直流电动机与交流电动机作为动力机械的主要拖动装置广泛地应用在工业生产中，很长一段时间里，在调速性能要求较高的拖动系统中，采用的是直流电动机拖动。虽然交流电动机调速的基本原理很早以前就已经确立，但由于开关器件的功率、电力变流技术和控制手段的制约，无法得到一个向交流电动机供电的经济可靠的变频电源（即变频器），所以只在不变速拖动系统或调速性能要求不高的生产机械上采用交流电动机拖动。但是直流电动机结构复杂、存在定期更换电刷和换向器，以及存在换向火花而难以应用在易燃易爆气体的恶劣环境等缺点，而交流电动机则具有对环境适应性强、结构与维护简单的优点，所以变频电源一直是研究的主要课题。

20世纪70年代以后，电力电子器件的制造技术、基于电力电子电路的电力变流技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等以惊人的速度向前发展，交流变频调速技术这种理想的交流调速方法，也随之取得很大的进步，成为现代电力拖动技术的重要发展方向，变频器的性能得到很大的提高。

变频器技术是一门综合性的技术，它是建立在电力电子技术、自动控制技术、计算机技术的基础之上而逐渐发展起来的。由于变频器可以看作是一个频率可调的交流电源，对于交流电动机来说，只需在电网电源和现有的电动机之间接入变频器和相应设备，通过改变变频器的输出频率实现电动机的速度控制，而无需对电动机和系统本身进行大的设备改造。目前由高性能变频器和专用的异步电动机组成的调速系统在许多性能上已经达到和超过了直流电动机调速系统。在许多需要进行高速、高精度控制的环境中，交流调速系统正在逐步替代直流调速系统，不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎已经扩展到了工业生产的所有领域，从数百瓦级的家用电器直到数千千瓦级乃至数万千瓦级的调速传动装置，都可以用交流调速传动方式来实现，满足了不同用户的需要。

4.1.1.1 变频器的应用特点

1）由于直流电动机受换向等因素的制约，无法进行高速运转。但是对于异步电动机来说，由于不存在上述制约因素，异步电动机可以在相当高的转速下运转。高速电力拖动是变频器调速控制的特点之一。

2）变频器调速控制容易实现电动机的正反转切换，只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序，即可实现输出换相，不存在因换相不当而烧毁电动机的问题，还可以方便地进行起停运转。变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电动机加上一个直流电压，利用自己的制动回路，将机械负载的能量消耗在制动电阻上而进行制动，因此无需另外加制动控制电路，可以适应各种工作环境和工艺要求。

3）由于变频器本身对外部来说可以看作是一个可以进行调频调压的交流电源，可以用一台变频器同时供电给多台异步电动机或同步电动机，从而达到节约设备投资的目的。而对于直流调速系统来说，则很难做到这一点。

4）因为变频器是通过交流-直流-交流的电源变换后对异步电动机进行供电的，所以电源的功率因数不受电动机功率因数的影响。另外，电动机在起动时，由于变频器的输出频率可以降至很低，电动机的起动电流很小，变频器输入端电源的容量也比较小，变频器输入端的容量只为电动机输出容量的1.5倍左右。而用电网电源直接对电动机进行供电时，电动机的起动电流为额定电流的5～6倍，所以变频器也可以同时起到减压起动器的作用。

5）节能效果明显，尤其是对于在工业中大量使用的风机和泵类负载来说，通过变频器进行调速控制可以代替传统上利用挡板和阀门进行的风量、流量和扬程的控制，所以节电率可达到20％～60％，这是因为风机、泵的耗用功率与转速的三次方成正比例，当用户需要的平均流量较小时，风机、泵的转速较低，其节能效果是十分可观的。

6）由于高性能的变频器的外部接口功能非常丰富，可以将其作为自动控制系统中的一个部件使用，构成所需的自动控制系统。

4.1.1.2 变频器的发展(www.daowen.com)

随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，今后变频器技术将会在以下几个方面进一步得到发展：

1.大容量和小体积化

近年来，电力电子器件发展很快，IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）、SiC-IGBT（Silicon Carbide-Insulated Gate Bipolar Transistor，碳化硅绝缘栅双极型晶体管）等电力半导体器件和以IGBT为开关器件的IPM（Intelligent Power Module，智能功率模块）及单片IPM等新型功率器件的不断发展，它们在大电流化和高耐压化方面的优势，使得变频器的容量将越来越大。变频器主电路中功率电路的模块化、变流电路开关模式的高频化、控制电路采用大规模集成电路和全数字控制技术，为变频器小型化搭接了很好的平台，促使其装置更加小型化。

2.高性能和多功能化

利用了微型计算机的巨大的信息处理能力与软件功能不断强化，使变频装置的灵活性和适应性不断增强，例如低速下的转矩提升功能，转差补偿功能，瞬时停电、短时过载情况下的平稳恢复功能，控制指令和控制参数设定的可触摸形式的实现，多步转速设定、S形加减速和自动加减速控制功能，故障显示和记忆功能等，同时方便的接口技术，很容易实现控制系统的闭环控制。随着信息技术的发展和网络与智能化的应用，变频器产品将可以进行故障自诊断，从而保证变频器的长寿命和高可靠性，利用网络实现多台变频器联动，甚至可组成变频器综合管理控制系统。

3.专门化和易操作化

随着变频器应用的不断普及和需求，变频器的使用将更加简单和易操作，因为只有容易操作的产品才能够不断获得新的用户，并进一步扩大市场。

4.环保无公害化

变频器本身造成的谐波给电源电压和电流带来畸变，并影响接于同一电源的其他设备。噪声问题也是一个比较大的问题，但随着IGBT的低噪声变频器的出现，这个问题已经基本上得到了解决。不断减少变频器对环境的影响，推出无公害变频器已经成为大势所趋。