交交变频同步电机调速系统具有容量大、输出转矩高及过载倍数大等优点，适合于大容量、低速运转的生产机械，已广泛应用于轧钢机及矿井提升机等调速工艺。 通过对交交变频同步电机磁场定向控制系统的理论及工程设计方法的研究，本文推导了交流同步电机d—q轴系的数学模型，在此基础上，运用坐标变换原理，建立了磁场定向控制同步电机M—T轴系的数学模型。对转子磁链定向控制、定子磁链定向控制和气隙磁链定向控制三种不同的磁场定向控制同步电机进行了分析，得出了不同磁场定向控制同步电机的数学模型。对气隙磁链定向ism=0控制与cosφ=l控制及定子磁链定向控制方式下，同步电机稳态特性进行了理论推导和仿真分析，得出工程上选择气隙磁链定向控制是合适的。 从交交变频器的数学模型出发，推导了交交变频调速系统的有功功率、无功功率及输入功率因数。运用MATLAB仿真软件，对可逆热轧机、热连轧精轧机、冷连轧机和可逆冷轧机等轧机主传动典型的工艺情况进行了仿真，得出交交变频同步电机在低速运转和大转矩输出的工况，例如，热连轧精轧机低速咬钢的情况，产生的无功冲击最大。 用开关函数及付立叶分析法，建立了交交变频器输出电压、输入电流谐波分析的数学模型，得出了输出电压、输入电流谐波分析的一般表达式；分析了输出电压、输入电流谐波频率与幅值的变化规律。 本文运用计算机辅助设计和仿真计算建立了交交变频同步电机调速系统的工程设计软件，包括整流变压器电压、晶闸管电压与电流的选择；提出对于大过载，高动态响应的传动系统，例如可逆轧机主传动等，必须采用考虑电流动态变化的整流变压器二次电压计算方法。运用PsIM仿真软件得到了交交变频器输出电压、电流波形和桥臂晶闸管中的电流波形以及相关数据，与工程现场实测的波形相比较，验证了本文所做的交交变频器仿真方案基本正确。仿真表明，交交变频器各只晶闸管中电流的大小在不同频率和不同负载条件下均是一致的。