變頻器的工作使用范圍在不斷擴大。但業(yè)內(nèi)的專家卻一致認為：PLC可編程序控制器技術(shù)將仍然有其存在的必要性，只是在驅(qū)動技術(shù)方面的重要意義不如以前了。變頻器的發(fā)展趨勢還包括性能優(yōu)化、小型化和更好的性價比。

僅僅把變頻器安置在電氣控制柜中，使其能夠控制三相交流電動機正常工作的時代已經(jīng)一去不復(fù)返了。今天的變頻器體積更小，安裝在電動機的殼體內(nèi)更加節(jié)省空間，而且利用變頻器不僅僅可以調(diào)節(jié)動力電的頻率也可以調(diào)節(jié)交流電壓。“事實上，分散式配置技術(shù)已經(jīng)得到了進一步的發(fā)展。借助于緊湊的結(jié)構(gòu)，變頻器已經(jīng)更為普遍地應(yīng)用于電動機中，而這種變頻電動機的用量越來越多。將來，一些典型的伺服應(yīng)用也都可以被這種智能化的變頻電動機所實現(xiàn)。”Nord公司領(lǐng)導(dǎo)人Frank Wiedemann先生說（圖1）。

圖1 今天的變頻器能提供動態(tài)監(jiān)控顯示的功能。圖中所示的SK 200E變頻器是Nord公司的產(chǎn)品，功能強大，適合于分散式配置

SEW公司商務(wù)經(jīng)理Thomas Middelhoff先生解釋道：“從變頻器這種產(chǎn)品的發(fā)展趨勢來看，人們可以清楚地了解到：變頻器產(chǎn)品已經(jīng)在可靠性能的基礎(chǔ)上完成了性價比的優(yōu)化。”Middelhoff先生還說，像減小外形尺寸、提高驅(qū)動效率、降低安裝和調(diào)試費用以及簡化操作等方面的問題也都有著非常重要的意義。“這里不僅僅涉及到變頻器這個單一產(chǎn)品，還包括了與上一級控制系統(tǒng)和下一級被驅(qū)動裝置之間的接口。”這里留給了變頻器生產(chǎn)廠家很大的安裝、調(diào)試和使用簡單化的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

西門子公司驅(qū)動產(chǎn)品經(jīng)理Harald Wegmann先生補充道：“變頻器的另一個發(fā)展趨勢就是性能強大，尤其是聯(lián)網(wǎng)性能、數(shù)字化工廠的性能、TIA全集成自動化性能和操作使用的簡單化（圖2）。”具備了這些特性，就能夠?qū)崿F(xiàn)包括變頻器在內(nèi)的驅(qū)動鏈、整個工廠的IT系統(tǒng)以及整個使用壽命周期的三重集成。

圖2 西門子公司驅(qū)動技術(shù)產(chǎn)品經(jīng)理Harald Wegmann先生說：“變頻器的發(fā)展趨勢非常清楚，即性能更加強大。”

另外，變頻器越來越高的能源利用率也是不可忽視的一大發(fā)展趨勢，這也就意為著變頻器在部分負載工況下以及在電動機-變頻器系統(tǒng)中的工作效率有著越來越重要的意義，也就需要進一步的優(yōu)化了。

安全技術(shù)的集成

幾乎所有的機床設(shè)備生產(chǎn)廠家都對變頻器提出了集成保護，如STA安全撤銷扭矩、安全停止以及速度安全限制等在內(nèi)的技術(shù)要求。根據(jù)不同的使用工況，對變頻器的安全技術(shù)要求也不同。Middelhoff先生相信，在變頻器的研發(fā)中能源利用效率的提高也將會成為一個重要的核心問題，而且將有著越來越重要的作用。“不僅僅變頻器自身的效率要提高，而且也要考慮到電動機的控制和調(diào)節(jié)方案。這主要是因為：對于變頻器而言，94%的效率已經(jīng)相當(dāng)高了，與電動機相比，進一步提高的余地并不大。在變頻器中簡單的通訊方式以及人員和過程的安全防護功能的集成都已經(jīng)達到了很高的水平，而通過這些功能提高設(shè)備的生產(chǎn)能力則是變頻器未來發(fā)展的一種可能性（圖3）。”

圖3 SEW公司商務(wù)經(jīng)理Thomas Middelhoff先生說：“變頻器的效率超過94%已經(jīng)是很高的了，與電動機相比較，進一步提高的余地不大。”

Wiedemann先生說，某些變頻器目前已經(jīng)有可能實現(xiàn)這些功能，并在伺服系統(tǒng)中發(fā)揮作用，而且有些生產(chǎn)廠家已經(jīng)明確的沿著這一趨勢開發(fā)自己的產(chǎn)品了。“現(xiàn)在，我們就可以利用變頻器完成定位運動和同步運動的應(yīng)用。由于成本費用的原因還不能完成全部的動態(tài)伺服驅(qū)動，但它與直流電動機相結(jié)合而實現(xiàn)的動態(tài)性能已經(jīng)非常引人注目了，在許多應(yīng)用領(lǐng)域中可以替代伺服驅(qū)動技術(shù)。”

然而，許多專家一致認為，變頻器還不能替代上一級的PLC可編程序控制器系統(tǒng)。“PLC可編程序控制器系統(tǒng)仍然將是機床設(shè)備的重要組成部分，但其調(diào)節(jié)任務(wù)由驅(qū)動系統(tǒng)直接來完成，在多軸系統(tǒng)中也失去了交叉通訊的重要性。”Wegmann先生說。

電動控制技術(shù)

“不可能指望驅(qū)動系統(tǒng)的電子驅(qū)動技術(shù)來代替機床設(shè)備的控制系統(tǒng)。”Wiedemann先生堅信，“當(dāng)然今天一些變頻器已經(jīng)具有自由編程控制的能力，提高了使用靈活性和操作舒適性，而這些原來都要由PLC可編程序控制器系統(tǒng)來實現(xiàn)。從嚴(yán)格意義上講，這些都是驅(qū)動系統(tǒng)的任務(wù)，是變頻器智能化和高效化所能解決的問題。對于PLC可編程序控制器系統(tǒng)來講，用以完成這些任務(wù)確實是大材小用了（圖4）。”

圖4 Nord公司的Frank Wiedemann先生說：“從嚴(yán)格意義上講，僅僅是為了完成驅(qū)動任務(wù)就使用PLC可編程序控制器就大材小用了。”

“這些都是一些特殊的應(yīng)用場合，與同步驅(qū)動的坐標(biāo)軸的數(shù)量和運動方式有關(guān)。機床設(shè)備只有一個運動的坐標(biāo)軸，智能化的循環(huán)運動和定位運動可以從PLC可編程序控制器交給變頻器來完成。在小型的機床設(shè)備中甚至可以完全放棄使用PLC可編程序控制器系統(tǒng)。”Middelhoff先生說。

同步器和逆變器

從變頻器的結(jié)構(gòu)上來講，變頻器相當(dāng)于一個由直流中間電路供電的同步器和一個由中間電路供電的逆變器的組合。中間電路相當(dāng)于一個平滑電壓的電容和濾波的電阻電路，雖然使用直流電的中間電路不常見。

除此以外，還有所謂的矩陣變換器。在這種強迫換流周波變換器中必須連續(xù)不斷的提供三相交流電壓；而在有中間電路的變頻器中也可以使用單相交流電。中間電路的存儲元件填補了電力供應(yīng)的缺口。一個中間電路可以拖動多個逆變器；因此這種變頻器常常在金屬切削機床中使用。