交流调速系统的发展与应用

众所周知，直流调速系统具有优良的静、动态性能指标，在很长的一个历史时期内，调速传动领域基本上被直流电动机调速系统所垄断。直流电动机虽有调速性能好的优势，但也有一些固有的难于克服的缺点。如机械式换向带来的弊端，使其事故率高，无法在大容量的调速领域中应用，维护困难。而交流电动机有它固有的优点，其容量、电压、电流和转速的上限不像直流电动机那样受限制，且结构简单，造价低廉，坚固耐用，容易维护。那么为什么在自1885年交流鼠笼电机问世后的一百多年的今天，交流调速才得以迅速地发展？原因在于优良的交流调速方法实现困难，简单调速方案的性能指标又不佳。
速度控制的本质是转矩的控制，直流电机之所以具有优良的调速性能，根本在于其主磁通可以保持恒定，而转子电流可由外电路独立地控制，即转矩可以被直接的、线性地控制。而交流电机就不那么简单了，它是一个多输入多输出、非线性、强耦合且时变的被控对象。从异步电机的转矩公式：可以看到，主磁通是由定子电流和转子电流共同产生的，它们是相互耦合的变量；而且对于一般的鼠笼电机转子电流无法测量，更无法直接控制；转子的功率因数角是与速度相关的时变量。
在交流调速的各个发展阶段，根据当时的技术条件，出现了各种交流调速方法。在各种交流调速中，变频调速的性能最好。变频调速范围大，静态稳定性好，运行效率高，是一种理想的调速系统。随着交流电动机理论问题的突破和调速装置性能的完善，交流电动机调速性能差的缺点已经得到了克服。目前，交流调速系统的性能已经可以和直流调速系统相匹敌，甚至可以超过直流调速系统。因而可以相信，在不久的将来，交流变频调速电气传动将替代包括直流调速传动在内的其他调速电气传动。
交流调速的基本方法有多种，但它们都是来源于交流电机的转速公式。因而，异步机的调速方法可分为变频调速、变极对数调速和变转差率调速三种，其中变转差率的方法又可以通过调节定子电压、转子电阻、转差电压等方法来实现。归纳异步机的基本调速方法如下：