1.2.2 交流调速技术的兴起

20世纪60～70年代，随着电力电子技术的发展，特别是大规模集成电路和计算机控制技术的出现，产生了高性能交流调速系统。它克服了直流调速系统的缺点，达到了直流调速同样的性能，且在价格和工作可靠性方面大大优于直流调速。交流调速在近40年来得到了迅速发展，已经取代了直流调速系统，成为电气传动的主要发展方向。据统计，在21世纪初，世界可调电气传动产品中，交流传动已经占到2/3以上，目前更占绝对优势。

交流伺服驱动技术发展的基础在于近些年来大功率交流伺服电动机、电力电子器件、交流伺服控制理论与技术，以及微型计算机控制等方面的突破。

1.大功率交流伺服电动机的开发

电动机按照用途可分为两种：驱动电动机和控制电动机。驱动电动机作为机械装备中的动力源，其功能是将电能转换为机械能，为机械装备提供动力；控制电动机通常作为自动控制系统中的执行元件，其主要功能是完成控制信号的传递和转换，功率一般只有数百瓦。伺服电动机传统上仅是控制电动机的一种，作为伺服系统中的电动机，它至少要满足三个条件：①转动惯量小，具有良好的动态性能；②具有良好的控制性能，可以实现电磁制动；③转矩大，转矩脉动小。

随着技术的发展，近些年出现了大功率交流伺服驱动电动机，它兼具驱动电动机和控制电动机的特征：驱动力矩大、功率大，可作为机械装备主传动的动力源，转角、速度、力矩等参数可按要求进行实时控制。

交流伺服传动大致分为异步和同步两种。

1983年，美国和日本学者分别发明了具有超强磁力的稀土永磁合金，新一代永磁同步电动机问世。稀土永磁同步电动机具有体积小、功率密度大、动态性能好、效率高、调速范围宽等一系列优点，得到了迅速发展和广泛的应用，已经成为伺服驱动系统的主流之选。目前，调速同步电动机的容量达到了10 MW，商品化的永磁同步伺服电动机单机容量已经超过了500kW，力矩伺服电动机的输出转矩超过了10kN·m。

2.交流电动机控制驱动理论与技术的发展

变流技术的发明以及变频技术的出现，为交流伺服驱动奠定了基础。1971年，德国学者Blaschke提出了交流电动机的矢量控制理论，通过坐标变换，将交流电动机定子的电流分解为转矩分量和励磁分量，从而可以分别控制转矩和磁通，获得与直流电动机相仿的高动态性能。这一理论对于交流伺服传动的发展具有划时代的意义。1985年，德国M.Depeubrock进一步提出了直接转矩控制理论，直接控制定子磁链和电磁转矩，简化了控制系统，提高了系统快速响应能力，拓宽了矢量控制理论，促进了电动机现代控制技术的进一步发展。

3.电力电子器件等硬件技术的发展

进入20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路技术迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术和高压大电流技术有机结合，经过四代的发展，出现了一批全新的全控型功率器件。新型器件的发展不但为交流电动机的变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备高效、节能、节材，实现小型轻量化、机电一体化和智能化提供了重要的技术基础，促进了大功率交流伺服驱动技术的实现和推广，为在锻压装备领域采用交流伺服驱动提供了可能。目前，采用新型器件制造的变频器容量已经超过了10 MW。

4.微型计算机控制技术的迅速发展和广泛应用

近三十多年来由于微型计算机控制技术，特别是以单片机及数字信号处理器（ DSP）为核心的控制技术的发展，促使数字控制迅速取代模拟控制，在交流调速中广泛应用。数字化使控制器的处理速度和能力大幅提高，使矢量控制中的坐标变换、解耦等复杂运算得以实现。同时，微型计算机控制技术的应用还大大提高了系统的可靠性和适应性，降低了变频器的成本并缩小了体积，以微处理器为核心的数字控制已经成为现代交流调速系统的主要特征之一。