Taajuusmuuttajien tukilaitteiden toimittajat muistuttavat, että taajuusmuuttajat ovat liikkeenohjausjärjestelmien tehomuuntimia. Nykyinen liikkeenohjausjärjestelmä on tekninen ala, joka kattaa useita eri osa-alueita, ja yleinen kehityssuunta on: vaihtovirtakäyttöiset, korkeataajuiset tehomuuntimet, digitaalinen, älykäs ja verkotettu ohjaus. Siksi taajuusmuuttajat ovat kehittyneet nopeasti tärkeänä tehonmuunnoskomponenttina järjestelmässä tarjoamalla ohjattavia, tehokkaita, muuttuvan jännitteen ja taajuuden vaihtovirtalähteitä.
2000-luvulla tehoelektroniikan materiaali on muuttunut piistä (Si) piikarbidiksi (SiC), mikä on johtanut korkeajännitteisten, suurten kapasiteettien, korkeataajuisten, modulaaristen komponenttien, pienentämisen, älykkyyden ja edullisten uusien tehoelektronisten laitteiden aikakauteen. Parhaillaan kehitetään ja tutkitaan useita uusia sähkölaitteita, jotka soveltuvat muuttuvan taajuuden nopeuden säätöön. Tietotekniikan nopea kehitys ja säätöteorian jatkuva innovointi vaikuttavat taajuusmuuttajien kehitystrendiin.
Markkinoiden laajentuessa ja käyttäjien kysynnän monipuolistuessa kotimaisten taajuusmuuttajatuotteiden toiminnot paranevat ja lisääntyvät jatkuvasti integraation ja systematisoinnin lisääntyessä, ja joitakin erikoistuneita taajuusmuuttajatuotteita on jo ilmestynyt. Taajuusmuuttajamarkkinoiden Kiinassa on raportoitu kasvaneen viime vuosina 12–15 %, ja niiden odotetaan kasvavan yli 10 % ainakin seuraavien viiden vuoden ajan. Tällä hetkellä taajuusmuuttajien asennetun kapasiteetin (tehon) kasvuvauhti Kiinan markkinoilla on itse asiassa noin 20 %. Taajuusmuuttajamarkkinoiden odotetaan saavuttavan kyllästymispisteen ja kypsyvän vähitellen vähintään 10 vuoden kuluttua.
1. Älykkyys
Kun älykäs taajuusmuuttaja on asennettu järjestelmään, ei tarvitse tehdä niin monia toiminnallisia asetuksia, vaan sitä on helppo käyttää ja käyttää selkeällä toimintatilan näytöllä. Se voi diagnosoida ja ratkaista vianmäärityksen ja jopa suorittaa automaattisen komponenttien muuntamisen. Internetiä voidaan käyttää etävalvontaan useiden invertterien linkittämiseksi prosessimenettelyjen mukaisesti, jolloin muodostuu optimoitu invertterin integroitu hallinta- ja ohjausjärjestelmä.
2. Erikoistuminen
Tietyn tyyppisen kuorman ominaisuuksien perusteella erikoistuneiden taajuusmuuttajien valmistus ei ole ainoastaan hyödyllistä kuorman moottorin taloudellisen ja tehokkaan ohjauksen kannalta, vaan se voi myös alentaa valmistuskustannuksia. Esimerkiksi taajuusmuuttajat tuulettimille ja pumpuille, taajuusmuuntimet nostokoneille, taajuusmuuntimet hissien ohjaukseen, taajuusmuuntimet jännityksen säätöön ja taajuusmuuntimet ilmastointiin.
3. Integraatio
Taajuusmuuttaja integroi valikoivasti asiaankuuluvat toiminnalliset komponentit, kuten parametrien tunnistusjärjestelmän, PID-säätimen, PLC-ohjaimen ja tiedonsiirtoyksikön, integroiduksi koneeksi, mikä paitsi parantaa toiminnallisuutta ja lisää järjestelmän luotettavuutta, myös vähentää tehokkaasti järjestelmän tilavuutta ja minimoi ulkoisten piirien liitännät. Raporttien mukaan on kehitetty integroitu taajuusmuuttajan ja sähkömoottorin yhdistelmäkone, joka tekee koko järjestelmästä kooltaan pienemmän ja helpommin hallittavan.
4. Ympäristönsuojelu
Ympäristön suojeleminen ja "vihreiden" tuotteiden valmistaminen on uusi käsite ihmiskunnalle. Tulevaisuudessa taajuusmuuttajat keskittyvät enemmän energiansäästöön ja vähäiseen saastumiseen eli minimoivat sähköverkon ja muiden sähkölaitteiden melun ja harmonisten yliaaltojen aiheuttaman saastumisen ja häiriön käytön aikana.
5. Pääpiirin tehonkytkentäkomponenttien itsestään sammuminen, modularisointi, integrointi ja älykkyys ovat jatkuvasti lisänneet kytkentätaajuutta ja vähentäneet edelleen kytkentähäviöitä.
6. Taajuusmuuttajan pääpiirin topologiarakenteen osalta:
Taajuusmuuttajan verkkopuolen muunnin käyttää usein 6-pulssista muunninta matalajännitteisissä ja pienikapasiteettisissa laitteissa, kun taas keskijännitteisissä ja suurikapasiteettisissa laitteissa käytetään multipleksoitua 12-pulssista tai useampaa muunninta. Kuormapuolen muuntimissa käytetään usein kaksitasoisia siltainverttereitä matalajännitteisissä pienikapasiteettisissa laitteissa, kun taas keskijännitteisissä suurikapasiteettisissa laitteissa käytetään monitasoisia inverttereitä. Neljän kvadrantin toiminnan siirtämiseksi, regeneratiivisen energian takaisinsyötön saavuttamiseksi verkkoon ja energian säästämiseksi, verkkopuolen invertterin tulisi olla käännettävissä oleva invertteri. Samanaikaisesti on syntynyt kaksois-PWM-invertteri, jolla on kaksisuuntainen tehonvirtaus. Verkkopuolen invertterin asianmukainen ohjaus voi saada tulovirran lähestymään siniaaltoa ja vähentää verkon saastumista. Tällä hetkellä sekä matala- että keskijännitteisissä taajuusmuuttajissa on tällaisia tuotteita.
7. Pulssinleveysmodulaatiolla varustettujen muuttuvan jännitteen invertterien ohjausmenetelmiin voi kuulua siniaallon pulssinleveysmodulaatio (SPWM) -ohjaus, PWM-ohjaus tiettyjen harmonisten yliaaltojen poistamiseksi, virran seurantaohjaus ja jänniteavaruusvektoriohjaus (magneettivuon seurantaohjaus).
8. Vaihtovirtamoottoreiden taajuusmuunnossäätömenetelmien kehitys näkyy pääasiassa vektorisäätöjen ja nopeusantureitta käyttämättömien suorien momentinsäätöjärjestelmien kehityksenä, jotka ovat siirtyneet skalaarisäädöstä korkean dynaamisen suorituskyvyn vektorisäätöön ja suoraan momentinsäätöön.
9. Mikroprosessorien kehitys on tehnyt digitaalisesta ohjauksesta nykyaikaisten ohjainten kehityssuunnan: liikkeenohjausjärjestelmät ovat nopeita järjestelmiä, erityisesti vaihtovirtamoottoreiden tehokasta ohjausta, jotka vaativat erilaisten tietojen tallennusta ja suurten tietomäärien nopeaa reaaliaikaista käsittelyä. Viime vuosina suuret ulkomaiset yritykset ovat peräkkäin lanseeranneet DSP-pohjaisia (Digital Signal Processor) -ytimiä, jotka on yhdistetty moottorin ohjaukseen tarvittaviin oheislaitteiden toiminnallisiin piireihin ja integroitu yhdeksi siruksi, jota kutsutaan DSP-yksisiruiseksi moottorinohjaimeksi. Hinta on laskenut huomattavasti, tilavuus on pienentynyt, rakenne on kompakti, käyttö on kätevää ja luotettavuus on parantunut. Tavallisiin mikrokontrollereihin verrattuna DSP on lisännyt digitaalisen prosessointitehonsa 10–15-kertaisesti, mikä varmistaa järjestelmän erinomaisen ohjaustehon.
Digitaalinen ohjaus yksinkertaistaa laitteistoa, ja joustavat ohjausalgoritmit tarjoavat suurta joustavuutta ohjauksessa, mikä mahdollistaa monimutkaisten ohjauslakien toteuttamisen ja tekee modernista ohjausteoriasta todellisuutta liikkeenohjausjärjestelmissä. Se on helppo liittää ylemmän tason järjestelmiin tiedonsiirtoa varten, helpottaa vianmääritystä, vahvistaa suojaus- ja valvontatoimintoja ja tekee järjestelmästä älykkään (kuten joissakin taajuusmuuttajissa on itsesäätyviä toimintoja).
10. AC-synkronimoottoreista on tullut uusi tähti vaihtovirtavaihteistojen vaihteistoissa, erityisesti kestomagneettitahtimoottoreissa. Moottorilla on harjaton rakenne, korkea tehokerroin ja korkea hyötysuhde, ja roottorin nopeus on tiukasti synkronoitu tehotaajuuden kanssa. Synkronimoottoreiden muuttuvan taajuuden nopeudensäätöjärjestelmiä on kaksi päätyyppiä: ulkoinen muuttuvan taajuuden säätö ja automaattinen muuttuvan taajuuden säätö. Itseohjautuvan muuttuvan taajuuden synkronimoottoreiden periaate on hyvin samanlainen kuin tasavirtamoottorien, ja tasavirtamoottorin mekaaninen kommutaattori on korvattu tehoelektronisella muuntimella. AC-DC-AC-jännitemuunninta kutsutaan "DC-kommutaattorittomaksi moottoriksi" tai "harjattomaksi tasavirtamoottoriksi (BLDC)". Perinteisessä itseohjautuvassa muuttuvan taajuuden synkronikoneen nopeudensäätöjärjestelmässä on roottorin asentoanturi, ja parhaillaan kehitetään järjestelmää ilman roottorin asentoanturia. Synkronimoottoreiden muuttuvan taajuuden säätömenetelmässä voidaan käyttää myös vektoriohjausta, joka on yksinkertaisempi kuin asynkronimoottoreissa roottorin magneettikentän mukaan suuntautuneen vektoriohjauksen suhteen.
Lyhyesti sanottuna taajuusmuuttajateknologian kehityssuunta on älykkyys, helppokäyttöisyys, moitteeton toimivuus, turvallisuus ja luotettavuus, ympäristönsuojelu, alhainen melutaso, alhaiset kustannukset ja pienentäminen.