微机控制异步电动机矢量控制变频调速系统
变频器矢量控制原理
变频器矢量控制原理
变频器矢量控制原理是一种用于控制三相异步电动机的方法。
它基于矢量算法，通过测量和处理电机的电流和转速信号，并将其转化为电机控制信号，实现对电机的精确控制。
变频器矢量控制的核心原理是将电机的转子电流和转速向量解耦，分别控制它们的大小和相位。
在传统的矢量控制算法中，主要包括转速闭环控制和电流闭环控制两个环节。
转速闭环控制主要通过测量电机的转速，并将其与期望转速进行比较，得到转速误差信号。
然后根据这个误差信号，通过PID控制算法计算得到控制电机转速的控制信号。
这个控制信号经过逆正切运算，转化为电机的转子电流矢量。
电流闭环控制主要通过测量电机相电流和直流母线电压，得到电流误差信号。
然后根据这个误差信号，通过PID控制算法计算得到控制电机电流的控制信号。
这个控制信号经过逆正切运算，转化为电机的转子电流矢量。
通过对转速和电流闭环控制的协调控制，变频器可以实现对电机的精确控制。
在变频器矢量控制中，可以通过改变电机转子电流矢量大小和相位角来改变电机的转矩和转速。
这样，可以实现电机的平滑启动、调速和制动等控制功能。
总之，变频器矢量控制是一种高级的电机控制方法，可以实现对电机的精确控制，提高电机的响应速度和控制精度。
它在工业生产和各种机械设备中得到广泛应用。
异步电机矢量控制变频调速系统的Simulink仿真研究
理有一个更加 清晰的认 识 ， 对矢量控制变 频调速系统的性能有更 加直观 的感受 。
良好 性 。
关键词 ：矢量控制
Ｓｍ ｌ ｋ 变频调速 ｉ ｕｉ ｎ
仿真
［ 中图分类号 ］Ｔ ７ ３ Ｔ ３ ３ ［ Ｎ ７ ；Ｍ ４＇ 文献标志码 ］Ａ ［ 文章编号 ］１０ ０ ０—３８ （０ １ ０ ０４ ０ ８ ６ ２ １ ） ５— ０ ８— ４
Ｓｉ ｌｔ ｎ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｃｏ ｎ ｒ ｌ ｄ Ｖａ ｉｂｅ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｍｕａ ｉ ｔ ｄ ｆｔ ｅ Ｖｅ ｔ ｒＣｏ ｔｏ ｌ ｒ ｌ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｅ ａ Ｄｒ ｅ ｏ Ｖ ｃ ｒ ｎ ｕ ｃ ｉｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｓｉ ｕｉｋ ｉ ｓ ｆ ｒＡｓ ｎ ｈ Ｏ Ｏ ｓ Ｍａ ｈ ｎ ｓ ｄ ｏ ｍ ｌ ｖ ｎ
摘
要 ：在分析异 步电机矢量控制原理和矢量控制变频调速 系统 结构的基础上 ， 利用 Ｓｍ ｌ ｋ和 Ｐ Ｂ工具箱 中的库 元件 ， 立 了异步 ｉｕｉ ｎ Ｓ 建 电机矢量控制调速 系统 的仿真模型并进行 了仿 真实验 。仿真结果验证 了该 模型 的有效性和 矢量控制 调速系统 动静 态性能 的
Ｗｅ Ｘ ａ ｇ ｎ ｉ ｉｎｌ ｉ Ｚ ｏ ｉｕ Ｎ ｎ ｎ ａ ｈ ｕＱｈ ａ ｉｇｊ ｂ ｏ ｕ ．
（ ． ｏｌ ｅ ｆＥｅｔｃｌ ｎ ｎｏｍ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉｇ Ｌ ｎｈ ｕ Ｕ ｉ ｒｔ ｅｈ ｏｏｙ Ｌ ｎｈ ｕＧ ｎｕ７ ０ ５ ， ｈｎ ； １ Ｃ ｌｇ ｌ ｒ ａ ｄＩ ｒ ａｉ ｎ ｉ ｒ ，ａ ｚ ｏ ｎ ｅ ｉ ｏ Ｔｃｎ ｌ ， ａ ｚｏ ａ ｓ ３ ０ ０ Ｃ ｉａ ｅ ｏ ｃｉ ａ ｆ ｏ ｅ ｎ ｖ ｓｙｆ ｇ ２ Ｋ ｙＬ ｂｒｔｒ ｄａｃｄＣ ｎｒｌ ｏ ｕｔａ ｒｃ ｓ ｎＧ ｎｕＰ ｏｉ ｅＬ ｎｈ ｕ Ｇ ｎｕ７ ０ ５ ，Ｃ ｉａ ． ｅ ａｏａｏ ｏ ｖｎｅ ｏｔ ｆｒ ｎ ｓ ｌ ｏｅ ａ ｓ ｒｖ ｃ ， ｚ ｏ ａ ｓ ３ ０ ０ ｈｎ ； ｙ ｆＡ ｏ Ｉ ｄ ｒ Ｐ ｓｉ ｉ ｎ ａ
变频器的VF控制与矢量控制
变频器的V/F控制与矢量控制U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。
但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。
另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。
因此人们又研究出矢量控制变频调速。
矢量控制（VC）方式矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。
其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。
通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
矢量控制方法的提出具有划时代的意义。
然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
V/F控制与矢量都是恒转矩控制。
U/F相对转矩可能变化大一些。
而矢量是根据需要的转矩来调节的，相对不好控制一些。
对普通用途。
两者一样。
1、矢量控制方式矢量控制，最简单的说，就是将交流电机调速通过一系列等效变换，等效成直流电机的调速特性，就这么简单，至于深入了解，那就得深入了解变频器的数学模型，电机学等学科。
运动控制系统试卷A答案
《运动控制系统》课程试卷（A 卷）答案第1篇 直流调速系统（60分）一、填空题（每空1分，共23分）1. 运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成。
2. 转矩控制是运动控制的根本问题，磁链控制与转矩控制同样重要。
3. 生产机械常见的三种负载是恒转矩负载、恒功率负载和平方率负载。
4. 某直流调速系统电动机额定转速1430/min N n r =，额定速降115/min N n r ∆=，当要求静差率30%s ≤时，允许的调速范围为5.3，若当要求静差率20%s ≤时，则调速范围为3.1，如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是44.6%。
5. 数字测速中，T 法测速适用于低速，M 法测速适用于 高速 。
6. 生产机械对调速系统转速控制的要求有 调速 、稳速和加减速 三个方面。
7、直流电机调速的三种方法是：调压调速、串电阻调速和弱磁调速。
8、双闭环直流调速系统的起动过程分为电流上升阶段、恒流升速阶段和 转速调节三个阶段。
9. 单闭环比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应的改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化。
二、选择题（每题1分，共5分）1、双闭环直流调速系统，ASR 、ACR 均采用PI 调节器，其中ACR 所起的作用为（ D ）。
A 、实现转速无静差B 、对负载变化起抗扰作用C 、输出限幅值决定电动机允许的最大电流D 、对电网电压波动起及时抗扰作用2、典型I 型系统与典型II 型系统相比，（ C ）。
A 、前者跟随性能和抗扰性能均优于后者B 、前者跟随性能和抗扰性能不如后者C 、前者跟随性能好，抗扰性能差D 、前者跟随性能差，抗扰性能好3、转速单闭环调速系统对下列哪些扰动无克服能力，（ D ）。
A 、电枢电阻B 、负载转矩C 、电网电压D 、速度反馈电位器4、下述调节器能消除被控制量稳态误差的为（ C ）。
矢量控制在异步电动机变频调速中的应用
价值 工程
矢量控制在异步 电动机变频调速 中的应 用
ＴｈｅＡｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｆＶｅ ｔ ｎｔ ｏ ｎ ｙ ｃ ｏ ｕｓＭ ｏ ｏ ｅ ｕｅ ｃ ｎｔ ｏ ｐｌｃ ｔｏ ｏ ｃ ｏｒ Ｃｏ ｒ ｌｉ Ａｓ ｎ ｈｒ ｎｏ ｔ ｒ Ｆｒ ｑ ｎ ｙ Ｃｏ ｒ ｌ
２ 基 本框 图 变频器 的功能是将频率 固定 的（ 常为 ５ Ｈ ） 通 ０ ｚ的交流 电变换成 如 图所 示 ， 定 控 制器 将 信 号 分 解 成 两 个 相 互垂 直 且 独 立 的 直 给 频 率连 续 可调 的三 相 交 流 电 源。 频器 的输 入 端 接至 频 率 固 定 的三 流 信 号 ｉ 和 ｉ ， 后 通 过 直／ 变换 将 ｉ 和 ｉ 换 成 两 相 直 流 电 变 Ｍ Ｔ然 交 Ｍ Ｔ变
０ 引言
相交流 电， 出端输 出的是频率在 一定范围 内连续可调 的三相 交流 流信 号 ｉ 和 ｉ， 输 １ ２ 又经 过 ２３变换 ， 到 三 相 交 流 控 制 信 号 ｉ、Ｂ ｉ ／ 得 Ａ ｉ、 Ｃ，
电。
去控 制逆 变桥 。
变频 器 主要 分 为 间 接 变频 和 直 接 变频 两 大 类 ， 间 接 变频 又 根 而
Ｋｅ ｒ ：ｖ ｃｏ ｏ ｔｏ；ｍｏｏ ； ｒｑ ｅ ｃ ｏ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ｅ ｔｒｃ ｎｒｌ ｔｒ ｆｅ ｕ ｎ ｙｃ ｎｒｌ
中图分类号 ： Ｍ３ Ｔ ２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ６－３ ２ １ ３ — ２ ６ ０ １０ － （０ ０）６ ０ ３ — ｌ ４１ １
变频调速 中的应用 。
Ａ ｓ ａ ｔ Ｔ ｅ ｕ ｃ ｏ ｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｖｒ ｒ ｓ ｏ ｈｎ ｅ ｈ ｘｄｆ ｑ ｅ ｃ （ ｕ ｌ ０ ｚ Ａ ｔ ａｊ ｓ ｂｅ ｒ ｕ ｎ ｙ ｈｅ － ｈ ｓ Ｃ ｐ ｗ ｒ ｂ ｔ ｃ： ｈ ｎ ｔ ｎｏ ｆ ｑ ｅ ｃ ｎｅ ｅ ｉ ｔ ｃ ａ ｇ ｅ ｅ ｅ ｕ ｎｙ ｕ ａ ｙ Ｈ ） Ｃ ｉ ｏ ｄ ｔ ｌ ｆ ｑ ｅ ｃ ｒｅ ｐ ａｅＡ ｏ ｅ． ｒ ｆ ｉ ｆｒ ｃ ｔ ｔ ｆ ｉ ｒ ｓ ｌ５ ｎ ｕ ａ ｅ ｔ
变频器的四种控制方式详解
变频器的四种控制方式详解一、V/f恒定控制：V/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率，功率因数不下降。
因为是控制电压(Voltage)与频率(Frequency)之比，称为V/f控制。
恒定V/f控制存在的主要问题是低速性能较差，转速极低时，电磁转矩无法克服较大的静摩擦力，不能恰当的调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化; 其次是无法准确的控制电动机的实际转速。
由于恒V/f变频器是转速开环控制，由异步电动机的机械特性图可知，设定值为定子频率也就是理想空载转速，而电动机的实际转速由转差率所决定，所以V/f恒定控制方式存在的稳定误差不能控制，故无法准确控制电动机的实际转速。
二、转差频率控制：转差频率是施加于电动机的交流电源频率与电动机速度的差频率。
根据异步电动机稳定数学模型可知，当频率一定时，异步电动机的电磁转矩正比于转差率，机械特性为直线。
转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。
转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率。
与V/f控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。
另外，它有速度调节器，利用速度反馈构成闭环控制，速度的静态误差小。
然而要达到自动控制系统稳态控制，还达不到良好的动态性能。
三、矢量控制矢量控制，也称磁场定向控制它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。
由此开创了交流电动机和等效直流电动机的先河。
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic。
通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流; It1相当于直流电动机的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。
基于矢量控制的变频调速系统可靠性分析
Ｓｔ ｂｉ ｔ ｆ Ｖａ ｉ ｂ ｅ Ｆｒ ｑ ｎｃ ｐｅ ｄ ｎｇ Ｒｅ ｕｌ ｔｏ Ｓ ｓ ｅ ａ ｌ ｙ ｏ ｒ ａ ｌ ｅ ｕｅ ｙ Ｓ ｅ ｉ ｇ ａ ｉ ｎ ｙ ｔ ｍ ｉ
Ｂａ ｅ ｏ ｃ ｏ ｎ ｒ ｌ ｓ ｄ ｎ Ｖｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｔ ｏ
Ｈ ＡＮ ｉ 。 Ｗｅ Ｎｉ ｉ ． Ｓ Ｎ ｈ－ — ａ Ｕ Ｓ ｉｕ ｘ ｊ
电机控 制 技术 的 发 展 ， 流 调 速 系 统 以其 良好 的 交 可靠性 、 定 性 逐 步 取代 了直 流 调 速 系 统 。矢 量 稳 控 制技 术具 有 较 高 的 控 制精 度 、 较好 的动 态 特 性 等优 点 。 因此 ， 些 年 矢 量 控 制 在 交 流 调 速 系统 近
ｔ ｅ ｒ ｆｖ ｃ ｏ ｏ ｔ ｌａ ｄ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗ ｔ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏｏ ｐ ｅ ｉ ｇ ｒ ｇ ｌｔ ｇ ｓ ｓｅ ，ｕ ｅ ｒｔ ｒｔｒ ｎ ｔ ｎ — ｈ ｏ ｙ ｏ ｅ ｔ ｒｃ ｎｒ ｎ ｏ ｉ ｅ ｉ ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔｒｓ ｅ ｄ ｎ ｅ ｕ ａｉ ｙ ｔ ｍ ｏ ｈ ｎ ｓ ｏｈ ｃ ｅ ｏ ｏ ａ ａ ｉ ｉ
１０ １ ） ０ ０ ８
要： 基于矢量控制技术 的 良好特性 ， 得异步电机在工业领域得到广泛应用 。首先从 异步 电机 的数 使
学模 型出发 ， 阐述矢量 控制的基本原理 。基于矢量控制原理 ， 结合异步 电机调速 系统 ， 采用劳斯判据分析并计 算 了系统传递函数参数对可靠性 的影响。 由仿真结果得 出了参数变化对 系统 可靠性 的影响规律。 关键词 ： 速系统 ； 调 可靠性 ； 矢量控制 中图分类号 ： Ｍ ２ ． １ 文献标志码 ： 文章编号 ：６３６４ （ ０ １ １ －０７０ Ｔ ９１５ Ａ １７ －５ ０ ２ １ ） ２０ ５ －４
异步电动机矢量控制
19
3、定子绕组轴系的变换 (A B C )
下图表示三相异步电动机定子三相绕组A、C、C和与之等效的二相
异步电动机定子绕组 、 中各相磁势矢量的空间位置。三相的A轴
与二相的 轴重合。
B
假设当二者的磁势波形按正弦分 布，当二者的旋三相绕组和二相绕
12
矢量变换控制的基本思想和控制过程可用框图来表示：
旋转坐标系
静止坐标系
控制通道
ω* ψ*
控制器
iT* iM*
旋转变换 A-21
iα*
iβ*
2/3相变换
iA*
i
*
B
iC*
A
-1 1
变频器
iT iM 旋转变换
iα iβ 3/2相变换 iA iB i C
M
A2
A1
反馈通道
以下任务是，从交流电机三相绕组中分离产生磁通势的直流分量和产生 电磁转矩的直流分量，以实现电磁解耦。解耦的有效方法是坐标变换。
组的瞬时磁势沿 、 轴的投影
β
N3iB
N2iα N2iβ
α N3iA A
应该相等。（N2、N3为匝数）
C N3iC
3/2变换
N 2ia
N3iA
N3iB
cos
2
3
N 3iC
cos
4
3
2
4
N 2i 0 N3iB sin 3 N3iC sin 3
20
经计算整理，得：
i
N3 N2
i
A
1 2
iB
1 2
第八章 异步电动机矢量控制
主要内容：
矢量控制的基本思想 坐标变换 异步电动机在不同坐标系下的数学模型 异步电动机矢量控制系统举例
基于DSP2407的矢量控制三相异步电动机变频调速系统设计
收稿 日期 ： ０ Ｏ ５ １ ２ Ｏ —Ｏ — ２ ＊北 京 市 自然科 学 基 金 委员 会 、 京 市 教 委联 合 资 助项 目（ ２ ０ ． ０ ０ ０ ５ 北 ＫＺ ０ ４ １ ０ ９ ０ ） 第一 作 者 简介 ： 子庭 ， 程 师． 廖 工 主要 研 究方 向 ： 气 自 动化 ． 电
率 ， 小循环 延 时． 减
１ ２ 通 信 接 口 电路 ．
２ 系统 软 件 结 构
２ １ 转 差型 矢量 控 制系统 结构 ． 图 ２是 电压 源转 差型 异步 电动 机控制 系统
框 图．
Ｍ．旋＃ 坐标系 Ｔ 一 一 定 于坐标 系
Ｉ 。
．
人 机 界 面 和 ＤＳ 之 间 的 通 讯 用 Ｃ Ｐ ＡＮ 总 线
图 １ 以 ＤＳ Ｐ为 控 制核 心 的 电 动机 数 字 控 制 系统
位 电路及 各种 工作 模式 的跳 线设 置等 ．
１ １ Ｄ Ｐ核 心 电 路 ． Ｓ
Ｅ ＶＢ， 个模 块包 括两 个 １ 每 ６位 通 用定 时 器 和 ８
个１ ６位 的 Ｐ ＷＭ 通 道． 们能 够实 现三 相反 相 它
—
颇 输
指
— —
， Ｉ
Ｃ Ｎｊ Ａ
，
控 制 回路 ——
一
睾 入 回 令 路
：
频 率表
］
ＤＡ ／
Ｌ
辅 助芯 片 组 成外 ， 我们 为它 扩 展 了 一块 外 部数 据／ 序 存 储 器 （ ４ 程 ６ ｋ× １ ６位 ） 以及 译 码 电路 、
Ｅ Ｒ Ｐ ＯＭ 状 态存 储 电路 、 电复 位 电路 、 动 复 上 手
交流异步电机变频调速系统矢量控制与直接转矩控制算法比较
３ 直接 转 矩 控 制
直接转矩 控制 是 １ ９ ８ ５年 由德 国鲁 尔 大 学 Ｍ． Ｄ ｅ ．
由于矢量变换控制将一台三相感应电机等效为一台直 流 电机来 控 制 ， 因而获 得 了与直 流 电机调 速 系统 同样 优 良的静态 、 动态性能 ， 开创了交流调速与直流调速竞 争 的时代 。 虽 然矢 量变换 控制 在磁 场定 向坐标 系统 中实现 了
ｐ ｅ ｎ ｂ ｒ ｏ ｃ ｋ教授 首先 提 出的转矩 直接 自控 制 （ Ｄ ｉ ｒ ｅ ｋ ｔ ｅ Ｓ ｅ ｌ ｂ ｓ ｔ Ｒ ｅ ｇ ｅ ｌ ｕ ｎ ｇ ） 思想 ， 随后 日本 学 者 Ｉ ． Ｔ ａ ｋ ａ ｈ ａ ｓ ｈ ｉ 等也 提 出了类似 的控制 思想 。直接 自控 制 的基 本思想 是根 据交流电机转矩的需要 ， 直接选择合适的定子电压空 间矢量 ， 实现 交流 电机 电磁 转 矩 的快 速 响 应 。基 于这
（ Ｂ ｏ ｈ ａ ｉ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｌ ｉ ａ ｏ ｈ ｅ Ｈ ｅ ａ ｖ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ， Ｐ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ １ ２ ４ ０ １ ０ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
《 电气开关》 （ ２ ０ １ ３ ． Ｎ ｏ ． ４）
异步电机矢量控制变频调速系统的仿真研究
第 １ ２期
张晓玲 ，等 异步电机矢量控制变频调速系统的仿真研究
设计控制 器时可 略去此 部分
～
给
图 １ 矢 量 变 换 控 制 系 统构 想
Ｆ ｇ １ Ｃｏ ｃ ｐ ｆｖ ｃ ｏ ｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｉ． ｎ ｅ ｔｏ ｅ ｔ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ
张 晓玲 ，许 伯 强
（ 北 电力 大 学 电气 与 电 子 工程 学 院 ，河 北 保 定 ０ １０ ） 华 ７ ０ ３ 摘 要 ：矢 量控 制 技 术 已经 成 为异 步 电机 一 种 主要 的控 制 方 式 ， 目前 更 是 高性 能 异 步 电机 变 频 调 速 系 统 的
主要 方法。根据异步 电动机 矢量控制 的基本原理 ，基于 Ｍａ ａ／ ｉｕｉｋ 件搭建 了按 转子磁 场定 向的矢 ｔｂ Ｓｍ ｌ 软 ｌ ｎ
量控 制 系统 的仿 真 模 型 ，分 析 了给 定转 速 突 变和 突加 负载 时 电机 的 运 行 情 况 ，并 给 出 了转 速 、 转 矩 、 电
流的仿真 波形 ，验证 了模型的正确性 ，结果表 明所建 立的调 速 系统具有 良好 的动 态性 能，实现 了系统 的
解耦 控 制 。
关键 词 ： 矢量 控 制 ；异 步 电机 ； 电磁 转 矩
既然 异步 电动 机 经 过 坐标 变换 可 以等 效成 直
越来越 重要 的地 位 。矢 量 控 制 成 功地 解 决 了交 流 电枢 电流 。 样 ，实现 了对交 流 电 动机 的磁 通 和转 矩 分 别 独立 流 电动机 ，那 么模 仿 直 流 电 动 机 的控 制 方 法 ，求 控制 。矢量控 制 实 现 的基 本 原 理是 通 过 测 量 和控 得 直流 电动机 的控 制量 ，再 经 过 相 应 的 坐标 反 变 制异 步电动 机定 子 电流 矢量 ，根据 磁 场 定 向原 理 换 ，就能 够控制 异 步 电 机 了 。所 构想 的矢 量 变 换 分别对 异步 电动 机 的励 磁 电流 和转 矩 电流 进行 控 控 制系统 如 图 １所 示 。 图 中给定 的反 馈 信 号 经过 制 ，从 而达到控 制 异 步 电动 机 转 矩 的 目的 。将 异 类似 于直 流调速 系 统 所用 的控 制 器 产 生励 磁 电流 步 电动 机的定 子 电 流矢 量分 解 为 产 生磁 场 的 电流 的给定 信号 和 电枢 电流的给 定信号 ，经过 反 分量 （ 磁 电流 ） 和产 生 转矩 的 电流分 量 （ 矩 旋转 变换 Ｖ 得 到 ：， ，再 经 过 二相／ 相 变 励 转 Ｒ Ｚ 电流 ）分 别加 以控 制 ，并 同时 控制 两 分 量 问 的幅 换得 到 ， ， 。把 这 ３个 电 流控 制信 号 和 由
17春西交《电力拖动自动控制系统》在线作业答案
17春西交《电力拖动自动控制系统》在线作业答案1.在转速、电流双闭环调速系统中，电动机允许的过载能力对电流Idm的设计影响最大。
2.在恒压频比控制的变频调速系统中，在基频以下变频调速时进行定子电压补偿，其目的是维持气隙磁通恒定。
3.异步电动机矢量控制系统的受定子电阻Rs参数影响最大。
4.异步电动机VVVF调速系统的机械特性最好的是恒转子磁通控制。
5.无静差调速系统的PI调节器中P部分的作用是加快动态响应。
6.α=β配合控制双闭环可逆直流调速系统制动过程主要阶段是它组逆变阶段。
7.在伯德图上，截止频率越高，则系统的快速性越好。
8.交流异步电动机采用调压调速，从高速变到低速，其转差功率全部以热能的形式消耗掉了。
9.在转速、电流双闭环调速系统带额定负载启动过程中，转速n达到峰值时，电枢电流值为Id=XXX。
10.绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则n>n1，输出功率高于输入功率。
11.在三相桥式反并联可逆调速电路和三相零式反并联可逆调速电路中，为了限制环流，需要配置环流电抗器。
其中三相桥式反并联可逆调速电路需要配置4个环流电抗器，而三相零式反并联可逆调速电路需要配置2个环流电抗器。
因此，正确答案为D。
12.在逻辑控制无环流可逆系统中，不能作为逻辑控制环节输入信号的是转速给定信号。
因此，正确答案为C。
13.准PI调节器的目的是抑制运算放大器零点漂移。
因此，正确答案为C。
14.在α=β配合控制双闭环可逆直流调速系统制动过程中，本组逆变阶段的能量流向为平波电抗器到电网。
因此，正确答案为C。
15.与矢量控制相比，直接转矩控制的控制结构简单。
因此，正确答案为D。
16.在笼型异步电动机变压变频调速系统中基频以下调速，恒Er/w1控制方式控制性能最好。
因此，正确答案为C。
17.在带有比例调节器的单闭环直流调速系统中，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为零。
基于DSP的异步电机矢量控制变频调速系统研究
对 于控制精 度要求 较 高 的 系统 ， 常采 用矢 量 控 制方 法 ， 通 矢量 控制技术 已成 为 高性 能 异 步 电机 变频 调 速 系统 的 主 要方 案 。由于矢量控 制 系统结构 的复 杂性 ， 得控 制过 程 使 中需 要大量 的数学 运算 ， 电机控 制专用数 字 信 号处理 器 而
Ｔｈ ｓ ｎ ｉ ａ ｅ ｔ ｉ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｒ ａ ｒ ｓ ｅ ｔ ｎ ａ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｌ ｃ ｒｃ ｄ ｉ ｅ ｅ ｅ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｓ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈ ｓ ｂ ｏ ｄ ｐ ｏ ｐ ｃ ｓ ｉ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｉ ｒｖ ．
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ；ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｏ ｏ ；ｄｇｔ ｌ ｉｎ ｌ ｒ ｃ ｓｏ （ Ｐ） ｐ ｃ — ｏｔ ｇ ｅ ｔ ｒｐ ｌｅｗｉｔ ｄ ｌ— ｙ ｒ ｓ ｅ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓｍ ｔ ｒ ｉｉ ｇ ａ ｏ ｅ ｓ ｒ ＤＳ ；ｓ ａ ｅｖ ｌ ｅｖ ｃｏ ｕｓ ｄ ｈ ｍｏ ｕ ａ ａ ｓ ｐ ａ ｔｏ Ｓ ｉｎ（ ＶＰＷ Ｍ ）
Ｑｉ ｚ ｏ ｇ ｕ Ａｉｈ ｎ
（ ｈ ｎ ｚ ｏ ａ ｈ ｒ ’ ｏ ｌｇ ， ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ４，Ｃｈｎ ） Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ Ｔｅ ｃ ｅ ｓ Ｃ ｌ ｅ Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ ４ ０ ４ ｅ ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｈ ｍａ ｉａ ｄ ｌｏ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｅ ｔｃ ｌｍｏ ｅ ｆ ＡＣ ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｓ ｍｏ ｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｆｕ ｒｅ ｔ ｄ，ｂ ｓｎ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉ ｍ ｔ ｒｏ ｈ ｏ ｏ ｌ ｘ ｏ ｉｎ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ＳＶＰ Ｍ Ｗ
电力拖动课后习题思考题答案
一、可以作为填空题或简答题的2-1 简述直流电动机的调速方法。
答：直流调速系统常以（调压调速）为主，必要时辅以（弱磁调速），以（扩大调速范围），实现（额定转速以上调速）。
2-2 直流调压调速主要方案有（G-M 调速系统，V-M 调速系统，直流PWM 调速系统）。
2-3 V-M 调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？如何抑制电流脉动？11-12 答：整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整流器输出电压小于反电动势时，电感放能，电流下降。
整流器输出电压为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，从而导致了电流脉动。
当电感较小或电动机轻载时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致当电流下降时，电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚未触发，于是形成电流断续。
2-4 看P14 图简述V-M 调速系统的最大失控时间。
14 答：t1 时刻某一对晶闸管被触发导通，触发延迟角为α1，在t2>t1 时刻，控制电压发生变化，但此时晶闸管已导通，故控制电压的变化对它已不起作用，只有等到下一个自然换向点t3 时刻到来时，控制电压才能将正在承受正电压的另一对晶闸管在触发延迟角α2 后导通。
t3-t2 即为失控时间，最大失控时间即为考虑t2=t1 时的失控时间。
2-5 简述V-M 调速系统存在的问题。
16 答：整流器晶闸管的单向导电性导致的电动机的不可逆行性。
整流器晶闸管对过电压过电流的敏感性导致的电动机的运行不可靠性。
整流器晶闸管基于对其门极的移相触发控制的可控性导致的低功率因数性。
2-6 简述不可逆PWM 变换器（无制动电流通路与有制动电流通路）各个工作状态下的导通器件和电流通路。
17-18 2-7 调速时一般以电动机的（额定转速）作为最高转速。
2-8 （调速范围）和（静差率）合称调速系统的（稳态性能指标）。
2-8 一个调速系统的调速范围，是指（在最低转速时还能满足所需静差率的转速可调范围）。
2-9 简述转速反馈控制的直流调速系统的静特性本质。
矢量变换控制变频调速系统
2.异步电机产生转矩的原理
IT1
I1(F1) m
Im (Fm )
2s
IM1
2
因此，如果能够检测出每个瞬间2在空间的位置，I即2 它(F对2 )定子绕
组的相位角，就可以通过坐标的旋转变换将其变换到静止坐标，
控制iM1
和i（T1 通过iT1
控制I
），象控制直流电机一样来控制异步电
2
动机的转速和转矩。
这就是交流电动机模拟成直流电动机的控制原理。这种以2 为基准分解，变换矢量来控制交流异步电动机转速与转矩的控制
然后可以列出由电压方程组,磁链方程组,转矩方程组和运动方 程组组成的异步电动机的数学模型.
2.模型简化
上面讲解的是矢量控制的基本概念以及矢量变换规律表明:三相异步电动机 可以等效地变换成类似直流电动机的模式,这样就可以模仿直流电动机去进 行控制.
m
I
2
(F2 )
一组通过电流IT1
与产生转矩的转子电流I
2相平衡，而I
，I M1
T1
和
2都以同步速度1在空间旋转。而直流电动机的电流及磁通在
空间是静止的。
如果站在
2的轴线上跟
2旋转，再观察I
M
，I 1
T1
等量，
则这些量就如同直流电动机一样是相对静止的，其效果和
通以直流电流iM
，i 1
T1
所产生的结果是一样的。
图6-26（c）
三.矢量变换控制原理分析
1.直流电机产生转矩的原理
mm等效励磁绕组，产生主磁通，相应磁动势Fm与mm绕组平面垂直；aa等效
电枢绕组，产生电枢磁通，相应磁动势Fa与Fm相差90度，并且在空间保持不变。
基于空间矢量控制交流电机变频调速系统
和直流电机相仿 的高动态性能 ， 从而使交流电机的
调 速技术 取得 了突破性 的进 展 ．
１ 电压 空 间矢 量 原 理
，
～ 一
ｄ
辜
对 于常规 的六拍 阶梯 波三 相逆变 器 ， 照逆 变 按 器 中功 率开 关 器件 的通断 状态 ， 一个 周期 中共 有 ８
种工作状态 （ 见图 １ ， ）以电压空问矢量 ， ｚ、 、 。ｚ ／４ 表示 ， 并使相邻矢量仅变换 １ ， ６ 位 前 种
第 ２卷第 １ ４ 期
２１年 ３ ０ １ 月
海 南师 范大 学学报 （ 自然 科学 版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ａｎ ｎＮ ｒ ａ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｎ ｔｒｌ ｃｅ ｃ ） ｏ ｒａ ｏ ｉａ ｏｍ ｎ ｎｖ ｒ ｔ（ ａ ａ Ｓ ｉｎｅ Ｈ ｉ ｕ
Ｖ０ ．４ Ｎｏ １ Ｉ２ ．
ｏ ｒ ｃｉ ａ ｍｏ ｏ ｄ ｃ ｔｓ ｔ ａ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｍｅｈ ｄ ｉ ｆ ａ ｉ ｌ ． ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｈ ｓ ｅ ｃ ｌ ｎ ｙ ａ ｃ ａ ｄ ｓａｉ ｎ ｐ ａ ｔ ｌ ｔ ｒｉ ｉａｅ ｈ ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｓ ｅ ｓ ｅ Ｔｈ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｘ ｅｌ ｔｄ ｎ ｍｉ ｎ ｔｔ ｃ ｎ ｔ ｂ ｅ ｃ
ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｓａ ｄ ｈ ｇ ｏ ｔ ｌ ｆ ｃ ． ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｎ ｉｈ ｃ ｎｒ ｆ ｔ ｏｅｅ
Ｋｅ ｒ ｓＳ Ｗ Ｍ； ｅ ｔｒ ｏ ｔ ｌｅ ｈ ｏｏ ｙ；ａｉｂｅｆｅ ｕ ｎ ｙｓ ｅ ｄｇ ￣ ｒｉｇ ＡＣ ｍｏｏ ｙ ｗｏ ｄ ：ＶＰ ｖ ｃｏ ｎｒ ｃ ｎ ｌｇ ｖ ｒ ｌ ｑ ｅ ｃ ｐ ｅ ｏ， ｎｎ ； ｔｒ ｃ ｏｔ ａ ｒ ｅ
关键 词 ： 电压 空间 矢量 Ｐ ＷＭ ； 矢量控制 技 术 ； 变频 调速 ； 交流 电机
异步电机变压变频调速系统(VVVF系统)——转差功率不变型调速系统PPT演示课件
• Eg — 气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中
的感应电动势；
• Es — 定子全磁通在定子每相绕组中的感应电
动势；
• Er — 转子全磁通在转子绕组中的感应电动势
（折合到定子边）。
472
27
• 异步电动机等效电路
Rs
Lls
Llr′
Is
Us
1
Es
Eg Lm
I’r
I0
Er
Rr ′/s
图6-5 异步电动机稳态等效电路和感应电动势
第 11 周历
第六章 异步电动机变压变频调速系统(VVVF系统) —— 转差功率不变型的调速系统
第一节 变频调速的基本控制方式； 第二节 静止式变频装置； 第三节 正弦波脉宽调制(SPWM)逆变器；
472
1
第 12 周历
第四节 异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性； 第五节 转速开环、恒压频比控制的变频调速系统 第六节 转速开环、转差频率控制的变频调速系统
也是基本不变的。这就是说，在恒压频比的
条件下改变频率 1 时，机械特性基本上是
平行下移，如图6-4所示。它们和直流他励
电机变压调速时的情况基本相似。
472
23
所不同的是，当转矩增大到最大值以
后，转速再降低，特性就折回来了。而且 频率越低时最大转矩值越小，可参看式 （5-5），对式（5-5）稍加整理后可得
472
4
本章提要
变压变频调速的基本控制方式 异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 ＊电力电子变压变频器的主要类型 ＊变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术 基于异步电动机稳态模型的变压变频调速 ＊异步电动机的动态数学模型和坐标变换 基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统 基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系
异步电动机矢量控制变频调速系统的设计与仿真研究
Ｏ 引言
近 年来 ，随 着 电力 电 子 工业 和计 算 机 技 术 的
迅速 发展 ，交流调 速系统 正广泛应 用于工 业生产 的
理 的基本 出发 点就是 以转子磁 通这一旋 转 的空 间矢 量换 ，把 定子 电流 中的励 磁 电流 分量与转 矩 电 流分 量 变成标 量 独立 出来 ，进行 分 别控 制 。这样 ， 通过 坐标变换 得到 的电机模 型就可 以等效 为一 台直 流 电动机 ，从而能像 控制 直流 电机那 样 ，进行 快速 的转矩 和 磁通 的控 制 。
的因素很 多。其转矩公式 为 ：Ｔ＝Ｃ ，ＣＳ ｍ １Ｏ仍
中，
其
是气 隙有 效磁通 ，， 是转子 电流 ， 是 转子 １
略可 以使 其具 有 直流 调速 的全 部优 点 。
阻抗 角 ，Ｃ 为电磁常数 。， １和 ４ 两个变量 既不成
２ 异步 电机 的数学模型及调速 系统
各个 领域 。为 了满 足高性 能传动 的需要 ，必须对 速
度 进行精确 控制 ，而采用 矢量控 制变频 调速则 可 以
达 到满 意 的效果 。
１ 矢量变频调 速的原理及优 点
电机 调 速 的关 键 是控 制 转 速 ，而 转 速 是通 过 转矩来 改变 的。直流 电机之 所 以有 良好 的调 速性 能 就是 因为它 的转 矩容 易控制 ，而影 响交流 电机转矩
的动态 结构 图
直角 ，又不是独 立变量 。 因此 ，转矩 的这种 复杂关
系成 为异步 电机难 以控制 的根 本原 因。矢量 控制原
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１－ ５
维普资讯
上海 电器 技术 （ ０ ｏ ） ２ ６Ｎ ． ０ ４
异步 电动 机矢量 控制 变频 调速 系统 的设计 与仿 真研 究 ・ 直 专 曩 技
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《运动控制系统》实验报告
成绩姓名：专业班级：学号：
同组人：
实验四用微机控制的异步电动机矢量控制变频调速系统
一、实验目的
1. 了解以TMS320F240为核心构成的全数字控制感应电动机变频调速实验系统的硬件与软件组成。
2. 掌握采用正弦脉宽调制（SPWM）和空间矢量脉宽调制（SVPWM）的感应电动机开环变压变频（VVVF）调速系统的工作原理、优缺点及应用场合。
3. 掌握采用磁场定向控制（FOC）和直接转矩控制（DTC）的感应电动机闭环变压变频（VVVF）调速系统的工作原理、优缺点及应用场合。
4. 掌握不同控制方式时的系统稳态与动态特性以及有关控制参数变化的影响。
二、实验系统组成
图4-1 微机控制的异步电动机矢量控制变频调速系统原理图系统主电路采用交-直-交电压源型变频器。
功率器件采用智能功率模块IPM，该模块是一种由6个高速、低功耗的IGBT、优化的门极驱动和各种保护电路集成为一体的混合电路器件。
IPM的使用使变频系统的硬件结构简单紧凑，
并提高了系统的可靠性。
控制系统由DSP、信号检测电路、驱动和保护电路等组成。
DSP生成的PWM信号需通过光耦合隔离器后输入。
DSP采用美国TI公司16位数字信号处理器TMS320F240芯片。
该芯片专为电机的数字化控制设计，更适合于电机的实时控制。
F240具有特殊的PWM功能，还包括可编程死区功能和空间矢量PWM状态机的特殊附加功能；具有三个独立的向上/向下计数器，可产生非对称和对称的PWM波形；具有强大的片内I/O以及A/D、RS232外围接口和16K字的Flash EEPROM。
该芯片的应用大大简化了高性能变频调速系统的硬件设计，使系统具有更高的性价比。
实验系统还配备了上位机通信接口和上位机软件，可通过上位机对系统有关参数进行修改。
三、实验注意事项
1. 三相笼型异步电动机M04参数为：P N=100W，U N=220V，I N=0.48A，n=1420r/min，内含高分辨率编码器；
2. 转换不同调制方式时，需在电动机停转下进行。
3. 主回路中保险丝为1A，不可随意放大。
三、实验内容
1. 检查系统接线无误，合上电源开关，选择系统调制方式，点击上位机控制软件上的“启动”按钮，逐渐增大给定，观察系统工作是否正常，确认系统工作正常后，逐渐增大给定直至额定频率。
2. 分别采用4种不同的调制方式控制变频器向三相异步电动机供电，实现电动机变频调速运行。
3. 改变SPWM调制方式（同步、异步、混合调制）及输出频率，观察并比较（1）起动时的转速、电流波形；（2）稳态时电流波形。
4. 改变SVPWM调制方式（同步、异步、混合调制）及输出频率，观察并比较（1）起动时的转速、电流波形；（2）稳态时电流波形。
5. 在FOC控制方式下，改变输出频率，观察并比较（1）起动时的转速、电流波形；（2）稳态时电流波形；（3）磁链圆轨迹。
6. 在DTC控制方式下，改变输出频率，观察并比较（1）起动时的转速、电流波形；（2）稳态时电流波形；（3）磁链圆轨迹。
7. 记录如下动态波形：
（1）SPWM混合调制方式下40Hz时（a）起动时的n、i波形；（b）稳态时i A、i B波形。
（2）SVPWM混合调制方式下40Hz时（a）起动时的n、i波形；（b）稳态时i A、i B波形。
（3）FOC控制方式下40Hz时（a）起动时的n、i波形；（b）稳态时i A、i B波形；（c）磁链圆轨迹。
（4）DTC控制方式下40Hz时（a）起动时的n、i波形；（b）稳态时i A、i B波形；（c）磁链圆轨迹。
五、实验波形及分析
注：1）实验波形，可先存储为数字图片后打印、剪切、粘贴；
2）针对实验波形进行分析。
六、实验思考题
1. 在图4-1中③处画出泵升电压吸收回路，解释泵升电压产生的原因，并解释图4-1所示的①、②处单元在系统中的作用。
答：
2. 低频时，定子压降的补偿度是否越大越好？过大会造成什么结果？怎样调节才是恰到好处？
答：
3. SPWM控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，那么电流滞环跟踪PWM控制的目标是什么？电压空间矢量PWM控制呢？
答：
七、实验心得。