处理、故障诊断、自我保护等多种智能功能，及减少了体积、减轻了重量，有提高了可靠性，使用、维护都更加方便，是功率器件的重要发展方向。ii
随着新型电力电子器件的不断涌现，变频技术获得飞速发展。以普通晶闸管构成的方波型逆变器被全控型高频率开关器件组成横的脉宽调制（PWM）逆变器取代之后，SPWM逆变器及其专用芯片得到了普遍应用。磁通跟踪型PWM逆变器以不同的开关模式在电机中产生的实际磁通去逼近定子磁力链的给定轨迹—理想磁通圆，即用空间电压矢量方法决定逆变器的开关状态，形成PWM波形。由于控制简单、数字化方便，已呈现出取代传统SPWM的趋势电力流跟踪型PWM逆变器为电流控制性的电压源逆变器，兼有电压和电流控制型逆变器的优点，滞环电流跟踪型PWM逆变器更因其电流动态响应快、实现方便，受到重视。目前，随着器件开关频率的提高，并借助于控制模式的优化以消除指定谐波，以使PWM逆变器的输出波形逼近正弦波。但在电网侧，尽管以不空整流器取代了相控整流器，使基波功率因数（位移因数）接近于1，然而电流谐波分量大，总功率因数仍很低，消除对电网的谐波污染并提高功率因数已构成变频技术不可回避的问题。为此，在国外已引起广泛关注。PWM逆变器工作频率的进一步提高将受到开关损耗的限制，特别是大功率逆变器，工作频率不取决于器件开关速度而受限于开关损耗。近年研究出的写真型逆变器是一种新型软开关逆变器，由于应用写真集舒适功率开关在零电压或令电流下进行开关状态转换，开关损耗几乎为零，使效率提高、体积减小、重量减轻、成本降低，是很有发展前景的逆变器。
在变频技术日新月异地发展的同时，交流电动机控制技术取得了突破性进展。由于交流电动机是多变量、强耦合的非线性系统，与直流电动机相比，转矩控制要困难得多。70年代初提出的矢量控制理论解决了交流电动机的转矩控制问题，应用坐标变换奖三项系统等效为两相系统，在经过安转子磁场定向的同步旋转变换实现了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对交流电动机的磁链和电流分别控制的目的。这样就可以将一台三相异步电动机等效为直流电动机来控制，因而获得了与直流调速系统同样优良的静、动态性能，开创了交流调速与直流调速相竞争的时代。
直接转矩控制是80年代中期提出的又一转矩控制方法，其思路是把电机与逆变器看做一个整体，采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通过磁通跟踪型PWM逆变器的开关状态直接控制转矩。因此，无需对定
子电流进行解耦，免去了矢量变换的复杂计算，控制结构简单，便于实现全数字化，目前正受到各国学者的重视。
近10多年来，各国学者致力于无速度传感器控制系统的研究，利用检测定子电压、电流等容易测量的物理量进行速度估算以取代速度传感器。其关键在于在线获取速度信息，在保证较高控制精度的同时，满足实时控制要求。速度估算的方法，除了根据数学模型计算电动机转速外，目前应用较多的有模型参考自适应法和扩展卡尔曼滤波法。无传感器控制技术不需要检测硬件，也免去了传感器带来的环境适应性、安装维护等麻烦，提高了系统可靠性，降低了成本，因而引起了广泛兴趣。
微处理机引入控制系统，促进了模拟控制系统向数字控制系统的转化。数字化技术使得复杂的矢量控制得以实现，大大简化了硬件，降低了成本提高了控制精度，而自诊断功能和自调试功能的实现又进一步提高了系统可靠性，节约了大量人力和时间，操作、维修都更加方便。微机运算速度的提高、存储器的大容量化，将进一步促进数字控制系统取代模拟控制系统，数字化已成为控制技术的方向。
随着现代控制理论的发展，交流电动机控制技术的发展方兴未艾，非线性解耦控制、人工神经网络自适应控制、模糊控制等各种新的控制策略正在不断涌现，展现出更为广阔的前景，必将进一步推动交流调速技术的发展。
目前，交流调速系统的主要应用方向可分为如下三大类。 以节能目的的改恒速为可调速
在原来大量的交流不调速领域（如风机、水泵、压缩机等）中，改直流启动为软启动；改恒速为可调速；在调速性能要求不高的场合，为降低成本采用开环调速。仅以泵的控制改造为例，节电高达20%以上。
以少维护省力为目的的取代直流调速系统
在直接关系到生产和人身安全的重要场合，为减少直流电机的故障和节省维护时间，改用交流调速系统。如直流电梯改为交流电梯，有利于保证人身安全，增加正常运转运营时间；直流轧机改为交流轧机，可以大大节省检修时间，提高生产效率；电动汽车中采用交流驱动，可以减小体积和重量，提高可靠性。
直流调速难以实现的领域
在直流电机很难实现的大容量高速领域，交流调速系统可以大显身手。如电动机车、厚板轧机、高速电钻等。
从多方面来看，交流调速系统完全可以取代直流调速系统，并将为工业生产以及节电节能等方面带来巨大的经济效益和社会效益。
研究变频调速的目的与意义
异步电动机的变频调速属转差功率不变型调速，是异步电动机各种调速方案中效率最高、性能最好的一种调速方法，是交流调速的主要发展方向。
异步电动机比直流电机结构简单、成本低、工作可靠、维护方便、效率高。因此，研究异步电动机的调速系统，对于提高经济效益具有十分重要的现实意义。
由电机学可知，异步电动机的转速表达式为:
n?60f1?1?s?p
(1-1)
式中 n— 电动机的输出转速； f1为电机的定子供电频率； s— 电动机的转差率； P— 电机的极对数。
由公式(1-1)可知，实现异步电动机输出速度的改变，主要通过3类方式来实现，即改变电机的极对数、变化转差率以及改变供电频率。目前常见到的具体实现调速方案有：变极调速、调压调速、串级调速以及变频调速等。其中变极调速方式属于有级调速，调速范围窄，应用场合有限；调压调速方式是以消耗转差功率为代价，不利于节能，一般应在中小型风机、泵类等功率调速系统中；串级调速是以消耗部分转差功率为代价较前者在节能方面略胜一筹，是一种结构简单，实现方便，较为经济方式，多用在绕线式异步电动机技术改造中；变频调速是最为理想的异步电动机调速方式，以其高效率和高性能等优势成为交流调速中目前应用最为广泛的调速方案之一。
目前交流传动己经上升为电气调速传动的主流，直流传动系统占统治地位的局面已经受到强烈的冲击。推广使用可调速电动机及其控制系统的节能具有广阔的前景，在不久的将来，交流电气传动将会完全取代直流电气传动。
电动机作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力，已广泛应用于工业、商业、公用设施和家用电器等各个领域，其中异步电动机是各类电动机中应
用最广、需要量最大的一种。使之成为国内外企业采用电机节能方式的首选。因此，提高电机系统的效率，对节约电能意义十分重大。
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流变频调速技术得到了迅速发展，其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽泛的调速范围，完善的保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利。因此，研究交直交变频调速系统将有利于提高系统的可靠性和工作效率。
为了研究交直交变频调速系统，本论文主要利用Matlab/Simulink仿真工具，搭建交—直—交变频调速系统的仿真模型，通过对系统各部分参数的设定对该系统进行仿真，根据仿真结果，分析三相异步电动机交流交直交变频调速的工作原理与工作特性及变频器对电机的影响等，实现优化系统设计，这对高性能的变频调速系统具有一定的应用价值和现实意义。
交流调速的研究情况
（1） 电力电子器件的使用
现代交流调速技术的快速发展和电力电子技术的发展是分不开的，以电力为对象的电子技术称为电力电子技术。它是一门利用电力电子器件对电能进行转换、传输的学科，是现代电子学的一个重要分支。
从20世纪50年代末晶闸管问世以来，经过几十年的发展，电力电子器件得到了迅猛的发展。从只能触发导通而不能控制关断的半控型器件（如Thyristor晶闸管），到可以控制导通和关断的全控型器件（如GTO门极可关断晶闸管、GTR电力晶闸管）；从电流控制到电压（电场）控制（如IGBT绝缘栅双极型晶闸管、MOSFET电力场效应晶闸管），它们的使用使得开关高频化的PWM 技术成为可能。
目前功电力电子器件正向大功率、高频化、集成化、智能化、易触发、低损耗和好保护等方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交—直—交变频器、电流型交—直—交变频器和交—交变频器三种。电压型交直交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲，不具有四象运行能力。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度
的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型PWM 变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位，是目前发展最快，应用最广的变频器。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动(发电)状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器，必须采用可逆变频器，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流 (网侧电流)波形基本为正弦波，电压波形为矩形波，功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点。电流型交—直—交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动 (发电)状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，能很好地实现电机的制动功能，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合。交-交变频器电路具有效率高，可实现四象限工作，低频输出波形接近正弦波。但它接线复杂，输入电流谐波大，输入功率因数低，受电网频率和变流电路脉波数的限制，所以一般只用于低速（低频）的大容量调速传动中。为此，矩阵式交一交变频器应运而生。矩阵式交一交变频器是近年出现的一种新颖的变频电路，它是直接的变频电路，采用全控型的开关器件，以斩波方式控制，具有功率密度大，没有中间直流环节，输入功率因数为1,输入电流为正弦波，以及具有能量双向流动、四象限运行能力和输出频率不受电网频率的限制的优点。
（2） 脉宽调制( PWM)技术的应用
PWM技术是伴随自关断器件的发展而发展起来的。PWM技术适应于很多技术领域，如直流斩波、正弦波整流器、谐波吸收、无功补偿和变频装置等。
PWM技术应用于变频器的控制，可以改善变频器的输出波形，降低谐波，并减小转矩脉动。同时也可简化变频器的结构，加快调节速度，提高系统的动态响应性能。目前发展最快、最常用的变频器是电压型PWM变频器，这是一种很有发展前途的变频调速方法。PWM 技术利用功率半导体器件的高频开通和关断，把直流电压变成按一定的宽度规律变化的电压脉冲序列，以实现变频与变压，并有效地抑制和消除谐波的影响。PWM控制技术一般可分为三大类，即:正弦PWM、优化PWM 及随机PWM。正弦PWM 包括电压、电流和磁通的正弦PWM ，正弦PWM一般随着功率器件开关频率的提高而得到很好的性能。在中小功率交流传动的系统中被广泛的采用。但是对于大容量的电力变换装置来说，太高的开关频率会增加