交流調速系統主要沿著下述三個方向發展和應用阱。
I.一般效能的節能調速
在過去大量的所謂不變速交流傳動中,風機、水泵等總容量幾乎佔工業電氣
傳動總容量的一半,其中有不少場合並不是不需要調速,只是因為過去交流電機
本身不能調速,不得不依賴擋板和閥門來調節送風和供水的流量,許多電能因而
白白地被浪費掉了。如果換成交流調速系統,把消耗在擋板和閥門上的能量節省
下來,將可以節約很多能源。
2.高效能交流調速系統
許多在工藝上就需要調速的生產機械,過去多用直流傳動,鑑於交流電機比
直流電機結構簡單、成本低廉、工作可靠、維護方便、轉動慣量小、效率高,如
果改成交流調速傳動,顯然能夠帶來不少的效益。但是,由於交流電機原理上的
原因,其電磁轉矩難以像直流電機那樣直接透過電流施行靈活的即時控制,
因此交流電動機的使用受到很大限制。上個世紀70年代初提出的向量控制技術(或稱
磁場定向控制技術),和1985年德國學者Depenbrock提出的直接轉矩控制理論,
另外還有解耦控制等方法,形成了一系列在效能上可以和直流調速系統相媲美的
高效能交流調速系統。大大擴充套件了交流電動機的應用範圍。
3.特大容量、極高轉速的交流調速
直流電機換向器的換向能力限制了它的容量和轉速,其極限容量和轉速的乘
積約為lOeKWr/min,超過這一數值時,直流電機的設計和製造就非常困難了。交
流電機則不受這個限制,因此,特大容量的傳動和極高轉速的傳動都以採用交流
調速為宜。
交流電機高效調速方法的典型是變頻調速,它既適合於非同步電機,也適合於
同步電機,交流電機採用變頻調速可以根據負載的特性不同,透過適當調節電壓
和頻率之間的關係,使電機始終執行在高效區,並保證良好的動態特性。交流變
頻調速系統在調速時和直流電機變壓調速系統相似,機械特性基本上平行上下移
動。同時交流電機採用變頻起動更能顯著改善交流電機的起動效能,大幅度降低
電機的起動電流,增加起動轉矩,所以變頻調速是一種理想的交流調速方法。也
是交流調速傳動各種方式中應用最多的一種方式。
制約交流調速發展的重要原因口1是,交流電機是高階、多變數、強耦合非線
性系統,與直流電機相比,轉矩難於控制。如果從電機的統一理論出發,能找到
非同步電機和直流電機電磁轉矩之間的共同基礎和內在關係,就可以模擬直流電動
機來控制非同步電機了。首先在這方面取得突破的是德國。德國學者在1971年首
先提出了磁場定向控制H1(即後來的向量控制),解決了交流電機解耦與轉矩控制
問題。隨著電力電子技術的發展,新型電力電子器件不斷湧現,微處理器的進步
以及現代控制理論的不斷創新,向量控制技術逐漸成熟,並得到實用。
向量控制系統是高效能非同步電機調速系統,類比於直流電機,強調Te與Ψ2的解耦,採用轉矩和磁鏈分別控制。但按轉子磁鏈Ψ2定向時受電機轉子引數影響,降低了系統的魯棒性,並且只有實現Te與Ψ2的完全解耦,才能做到真正意義上的高效能質量的向量控制,向量控制方法的最初起源是基於對直流電機調速方法高質量效能的依賴及透析其擁有高質量效能調速效果的本質,從而實現了感應電機的具有與直流電機同樣好的調速效果。