引言
电机在我们周围随处可见，如在洗衣机和冰箱等家用电器中，以及在汽车和飞机等交通工具中。没有电机，我们就无法享受诸多普通的现代化便利。第一台电机是19世纪初由Werner von Siemens、Thomas Alva Edison、Nikola Tesla和George Westinghouse等历史人物和公司创始人发明的。现在很难想象没有电机的日常生活。
但也许更重要的是工业中的电机，例如改进了用于制造消费品的装配线传送带的电机和汽车工业中使用的自动焊接机中的电机。电机在医疗、航空航天和可再生能源等其他重要领域也发挥着重要作用。电机有两种主要应用。第一种应用是电机连接到电网并以固定的转速运行。第二种广泛的应用需要电机以不同的转速和不同的扭矩运行。该应用需要在电网和电机之间放置功率转换装置，该装置通常称为变频驱动器（VFD）。
在一些应用中，介质需要以不同的转速流动或者需要调节介质的压力。阀门、阻尼器或齿轮箱可以调整这些参数中的一些参数，但有许多缺点，因为在这种情况下固定频率电网驱动电机总是提供全功率，而且大部分功率转换成热量。因此，许多应用浪费了大量的电能，因为这些不受控制的电机不是以其最佳转速和扭矩运行，而这些最佳转速和扭矩需要驱动的负载或提供的功来确定。
为了克服这些功率损耗，需要采用变频驱动器。利用这些功率转换装置，可以在宽范围内调节电机的转速和扭矩，以满足不同应用的需要。从技术角度来看，最重要的两个参数是决定电机转速的电压频率和决定电机的扭矩的电流。在商业上，节省能源和成本已经成为VFD越来越受欢迎的主要原因，VFD通常具有投资回收期短的特点。
通常，从固定交流电压到变频交流电压的能量转换过程如下：
VFD中最重要的转换步骤是直流转交流。将直流电压转换回交流电压的常见解决方案是使用脉冲宽度调制（PWM）技术，通常需要正弦调制波和三角载波。三角载波称为开关频率，对于高功率驱动器在几百赫兹，而对于低功率驱动器而言大约为20 000赫兹。正弦波是由逆变器的控制电路产生的参考，并且将是电机运行的频率。通过比较三角载波和参考正弦波，VFD输出脉冲宽度调制的矩形电压，并且在正弦波和三角波的每个交叉处改变其极性。调制的矩形电压驱动电机，并产生具有类似三角载波频率的高频纹波电流的正弦波电机电流。
线性运行 vs VFD运行
[使用VFD运行电机具有几项优点。
连接电网的交流电动机的起动电流可以在其额定电流的3倍和8倍之间变化。这是因为需要大量的电流来磁化电机以克服其惯性。这个高电流必须由电网提供，可能导致电压降和瞬变等问题，在一些情况下甚至会导致关机。这些高电流还在电机的转子线棒和绕组上产生机械应力。 VFD在零电压和零频率下启动电机，电流通常在满载电机电流的50％至75％之间。
由于电机的功率由电压乘电流决定，因此与直接连接到电网的电机相比，通过使用VFD，启动期间的功率需求低得多。如果在电网或VFD上的负载功率需求相同，则在启动时尤其如此。如果公司在现有电气安装系统的功率限制下，新安装没有VFD的机器可能产生无法支持的高启动电流，迫使运营商升级其电气系统以承载这些峰值电流。此外，一些公司需要为电力公司提供的峰值功率支付额外的费用。 VFD是解决这些启动浪涌电流问题的良好解决方案。
电机启动引起的高输入电流会造成线路上产生电压降。这些低电压下降可能会让一些敏感的设备访问离线。例如,众所周知，计算机、传感器和接触器对电压较敏感，在线路低压时可能关机。VFD的使用消除了这一问题，因为电机以零电压/低输入电流启动，逐渐加大。此外,电机直接从电网运行，电压下降时，电机轴的转速和转矩会发生变化。这在生产过程中是很不希望出现的。控制驱动器的设计可以降低对电网电压变化的敏感程度，提高电动机的“度过”能力。
通过电网直接启动电会对电机和连接到电机的分布系统产生很大的机械应力，产生机械冲击。VFD可以以定义的速度让电机加速，将冲击降低至可以忽略的水平。在某些应用中，不使用平滑的变速控制将机器加速到最大功率和转速是不可能或不可接受的。
VFD最重要的优点是能够根据整个应用的需要调整电机转速。第二个最重要的优点是其调整电机扭矩的能力。这是一个非常好的功能，它可以保护电机和电机驱动的系统免受损坏，因为可以限制或精确调整扭矩。此外，控制电机的扭矩可以节省相当大的功率。例如，由于该系统的立方根转速 - 功率关系，连接到风扇的VFD驱动电机以半速运行时仅消耗其额定功率的1/8。
电机受控制的停止或制动与其受控的加速一样重要。 VFD的最大优点可以在电梯和输送带的制动中实现。许多其它应用对电机的这种制动或反向运行有极大兴趣。通过VFD改变电机中的旋转场，不必改变电机相电缆的顺序，就可以进行反向运行。 VFD也消除了对阀门、阻尼器和齿轮箱的需要，实现了更紧凑的系统，更低的维护和运行成本。