改變頻率的手段。閘流管的問世，為變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)提供了可能。但由于設(shè)備龐大且昂貴，使它無法進(jìn)入實(shí)用階段。

20世紀(jì)的60年代，隨著晶閘管的出現(xiàn)及其應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速開始進(jìn)入實(shí)用階段。早期變頻器采用恒壓頻比U/f控制技術(shù)。其基本原理為，在額定頻率以下，如果電壓一定而只降低頻率，那么氣隙磁通就要過大，造成磁路飽和，嚴(yán)重時(shí)燒毀電動(dòng)機(jī)。因此為了保持氣隙磁通不變，就要求在降低供電頻率的同時(shí)降低輸出電壓，保持U/f=常數(shù)，即保持電壓與頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制。這種控制方式為恒壓頻比控制方式，又稱為恒磁通控制方式，它是采用正弦脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM）控制半導(dǎo)體器件開通和關(guān)斷，將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ㄐ螤畹碾妷好}沖序列，實(shí)現(xiàn)頻率和電壓的控制，在調(diào)節(jié)頻率f的同時(shí)，調(diào)節(jié)輸出電壓U的大小，通過U和f的配合實(shí)現(xiàn)不同類型的調(diào)頻調(diào)壓來進(jìn)行調(diào)速。在額定頻率以下，磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定，因此屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

U/f控制方式是變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用最普遍的調(diào)速模式，優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求；其缺點(diǎn)是在低頻運(yùn)行時(shí)，由于變頻裝置的輸出電壓較低，對(duì)交流異步電機(jī)的定子阻抗壓降的影響較顯著，因此造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都不盡如人意，其系統(tǒng)性能不高，控制曲線會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化；轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降、穩(wěn)定性變差等。因此，U/f控制方式一般適用于風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載設(shè)備，而對(duì)于諸如數(shù)控機(jī)床主軸、伺服等要求高精度、快響應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)械則不太適用。

20世紀(jì)80年代初，日本學(xué)者提出了基本磁通軌跡的電壓空間矢量（或稱磁通軌跡法）控制方法。該方法以三相波形的整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成二相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式而進(jìn)行控制。這種方法被稱為電壓空間矢量控制（SVPVM）。

電壓空間矢量控制方式經(jīng)實(shí)踐使用后有所改進(jìn)，包括引入頻率補(bǔ)償，以消除速度控制的穩(wěn)態(tài)誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻對(duì)性能的影響；將輸出電壓、電流進(jìn)行閉環(huán)控制，以提高動(dòng)態(tài)負(fù)載下的電壓控制精度和穩(wěn)定度。同時(shí)也一定程度上求得電流波形的改善。這種控制方法的另一個(gè)好處是對(duì)再生引起的過電壓、過電流抑制較為明顯，從而可以實(shí)現(xiàn)快速的加減速。然而，由于控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，因此系統(tǒng)性能并沒有得到根本改善。

矢量控制（VC控制），也稱磁場(chǎng)定向控制，其基本思想是仿照直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)，使異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也能通過控制兩個(gè)互相垂直的直流磁場(chǎng)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。矢量控制方法是20世紀(jì)70年代由德國科學(xué)家F.Blasschke等人最先明確提出，以直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)比較的方法分析闡述了這一原理，由此開創(chuàng)了交流電動(dòng)機(jī)等效直流電動(dòng)機(jī)控制的先河。它使人們看到交流電動(dòng)機(jī)盡管控制復(fù)雜，但同樣可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場(chǎng)獨(dú)立控制的內(nèi)在本質(zhì)。

矢量控制方式的優(yōu)點(diǎn)包括同時(shí)控制電流的幅值和相位，還可通過軟件來設(shè)定這種控制方式；可從零轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，低頻轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬；可對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制；以及調(diào)速精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所使用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果。

一般認(rèn)為，直接轉(zhuǎn)矩控制理論（Direct Torque Control，簡(jiǎn)稱DTC）由德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授于1985年首先提出。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它并不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制，強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)矩的控制效果。

轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性在于，這項(xiàng)技術(shù)在很大程度上解決了矢量控制中計(jì)算復(fù)雜、特性容易受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響，實(shí)際性能難以達(dá)到理論分析結(jié)果等一些重要技術(shù)問題。它以新穎的控制思想，簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)特性，受到普遍控制，并得到迅速發(fā)展。

需要說明的是，以上列舉的僅是具有代表意義的變頻器控制技術(shù)與方法，變頻器的控制方法很多，比如，矩陣式交—交控制、轉(zhuǎn)差頻率控制，以及基于現(xiàn)代理論的控制策略，包括滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考、自適應(yīng)技術(shù)等。而且，近年來，人工智能化控制和模糊控制理論也開始引入交流變頻調(diào)速技術(shù)中，并已成為控制理論和控制技術(shù)研究及其發(fā)展的方向，衍生了模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。

與此同時(shí)，得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多難以用硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制，如矢量控制中的坐標(biāo)變換運(yùn)算、參數(shù)在識(shí)別的自適應(yīng)控制等，采用計(jì)算機(jī)控制便得以解決。此外，計(jì)算機(jī)控制還給變頻器增加了多種功能�，F(xiàn)代的變頻器已經(jīng)內(nèi)置有參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)、PID調(diào)節(jié)器、PLC控制器和通訊單元，根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)不同負(fù)載、寬調(diào)速和伺服控制等多種應(yīng)用。

隨著現(xiàn)代變頻技術(shù)的成熟，變頻器的應(yīng)用已滲透到我們?nèi)粘Ｉ�活以及工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面。如今，在日常生活中，無論是汽車還是高鐵，無論是通風(fēng)系統(tǒng)還是供暖系統(tǒng)，無論是空調(diào)、電冰箱、洗衣機(jī)，還是小家電產(chǎn)品，都大量應(yīng)用了變頻技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，變頻器與變頻技術(shù)則已廣泛應(yīng)用到冶金、紡織、化工、電力、煤礦、塑膠、石油鉆采、建材、供水、制藥、食品、機(jī)床機(jī)械、物流、包裝等各行各業(yè)。

表2 變頻器在主要行業(yè)的典型應(yīng)用

（來源：e-works整理）

從應(yīng)用現(xiàn)狀來看，變頻器應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，主要發(fā)揮以下幾個(gè)方面的作用：

◉ 一是節(jié)能降耗。實(shí)際上，變頻器最初被發(fā)明和應(yīng)用，主要是為了控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。然而，發(fā)展到現(xiàn)在，應(yīng)用變頻器更多的是為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。這是因?yàn)�，許多變動(dòng)負(fù)載的電機(jī)一般按最大需求來生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的容量，因此設(shè)計(jì)裕量偏大，但在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高，而應(yīng)用變頻器可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。

而且，由于我國電機(jī)種類繁多，但長(zhǎng)期低效率運(yùn)行，高效節(jié)能電機(jī)是我國節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，電機(jī)是重要的工業(yè)耗能設(shè)備，其耗電量約占我國整個(gè)工業(yè)電耗的60%以上，采用變頻器進(jìn)行對(duì)電機(jī)節(jié)能改造，節(jié)能潛力巨大。特別是，隨著我國提出“碳達(dá)峰、碳中和”的雙碳目標(biāo)，變頻器作為電機(jī)控制系統(tǒng)與工業(yè)節(jié)能的關(guān)鍵部分，也將發(fā)揮關(guān)鍵性作用。

◉ 二是改善工業(yè)控制系統(tǒng)工作效率。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，變頻器作為一種應(yīng)用變頻與微電子技術(shù)來控制交流電機(jī)的電力控制設(shè)備，具有不可替代的重要作用。它與前端PLC控制和后端伺服電機(jī)等聯(lián)系緊密，共同組成工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的實(shí)際組合應(yīng)用中，變頻器通過改變電壓和改變頻率來改善控制系統(tǒng)的工作效率，提高工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化水平。變頻器也集合了若干控制功能，以實(shí)現(xiàn)更方便的控制。此外，變頻器還集合了生產(chǎn)線供電的保護(hù)功能，能夠調(diào)節(jié)電壓，為安全生產(chǎn)提供保護(hù)。

◉ 三是提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量。變頻器可以廣泛應(yīng)用于傳送、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，它可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備的沖擊和噪聲，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。采用變頻調(diào)速控制后，可以使機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改變?cè)�有的工藝�?guī)范，從而改善了整個(gè)設(shè)備的功能。如今，變頻技術(shù)和變頻器已經(jīng)成為提高工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段之一。

比如，煉鋼廠、化纖生產(chǎn)企業(yè)、水泥制造廠，都需要應(yīng)用到風(fēng)機(jī)，若通過用調(diào)節(jié)風(fēng)門來調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，電機(jī)一直處于滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，但風(fēng)門開度通常在50%- 80%之間，會(huì)造成極大的浪費(fèi)。變頻器技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)負(fù)載中，其無級(jí)調(diào)速成能力可以滿足更大的調(diào)速范圍，且更為可靠，能更好的滿足生產(chǎn)工藝和工況的要求。在食品行業(yè)，將變頻器應(yīng)用于食品傳輸裝置中，可根據(jù)原材料的需求量

來控制傳輸帶速度，保證產(chǎn)品質(zhì)地均勻，同時(shí)根據(jù)不同的傳輸系統(tǒng)間的速度配比要求來實(shí)現(xiàn)速度同步和微調(diào)等功能。

◉ 四是實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)。電機(jī)直接啟動(dòng)不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和振動(dòng)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻器后，變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始變化，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命，同時(shí)也節(jié)省設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

變頻器自20世紀(jì)60年代問世，到20世紀(jì)80年代在主要發(fā)達(dá)國家已廣泛使用。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的變頻器行業(yè)起步較晚。20世紀(jì)80年代，大連機(jī)電廠引入了日本東芝的變頻技術(shù)，此后以三墾、富士等日本品牌為代表的國際品牌開始涌入中國。盡管在這之前，西安電力電子技術(shù)研究所研制了電流型變頻器，天津電氣傳動(dòng)研究所研制了電壓型變頻器，但并未形成規(guī)模。

從20世紀(jì)80年代到90年代末，在這長(zhǎng)達(dá)十多年的時(shí)間里，國際品牌占據(jù)了我國變頻器市場(chǎng)絕大部分份額，其中日本品牌占據(jù)主流。在此期間，國產(chǎn)變頻器廠商以及科研院所也在艱難探索國產(chǎn)變頻器的生存發(fā)展之道。1996年，國家原機(jī)械部等四部委推薦國家29個(gè)廠家33個(gè)規(guī)模的變頻器，但由于大部分本土企業(yè)受技術(shù)、資金等方面的制約，發(fā)展較為緩慢，難以形成與國際品牌相抗衡的局面。

進(jìn)入21世紀(jì)，國內(nèi)變頻器行業(yè)開始發(fā)生裂變，并迅速蔓延開來。一方面，國際廠商紛紛在中國投資建廠；另一方面，國產(chǎn)變頻器廠商的人員與資金不斷分離，以“細(xì)胞裂變”的態(tài)勢(shì)派生出多家國產(chǎn)變頻器廠商，如業(yè)界經(jīng)常會(huì)提及的“華為系”、“普傳系”、“富凌系”等。而且，近年來，在國家政策的支持與鼓勵(lì)之下，國產(chǎn)變頻器廠商中已誕生了部分優(yōu)勢(shì)企業(yè)，其生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品性能已有了較大提高。雖然尚未具備與國際頂級(jí)品牌展開全面競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，但已在一些細(xì)分產(chǎn)品和細(xì)分市場(chǎng)顯示出一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)份額逐漸擴(kuò)大，國內(nèi)變頻器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局已有了明顯改觀。

目前，中國變頻器市場(chǎng)的國際廠商達(dá)到數(shù)十家，主要包括ABB、丹佛斯、西門子、博世力士樂、施耐德電氣、羅克韋爾、霍尼韋爾、艾默生、賽威傳動(dòng)、倫茨、伊頓、邦納、KEB等歐美廠商，以及三菱電機(jī)、安川電機(jī)、歐姆龍、松下、東芝、日立、富士、三墾、日本電產(chǎn)、明電舍、三星、LS電氣、現(xiàn)代等日韓廠商。

表3 中國變頻器市場(chǎng)的國際廠商盤點(diǎn)

（來源：e-works整理，不完全統(tǒng)計(jì)）

國產(chǎn)變頻器廠商數(shù)量則已達(dá)到數(shù)百家。這其中，以匯川技術(shù)、英威騰、信捷電氣、藍(lán)海華騰、正弦電氣、四方電氣、偉創(chuàng)電氣、智光電氣、合康新能、臺(tái)達(dá)、新風(fēng)光電子、大連普傳、希望森蘭等為代表。

表4 國產(chǎn)變頻器廠商盤點(diǎn)

變頻器的發(fā)展，已經(jīng)走過了數(shù)十年的歷程，不僅市場(chǎng)正在逐步走向成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。而且，隨著當(dāng)今世界進(jìn)入新一輪科技產(chǎn)業(yè)革命以及“工業(yè)4.0”的新階段，變頻器技術(shù)也在持續(xù)演進(jìn)和發(fā)展，呈現(xiàn)出“數(shù)字化、智能化、專用化、集成化”的發(fā)展特征。

由于數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能制造的持續(xù)推進(jìn)，數(shù)字化和智能化已經(jīng)成為了當(dāng)今整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展主旋律。而變頻器作為智能制造的執(zhí)行單元，也正在邁向數(shù)字化與智能化。如今，變頻器不僅能完成節(jié)能調(diào)速、轉(zhuǎn)矩控制、位置控制等電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能，也能夠?qū)︱?qū)動(dòng)設(shè)備實(shí)施振動(dòng)、電流、速度、溫度等多維度在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障診斷、故障預(yù)警以及預(yù)測(cè)性維護(hù)等。

比如，丹佛斯通過將邊緣智能技術(shù)嵌入到變頻器中，將變頻器轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)中最智能的傳感器，使得用戶可實(shí)時(shí)訪問智能系統(tǒng)，輕松精準(zhǔn)地探查到應(yīng)用程序進(jìn)行維護(hù)的時(shí)間或?qū)ζ溥M(jìn)行全面優(yōu)化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)基于工況的預(yù)測(cè)性維護(hù)功能。

無論是復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)線、大型暖通空調(diào)系統(tǒng)、食品加工廠還是啤酒廠，都可以使用丹佛斯內(nèi)置基于工況的預(yù)測(cè)性監(jiān)控功能的智能變頻器，快速、輕松地優(yōu)化應(yīng)用，從而最大限度減少停機(jī)時(shí)間，減少工作量。

圖3 丹佛斯智能變頻器內(nèi)置的智能邏輯控制功能，可最大限度地延長(zhǎng)泵運(yùn)行時(shí)間（圖源：丹佛斯）

目前，西門子所有的變頻器都配備了上云接口。其中，SINAMICS系列所有變頻器僅需通過SINAMICS Connect 300這一網(wǎng)關(guān)模塊就能實(shí)現(xiàn)與云的直接連接，而無需經(jīng)過PLC。而且，西門子基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)MindSphere上的應(yīng)用程序Analyze My Drive還可以對(duì)從變頻器端收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，從而幫助終端用戶實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化和預(yù)警維護(hù)。

羅克韋爾也持續(xù)發(fā)力，將變頻器打造為智能制造的基礎(chǔ)“智能硬件”。以其PowerFlex 755TS變頻器為例，其內(nèi)置的預(yù)測(cè)模型可利用持續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)功能來計(jì)算變頻器組件的預(yù)測(cè)剩余壽命。用戶了解這些信息后，可根據(jù)需要更換組件，無需定期更換，從而縮短故障停機(jī)時(shí)間，降低維護(hù)成本。

面對(duì)細(xì)分市場(chǎng)及用戶需求的多樣化，變頻器在不斷滿足功能和性能需求的同時(shí)，還要不斷滿足操作習(xí)慣需求、機(jī)械設(shè)備安裝簡(jiǎn)便和空間節(jié)省需求、多臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備融合兼容需求等一系列個(gè)性化的需求，通用變頻器的結(jié)構(gòu)和特征無法全面滿足新的個(gè)性需求。傳統(tǒng)的通過通用變頻器來覆蓋所有行業(yè)的做法，已經(jīng)逐步被基于行業(yè)場(chǎng)景的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)所替代，但通用機(jī)型也仍將繼續(xù)存在，形成通用機(jī)型與專業(yè)機(jī)型并存，多功能與簡(jiǎn)易產(chǎn)品并存的態(tài)勢(shì)。

如今，更多的變頻器廠商都在圍繞特定行業(yè)、特定客戶和特定需求，開發(fā)定制化的變頻器產(chǎn)品及解決方案，以更好地貼近客戶應(yīng)用，解決客戶痛點(diǎn)，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。比如，在匯川技術(shù)的低壓變頻器產(chǎn)品系列中，除了有通用型的低壓變頻器產(chǎn)品，也有面向起重、風(fēng)電、機(jī)床、空壓機(jī)、中央空調(diào)、煤礦防爆等行業(yè)領(lǐng)域的專用型變頻器產(chǎn)品。英威騰針對(duì)各行業(yè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)專用結(jié)構(gòu)和功能，為空壓機(jī)、光伏水泵、建筑施工、港口、礦山、暖空空調(diào)、應(yīng)急電源等行業(yè)提供安全穩(wěn)定、擴(kuò)展靈活、防護(hù)可靠的專用變頻器產(chǎn)品和解決方案。東方日立也通過深挖細(xì)分市場(chǎng)的客戶需求，形成不同的專機(jī)解決方案，并以解決用戶需求為首要目的進(jìn)行針對(duì)性的產(chǎn)品軟硬件研發(fā)。

（圖源：英威騰官網(wǎng)）

隨著各行各業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的系統(tǒng)化與集成化越來越高，用戶對(duì)行業(yè)的整體解決方案的需求日益凸顯，變頻器作為工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品家族中不可或缺的一員，也正朝著集成化方向發(fā)展。所謂集成化，也就是將變頻器相關(guān)功能部件，如參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)、PLC控制器、PID調(diào)節(jié)器和通信單元等有效的集成在一起，組成高可靠性、多功能的一體化產(chǎn)品。集成化的變頻器產(chǎn)品擁有更強(qiáng)大的能力，可滿足工業(yè)4.0需求，并能無縫銜接數(shù)字化系統(tǒng)。