1.2 变频器的发展与现状
由于变频器具有体积小、质量小、精度高、工艺先进、功能丰富、保护齐全、可靠性高、操作简便、通用性强、易形成闭环控制等优点，并优于以往的任何调速装置，因而深受钢铁、有色金属、石油、石化、化工、化纤、纺织、机械、电力、建材、煤炭、医药、造纸、卷烟、城市供水及污水处理等行业的欢迎。
当今变频器产业得到了飞速发展，变频器产业规模日趋壮大。交流变频器自20世纪60年代问世，到20世纪80年代在主要工业化国家已得到了广泛使用。20世纪90年代以来，随着人们节能环保意识的加强，变频器的应用越来越普及。
1.变频器控制方式的发展与现状
变频技术是应交流电动机无级调速的需要而诞生的。20世纪80年代，作为变频技术核心的脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）模式优化问题引起了业内人士的浓厚科研兴趣，并因此得出了诸多优化模式，如鞍形波PWM模式、电压空间相量PWM模式等。从20世纪80年代后半期开始，欧美发达国家的VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）变频器已投入市场并得到了广泛应用。
对于低压通用变频器，输出电压分为380V级和660V级两种，输出功率为0.75~400kW，工作频率为0~400Hz，主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。
第一代，采用正弦波脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)的恒压频比控制方式。该方式控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在各个领域得到了广泛应用。这种控制方式在低频时，因输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。但是，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意。而且，其系统性能不佳，控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢，电动机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性会变差。
第二代，电压空间矢量（磁通轨迹法）控制方式，又称SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）控制方式。它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电动机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式而进行控制的。经实践使用后又有所改进：引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流构成闭环，以提高动态的精度和稳定度。但这种方式下的控制电路环节较多，并且没有引入对转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。
第三代，矢量控制（磁场定向法）方式，又称VC（Vector Control）控制方式。矢量控制方式是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相—二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Iα、Iβ，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im、It（Im相当于直流电动机的励磁电流；It相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，从而实现对异步电动机控制的。
然而在实际应用中，转子磁链难以被准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，并且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较为复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
第四代，直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）方式。1985年，德国鲁尔大学的Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论。直接转矩控制方式与矢量控制方式不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩的，而是把转矩直接作为被控量来控制的。
直接转矩控制是控制定子磁链的，在本质上并不需要转速信息；在控制效果上，除定子电阻外的所有电动机参数变化的鲁棒性良好；所引入的定子磁链观测器能很容易地估算出同步速度信息，从而能方便地实现无速度传感器化。因此，这种控制也称为无速度传感器直接转矩控制。这种控制方式被应用于通用变频器的设计之中是很自然的事。然而，这种控制方式是依赖于精确的电动机数学模型和对电动机参数的自动识别，通过ID运行自动确立电动机实际的定子阻抗互感、饱和因数、电动机惯量等重要参数，然后根据精确的电动机模型估算出电动机的实际转矩、定子磁链和转子速度，并由磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行控制的。这种系统可以实现很快的转矩响应速度，以及很高的速度、转矩控制精度。
2.电力电子器件的发展与现状
到了20世纪60年代，随着晶闸管功率的不断增大，使变频器调速具有了现实可能性。而使变频器调速达到普及应用的阶段（欧美国家），则是在20世纪70年代大功率晶体管问世之后。20世纪90年代，场效应管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的出现及其性能不断提高，又使变频器调速在各个方面前进了一步。可见，变频器的产生、成长和发展，是和电力电子功率器件的进步密不可分的。
电力电子技术是高新技术产业发展的基础技术之一，是传统产业改造的重要手段。自1957年第一个普通晶闸管诞生以来，电力电子器件产品的发展主要经历了以下四代。
第一代产品主要标志是器件本身没有关断能力，如普通晶闸管。
第二代产品主要标志是器件本身有关断能力，如大功率晶体管、可关断晶闸管等。
第三代产品主要标志是一些性能优异的复合型器件和功率集成电路，如绝缘栅双极型晶体管等。
第四代产品主要标志是集性能优异的复合型集成电路及智能型的综合功能功率器件，如智能化模块IPM等。
3.国产变频器的发展与现状
目前，国产变频器市场正处于一个高速增长的时期。国产变频器在空调、电梯、冶金、机械等行业得到了广泛应用。经统计，在过去的几年内，国产变频器市场保持着12%~15%的增长率。这个增长率已经远远超过了近几年的GDP增长率，而且至少在未来的5年内可保持在10%以上。
目前，中国市场上变频器安装容量（功率）的增长率实际上在20%左右。按照这样的发展速度和中国市场的需求计算，至少在10年以后国产变频器市场才能饱和并逐渐成熟。因此，国产变频器市场具有广阔的发展空间。
4.变频器发展的总趋势
变频器是运动控制系统中的功率变换器。当今的运动控制系统包含了多种学科的技术领域。变频器发展的总趋势是：驱动的交流化，功率变换的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。变频器的发展使可控的高性能变压变频的交流电源也得到迅猛发展。