一、绪论
20世纪70年代后，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，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。
交流异步电动机的调速方式有多种，诸如调压调速、变级调速、串级调速、滑差调速等，而变频调速优于上述任何一种调速方式，是当今国际上广泛采用的效益高、性能好、应用广的新技术。它采用微机控制、电力电子技术及电机传动技术取得工业交流异步电机的无级调速功能。目前在国内外已广泛应用，是自动化电力传动的发展方向。
二、交流变频调速
2.1、交流变频调速的优异特性
1．调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 2．调速范围较大，精度高。
3．起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 4．变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 5．易于实现过程自动化。
6．必须有专用的变频电源，目前造价较高。
7．在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。
2.2、与其它调速方法的比较
湖南工程学院工程实习论文—交流变频调速系统
交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中，变频调速最具优势。这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。
在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点：
第一，直流电机的单机容量一般为12 - 14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。
第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6～10kV。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转到一千多转，而交流电机的达到每分钟数千转。第四，直流电机的体积、重量、价格要比同等容量的交流电机大。最后，特别要指出的是交流调速系统在节约能源方面有着很大的优势。一方面，交流拖动的负荷在总用电量中占一半或一半以上的比重，这类负荷实现节能，可以获得十分可观的节电效益。另一方面，交流拖动本身存在可以挖掘的节电潜力。在交流调速系统中，选用电机时往往留有一定余量，电机又不总是在最大负荷情况下运行；如果利用变频调速技术，轻载时，通过对电机转速进行控制，就能达到节电的目的。工业上大量使用风机、水泵、压缩机等，其用电量约占工业用电量的50%；如果采用变频调速技术，既可大大提高其效率，又可减少10%的电能消耗。
2.3、合理应用
交流变频调速技术在工业发达国已得到广泛应用。美国有60% - 65%的发电量用于电机驱动，由于有效地利用了变频调速技术，仅工业传动用电就节约了15% - 20%的电量。
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采用变频调速，一是根据要求调速用，二是节能。它主要基于下面几个因素：
1．变频调速系统自身损耗小，工作效率高。
2．电机总是保持在低转差率运行状态，减小转子损耗。 3．可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击。
交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。目前，国外先进国家的变频技术正向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向发展，我国也在加快发展步伐。
三、调速的相关技术和优缺点
交流电动机特别是鼠笼式异步电动机，结构简单，坚固耐用，制造方
便，价格低廉，容量没有限制，而且维修方便，对环境要求不高等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。但同时交流电机本身是一个非线性、强耦合的多变量系统，其可控性较差；而随着现代交流电机的调速控制理论和电力电子变流技术的发展，交流电机调速取得了突破性的进展，电气传动交流化的时代随之到来。
交流异步电机调速系统种类繁多，常见的有： 降电压调速； 电磁转差离合器调速； 绕线转子异步电机串级调速； 变级对数调速； 变压变频调速；
而由电机学可知，交流异步电机的转速公式如下：
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n?60f(1?s)?n0(1?s) p 式中，f为异步电机定子电压供电频率，p为异步电机的极对数，s为异步电机的转差率，n0为异步电机的同步转速。由上式可以看出，要改变异步电机的转速，可以有三种方案，即改变转差率s、改变极对数p或改变定子电压供电频率f
0根据公式，当极对数p不变时，电动机转子转速n与定子电源频率f成正比。因此通过连续改变定子电压供电频率f，就能平滑、无级地调节异步电动机的转速n，这种调速方法称为变频调速。
变频调速的优点：
调速范围宽，可以使普通异步电动机实现无极调速； 启动电流小，而启动转矩大；
启动平滑，消除机械的冲击力，保护机械设备； 对电机具有保护功能，降低电机的维修费用； 具有显著的节电效果；
通过调节电压和频率的关系方便地实现恒转矩或者恒功率调速； 目前，变频调速已经成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都得到了广泛的应用；而且随着一些新的交流电机调速理论（如：矢量控制和直接转矩控制）和现代电力电子技术（IGBT、IPM、PIC）以及高效的处理器（如：DSP）等相关技术的发展，它将在很大一段时间内主导电气传动领域，并向更高性能、更大容量以及智能化方向发展。
四、交流变频调速控制方法 4.1 SPWM控制
PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。基于正弦波对三角波脉宽调制的SPWM控制就是PWM控制的一种。通常采用等腰三角波作为载波，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻控制
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电路中功率开关器件的通断，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，当调制信号波为正弦波时称其为SPWM调制。
SPWM法是从电源的角度出发，着眼于如何生成一个可以调压调频的三相正弦波电源。SPWM波形的生成有许多方法，例如等效面积法、自然采样法、规则采样法等等。自然采样SPWM法采用正弦波作为调制波，以等腰三角波作为载波，利用比较法以正弦波和三角波瞬时值相等的时刻即两个波形交点作为跳变时刻，获得经调制的幅值相等、面积按正弦规律变化的矩形脉冲信号。中值规则采样法的基本思想是，将三角载波周期的中点(三角波的负峰值或正峰值)时刻对正弦采样形成阶梯波来代替正弦波。自然采样
SPWM法虽能确切反映正弦脉宽调制的原始方法，但其开关时刻求取困难，不适合微机实时控制，而中值规则采样法偏离自然采样法较小，脉宽的计算方法简单，用计算机实现比较方便，运算量小，实时性好，是人们常用的一种SPWM方法。
4.2 矢量控制（FOC）
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受