并重點介紹了交一交變頻和矩陣式變頻器。對于交流調速系統(tǒng)的發(fā)展，著重討論了高動態(tài)性能的異步變頻器調速系統(tǒng)和同步電機調速系統(tǒng)。

　　1交流調速與變頻器的應用領域交流電動機，特別是籠型異步電動機，具有相對體積小、重量輕、結構簡單、維護方便、制造成本和運行費用低且能在惡劣環(huán)境下可靠運行等優(yōu)點。但由于其實現(xiàn)調速困難或調速方式不夠理想，長期以來高性能可調速傳動一般都采用直流電機。到20世紀70年代，由于采用電力電子變頻器的高效交流變頻傳動開發(fā)成功，結構簡單、成本低、工作可靠、維護方便、效率高、傳動慣量小的交流籠型電機進入了可調速領域。此后，交流調速的應用便迅速發(fā)展起來了。

　　所謂變頻調速器是將三相工頻（50Hz）交流電源或任意電源變換成三相電壓可調頻率可調的交流電源，有時又將變頻調速器稱為變壓變頻裝置（VVVF）。主要用于交流電機（異步電機或同步電機）轉速的調節(jié)。

　　一個交流電動機變頻調速系統(tǒng)有變頻調速器、驅動器和控制器三部分組成。其中核心是變頻調速器，由它來實現(xiàn)電動機電壓和頻率的平滑變化。變頻調速在調頻范圍、靜態(tài)精度、動態(tài)品質、系統(tǒng)完善的保護功能、容易實現(xiàn)自動控制和過程控制等方面是以往的調壓調速、變極調速、串級調速、滑差調速等調速無法比擬的。它是公認的交流電機比較理想比較有前途的調速方案，代表了今后電氣傳動的發(fā)展方向。

　　在這里主要討論比較為廣泛的異步電機VVVF變壓變頻調速，以及用于變壓變頻調速的電力電子裝置變頻器，主要是逆變器。同時，也將涉及同步電機的變頻調速。目前變頻器主要應用于三個方面：一般性能的節(jié)能調速和工藝調速；高性能交流調速系統(tǒng)；特大容量、極高轉速的交流傳動。

　　20.4KV以下低壓變頻器的應用和發(fā)展0.4KV以下的低壓變頻現(xiàn)在己很普及，國內外都有比較成熟的產品。現(xiàn)在，低壓變頻器發(fā)展中的主要問題是對電磁兼容性的嚴格要求，在濾波、無功補償和抗電磁干擾等方面都應該完全符合國際標準。

　　33~10KV中壓變頻器的應用和發(fā)展對于3~10KV的變頻器，稱為中壓變頻器。受到常用電力電子開關器件耐壓的限制，普通低壓變頻器不能適用于中壓。解決中壓變頻器的途徑：提高電力電器器件的耐壓；多電平、多重化或多單元串聯(lián)；對于新設計的產品，應適當降低電機的額定電壓；中壓變頻器主要用于大、中容量的風機、水泵調速，這對于節(jié)能非常重要。

　　4交一交直接變頻和矩陣式變頻器對于大容量、低轉速的交流調速系統(tǒng)，常采用晶閘管交一交直接變頻器，供電給低速電機直接傳動時，可省去龐大的齒輪減速箱。缺點是：比較高輸出頻率不超過電網(wǎng)頻率的1/3~1/2且輸入功率因數(shù)較低，諧波電流含量大，諧波頻譜復雜，因此必須配置大容量的濾波和無功補償設備。

　　近年來，出現(xiàn)了一種應用全控型開關器件的矩陣式交一交變壓變頻器，在三相輸入與三相輸出之間用了九組雙向開關組成矩陣陣列，采用PWM控制方式，可直接輸出變頻電壓。主要優(yōu)點：輸出電壓和輸出電流的低次諧波幅值都比較?。豢墒∪ブ虚g直流環(huán)節(jié)的大電容元件限制矩陣式變頻器實際應用的問題是：（1）功率器件數(shù)量大，裝置結構復雜；第：董燕飛（1976-），女，江蘇沛縣人平頂山工學i院講師，武漢大學在職研究生。，u+4，。+雙向開關的安全換流問題；當輸出電壓必須接近正弦時，理論上比較大輸出輸入電壓比只有0.866. 20世紀90年代開發(fā)出幾種智能換流技術（二步換流、四步換流等）和現(xiàn)有的一些控制方案己能實現(xiàn)更高的電壓比，并能解決雙向開關的安全換流問題。在應用上比較大的進展是2000年以后出現(xiàn)的功率模塊，克服了矩陣式變頻器結構龐大的缺點。目前，矩陣式變頻器在國內外都有研制的樣機出現(xiàn)。

　　5高動態(tài)性能的異步電機變頻調速系統(tǒng)基于穩(wěn)態(tài)模型設計的VVVF裝置只能實現(xiàn)一般的控制性能，要實現(xiàn)高動態(tài)性能必須應用異步電機的動態(tài)數(shù)學模型，這時控制算法會比較復雜，采用數(shù)字控制恰好能使計算機的優(yōu)越性得以發(fā)揮。現(xiàn)己獲得廣泛應用的高動態(tài)性能異步電機控制系統(tǒng)有兩種：矢量控制系統(tǒng)（VCS）和直接轉矩控制系統(tǒng)（DTCS）三相異步電機的動態(tài)模型雖然復雜，但利用坐標變換可把它等效成直流電機模型，從而可仿照直流電機進行控制。在矢量控制系統(tǒng)中，采用由轉子磁鏈決定d軸方向的dq同步旋轉坐標系，把錠子電流分解為勵磁分量和轉矩分量，得到類似于直流電機的轉矩模型再按照動態(tài)模型把非線性系統(tǒng)等效變換成兩個獨立的轉速和轉子磁鏈的子系統(tǒng)，分別用PI調節(jié)器進行控制，其調速范圍可達1：1 000.但按轉子磁鏈定向會受電機參數(shù)變化的影響而失真，從而降低系統(tǒng)的調速性能，采用智能化調節(jié)器可克服這一缺點，可提高系統(tǒng)的魯棒性。

　　直接轉矩控制系統(tǒng)舍去比較復雜的旋轉坐標變換，僅在二相靜止坐標系上構成轉矩反饋信號，并用雙位式砰一砰控制，根據(jù)二者的變化選擇電壓空間矢量的PWM開關狀態(tài)，以控制電機的轉速。這種系統(tǒng)控制結構簡單、轉矩響應快，又避免了轉子參數(shù)變化的影響。砰一砰控制會使輸出轉矩產生脈動，影響系統(tǒng)的調速范圍。

　　在VCS和DTCS兩種系統(tǒng)中取長補短，按錠子磁鏈定向進行矢量控制，如果能在控制算法中避開電機的轉子參數(shù)，使系統(tǒng)性能不受其變化的影響，應該能夠獲得優(yōu)秀的調速性能，有很好的發(fā)展前景。在VCS和DTCS兩種系統(tǒng)中都需要轉速閉環(huán)控制，所需轉速反饋信號來自與電機同軸的速度傳感器，其成本、安裝、可靠性能都有問題。目前，己有若干品種的無速度傳感器高性能調速系統(tǒng)問世6同步電機變壓變頻調速采用獨立的變壓變頻器給同步電機供電的系統(tǒng)叫作他控式變頻調速系統(tǒng)。由于同步電機運行時能保持嚴格的同步轉速，如果在電機軸上安裝一個能反映轉子磁極位置的裝置，稱為轉子位置檢測器，用它發(fā)出的轉子位置信號來控制變頻器換相，則為自控式變頻調速系統(tǒng)。由于同步電機的變壓變頻控制方式比異步簡單，且轉速控制精確，其應用有逐步上升之勢。小容量的同步電機調速系統(tǒng)有：高精度正弦波永磁同步電機調速，常用于伺服系統(tǒng)和高精度調速系統(tǒng)；梯形波永磁同步電機自控式變頻調速又稱無刷直流電機調速；大容量的勵磁式同步電機調速系統(tǒng)有：自控式變頻和自然換流逆變器控制調速系統(tǒng)；按磁場定向矢量控制調速系統(tǒng)。