交流调速发展.pdfVIP

华北电力大学

交直流调速控制系统

名称：交流调速控制技术发展与应用

班级：机电1302

姓名：祝浩博

学号：201304420234

0、引言

交流调速技术诞生于19世纪，但由于其性能无法与直流调速技术相比，所

以过去的直流调速系统一直在电气传动领域中占统治地位。直到在20世50年

代中期，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。由于体积小、价

格低、坚固耐用性能良好等一系列的优点，半导体电力电子器件使电机调速用的

各种变流装置迅速进入了实用阶段。随着电力电子技术的发展，使得采用半导体

开关器件的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来，大规模集成电路和计

算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，为现代交流调速技术的发展创

造了有利条件，促进了各种类型的交流调速系统的飞速发展，如串极调速系统、

变频调速系统、无换相器电动机调速系统以及矢量控制调速系统等。目前在电气

传动领域中现代交流调速技术已有取代直流调速技术的趋势。

一、交流调速技术的发展

随着新型自关断电力电子器件、智能功率集成电路的问世，现代控制理论

的发展和计算机技术的应用，变频技术日新月异，新的控制策略不断涌现，使得

现代交流调速技术得到迅猛发展。

(1)仿真技术在交流调速系统中的应用：近年来计算机仿真技术在各行各业

得到了广泛的应用，特别是在进行复杂系统(如交流变频调速系统)的设计时，采

取计算机仿真方法来分析和研究其性能是非常有效和必要的。传统的计算机仿真

软件包用微分方程和差分方程建模，其直观性、灵活性差，编程量大，操作不便。

随着一些大型的高性能的计算机仿真软件的出现，实现交流调速系统的实时仿真

可以较容易地实现，如：matlab软件已经能够在计算机中全过程地仿真交流调速

系统的整个过程。matlab语言非常适合于交流调速领域内的仿真及研究，能够

为某些问题的解决带来极大的方便并能显著提高工作效率。随着新型计算机仿

真软件的出现，交流调速技术必将在成本控制、工作效率、实时监控等方面得到

长足的进步。

(2)DSP等数字化控制系统：随着计算机技术的发展，人们对数字化信息的

依赖程度越来越高。计算机、网络和调速技术的完美结合是现代交流调速系统的

发展方向。为了使交流调速系统与信息系统紧密结合，同时为了提高交流调速系

统自身的性能，必须使交流调速系统实现全数字化控制，单片机已经在交流调速

系统中得到了广泛应用，随着交流电机的控制理论不断发展，控制策略和控制

算法也日益复杂，模糊控制、专家控制、智能控制、自适应控制等在交流电机的

矢量控制或直接转矩控制中得到了应用。单片机由于自身的条件限制，已经无法

满足日益复杂的控制方法。DSP芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到了

施展身手的舞台。将来更加集成化智能化的数字芯片必将越来越多地运用到交流

调速系统当中，使得交流调速系统结构更加简单，功能更加强大、运行更加稳定。

(3)新型电力电子器件的研制：现代交流调速技术中电力电子技术的应用主

要受到以下几方面的限制：（1）电力电子器件的性能（2）电力电子技术的控制

策略和控制手段（3）电力变换器的结构（4）电力电子器件的价格。正是由于现

代交流调速技术发展的要求促使电力电子器件从不可控到可控，从低电压等级发

展到高电压等级，也促使了各种控制理论在该领域的运用和发展及各种新型变换

器的产生。随着交流调速的不断发展，对电力电子器件的要求越来越高，必然会

产生越来越多新型的电力电子器件，以适应系统的集成化、高频化、数字化、智

能化等一系列要求。同时，由于电力电子器件的应用而带来的谐波对电网造成的

污染也是研究的方向之一。这些谐波会使电机产生转矩脉冲，增加电机的附加损

耗和电磁噪声，也会使转矩出现周期性的波动，从而影响电机平稳运行和调速范

围。随着电力电子变换器的日益普及，谐波和无功电流给电网带来“电力公害”

越来越值得重视。新型的电力电子器件必然会考虑到这些问题，尽量减少或者消

除自身带来的问题，从而得到更好的利用。

二、交流调速技术的应用

异步电动机的转速(n)公式为：n=nz(1-s)，其中nz为电动机的同步速度，

s为转差率，所以异步电动机调速方法可以分为调旋转磁场的同步速度nz和

在同步速度不变条件下调转差率s两大类。运用到实