并重点介绍了交一交变频和矩阵式变频器。对于交流调速系统的发展，着重讨论了高动态性能的异步变频器调速系统和同步电机调速系统。

　　1交流调速与变频器的应用领域交流电动机，特别是笼型异步电动机，具有相对体积小、重量轻、结构简单、维护方便、制造成本和运行费用低且能在恶劣环境下可靠运行等优点。但由于其实现调速困难或调速方式不够理想，长期以来高性能可调速传动一般都采用直流电机。到20世纪70年代，由于采用电力电子变频器的高效交流变频传动开发成功，结构简单、成本低、工作可靠、维护方便、效率高、传动惯量小的交流笼型电机进入了可调速领域。此后，交流调速的应用便迅速发展起来了。

　　所谓变频调速器是将三相工频（50Hz）交流电源或任意电源变换成三相电压可调频率可调的交流电源，有时又将变频调速器称为变压变频装置（VVVF）。主要用于交流电机（异步电机或同步电机）转速的调节。

　　一个交流电动机变频调速系统有变频调速器、驱动器和控制器三部分组成。其中核心是变频调速器，由它来实现电动机电压和频率的平滑变化。变频调速在调频范围、静态精度、动态品质、系统完善的保护功能、容易实现自动控制和过程控制等方面是以往的调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速等调速无法比拟的。它是公认的交流电机比较理想比较有前途的调速方案，代表了今后电气传动的发展方向。

　　在这里主要讨论比较为广泛的异步电机VVVF变压变频调速，以及用于变压变频调速的电力电子装置变频器，主要是逆变器。同时，也将涉及同步电机的变频调速。目前变频器主要应用于三个方面：一般性能的节能调速和工艺调速；高性能交流调速系统；特大容量、极高转速的交流传动。

　　20.4KV以下低压变频器的应用和发展0.4KV以下的低压变频现在己很普及，国内外都有比较成熟的产品。现在，低压变频器发展中的主要问题是对电磁兼容性的严格要求，在滤波、无功补偿和抗电磁干扰等方面都应该完全符合国际标准。

　　33~10KV中压变频器的应用和发展对于3~10KV的变频器，称为中压变频器。受到常用电力电子开关器件耐压的限制，普通低压变频器不能适用于中压。解决中压变频器的途径：提高电力电器器件的耐压；多电平、多重化或多单元串联；对于新设计的产品，应适当降低电机的额定电压；中压变频器主要用于大、中容量的风机、水泵调速，这对于节能非常重要。

　　4交一交直接变频和矩阵式变频器对于大容量、低转速的交流调速系统，常采用晶闸管交一交直接变频器，供电给低速电机直接传动时，可省去庞大的齿轮减速箱。缺点是：比较高输出频率不超过电网频率的1/3~1/2且输入功率因数较低，谐波电流含量大，谐波频谱复杂，因此必须配置大容量的滤波和无功补偿设备。

　　近年来，出现了一种应用全控型开关器件的矩阵式交一交变压变频器，在三相输入与三相输出之间用了九组双向开关组成矩阵阵列，采用PWM控制方式，可直接输出变频电压。主要优点：输出电压和输出电流的低次谐波幅值都比较小；可省去中间直流环节的大电容元件限制矩阵式变频器实际应用的问题是：（1）功率器件数量大，装置结构复杂；第：董燕飞（1976-），女，江苏沛县人平顶山工学i院讲师，武汉大学在职研究生。，u+4，。+双向开关的安全换流问题；当输出电压必须接近正弦时，理论上比较大输出输入电压比只有0.866. 20世纪90年代开发出几种智能换流技术（二步换流、四步换流等）和现有的一些控制方案己能实现更高的电压比，并能解决双向开关的安全换流问题。在应用上比较大的进展是2000年以后出现的功率模块，克服了矩阵式变频器结构庞大的缺点。目前，矩阵式变频器在国内外都有研制的样机出现。

　　5高动态性能的异步电机变频调速系统基于稳态模型设计的VVVF装置只能实现一般的控制性能，要实现高动态性能必须应用异步电机的动态数学模型，这时控制算法会比较复杂，采用数字控制恰好能使计算机的优越性得以发挥。现己获得广泛应用的高动态性能异步电机控制系统有两种：矢量控制系统（VCS）和直接转矩控制系统（DTCS）三相异步电机的动态模型虽然复杂，但利用坐标变换可把它等效成直流电机模型，从而可仿照直流电机进行控制。在矢量控制系统中，采用由转子磁链决定d轴方向的dq同步旋转坐标系，把锭子电流分解为励磁分量和转矩分量，得到类似于直流电机的转矩模型再按照动态模型把非线性系统等效变换成两个独立的转速和转子磁链的子系统，分别用PI调节器进行控制，其调速范围可达1：1 000.但按转子磁链定向会受电机参数变化的影响而失真，从而降低系统的调速性能，采用智能化调节器可克服这一缺点，可提高系统的鲁棒性。

　　直接转矩控制系统舍去比较复杂的旋转坐标变换，仅在二相静止坐标系上构成转矩反馈信号，并用双位式砰一砰控制，根据二者的变化选择电压空间矢量的PWM开关状态，以控制电机的转速。这种系统控制结构简单、转矩响应快，又避免了转子参数变化的影响。砰一砰控制会使输出转矩产生脉动，影响系统的调速范围。

　　在VCS和DTCS两种系统中取长补短，按锭子磁链定向进行矢量控制，如果能在控制算法中避开电机的转子参数，使系统性能不受其变化的影响，应该能够获得优秀的调速性能，有很好的发展前景。在VCS和DTCS两种系统中都需要转速闭环控制，所需转速反馈信号来自与电机同轴的速度传感器，其成本、安装、可靠性能都有问题。目前，己有若干品种的无速度传感器高性能调速系统问世6同步电机变压变频调速采用独立的变压变频器给同步电机供电的系统叫作他控式变频调速系统。由于同步电机运行时能保持严格的同步转速，如果在电机轴上安装一个能反映转子磁极位置的装置，称为转子位置检测器，用它发出的转子位置信号来控制变频器换相，则为自控式变频调速系统。由于同步电机的变压变频控制方式比异步简单，且转速控制精确，其应用有逐步上升之势。小容量的同步电机调速系统有：高精度正弦波永磁同步电机调速，常用于伺服系统和高精度调速系统；梯形波永磁同步电机自控式变频调速又称无刷直流电机调速；大容量的励磁式同步电机调速系统有：自控式变频和自然换流逆变器控制调速系统；按磁场定向矢量控制调速系统。