感应电动机转差型矢量控制系统的设计

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matlab期末作业转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的matlab仿真

转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的matlab仿真一、概要:1。

矢量变换控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。

交流电动机是个多变量、非线性、强耦合的被控对象,采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程，使交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速取代直流调速成为可能。

目前对调速性能要求较高的生产工艺已较多地采用了矢量控制型的变频调速装置。

实践证明,采用矢量控制的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。

现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和检测器四大部分组成。

根据被控对象——交流电动机的种类不同，现代交流调速系统可分为异步电机调速系统和同步电动机调速系统，矢量控制是目前交流电动机的先进控制方式，本文对异步电动机的动态数学模型、转差频率矢量控制的基本原理和概念做了简要介绍，并结合Matlab的Simulink软件包构建了异步电动机转差频率矢量控制调速系统的仿真模型，并进行了试验验证和仿真结果显示，同时对不同参数下的仿真结果进行了对比分析。

该方法简单、控制精度高，能较好地分析交流异步电动机调速系统的各项性能。

2.由于交流异步电动机属于一个高阶、非线性、多变量、强耦合系统。

数学模型比较复杂，将其简化成单变量线性系统进行控制，达不到理想性能。

为了实现高动态性能，提出了矢量控制的方法。

矢量变换控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。

一般将含有矢量变换的交流电动机控制称之为矢量控制。

交流电动机是个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦,实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程,使交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速取代直流调速成为可能。

什么是矢量控制系统(VCS)并简述其

4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）：（定义）把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，叫“磁链跟踪控制”，磁链跟踪控制是通过交替使用不同的电压空间矢量来实现的，故又称为“电压空间矢量PWM（SVPWM）”
（实现方法：）在SVPWM的实现过程中，通常以开关损耗较小和谐波分量较小为原则，安排基本矢量和零矢量的作用顺序。有两种常用的SVPWM实现方法，分别是（1）零矢量集中和（2）零矢量分散。
答①异步电动机调速方法有：降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速、串级调速、变极调速、变频调速等②降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速属于转差功率消耗型 ③串级调速属于转差功率回馈型 ④变极调速、变频调速属于转差功率不变型。
14. 请说明双馈调速的五种情况的功率流动情况？
答：①转子运行于次同步电动状态（1＞S`＞0）② 转子运行于次同步速的定子回馈制动状态（1＞S`＞0）③ 转子运行于超同步电动状态（S`＜0) ④ 转子运行于超同步速的定子回馈制动状态（S＜0）⑤ 转子运行于倒拉反转的电动状态（S`＞1）
7. 转速电流双闭环系统中，转速调节器、电流调节器的作用?
答：（1）转速调节器ASR的作用：1）转速调节器是调速系统的主导调节器，转速n跟随转速给定电压变化，稳态无静差。2)对负载变化起抗扰作用。3）其输出电压限幅值决定允许最大电流值。
(2) 电流调节器ACR的作用1) 起动过程中保证获得允许最大电流，从而加快启动过程2) 在转速外环调节过程中，使电流跟随其电流给定电压变化。3) 电源电压波动时及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波动的影响。4)当电动机过载、堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到安全保护作用。
答：① 位置随动系统解决的主要问题是实现执行机构对位置指令（给定量）的准确跟踪。随动系统一般称伺服系统 ② 位置随动系统与调速系统的相同点：两者的控制原理相同，它们都是反馈控制系统，即通过对系统的输出量与给定量进行比较，组成闭环控制。 ③ 位置随动系统与调速系统的相异点：调速系统的给定量是恒值，不管外界扰动情况如何，希望输出能够稳定，因此系统的抗扰性能显得十分重要。位置随动系统中的位置指令是经常变化的，是一个随机变量，要求输出量准确跟踪给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性、准确性成了位置随动系统的主要特征。位置随动系统在结构上往往比调速系统复杂一些。位置随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环，位置环是位置随动系统的主要结构特征。

基于模糊控制的直线感应电动机转差频率矢量控制系统

Ｋｙｗｏｄ：ｌｅｒｉｄｃｉｎｍｏｏ；ｓｉｒｑｅｃｙｅｅｔｒｃｎｒｌｕｚｏｔｏ．ｅｒｓｉａｎｕｔｔｒｌｆｅｕｎｙｔｐ；ｖｃｏｏｔｏ；ｆｚｙｃｎｒ１ｎｄｐ
Ｏ引言
（．ＳｈｏｆＥｌｃｒｃｌ＆Ｅｌｃｒｎｃ＆Ｅｎｇｎｅｒｎ１ｃｏｌｏｅｔｉａｅｔｏｉｉｅｉｇ，ＣｈｎｇｈｕｎｖｒｉｙｏｃｎｌｇａｃｎＵｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙ，Ｃｈｎｇｈｎ１０１ａｃｕ３０２，Ｃｈｎ；ｉａ
摘要：立了直线感应电动机的矢量控制数学模型，出了速度闭环、建提磁链开环的转差频率矢量控制设计方法。设计了速度模糊控制器，对电机在起动和负载情况下进行了仿真实验。结果表明，用模糊控制实现的直线感应电动机转差频率型矢量控制系统比Ｐ控制系统具有采Ｉ
更强的鲁棒性，统的稳态性能和动态性能大大提高。系
关键词：线感应电动机；转差频率；矢量控制；糊控制直模
中图分类号：Ｍ４４Ｔ６文献标识码：Ａ文章编号：６４１７（０８０ —３９０１７ — ３４２０）３０１—４
２Ｊｌｎｔｔｅｏｏｏｎｉｅａｃｉｅｔａｓｇ．ｉｉＩｓｉｕｔｆＧｅｌｇｙａｄＭｎｒｌＡｒｈｔｃｕｒｌＤｅｉｎ，Ｃｈｎｃｕ３０１，Ｃｈｎａｎａｇｈｎ１０６ｉ）

特斯拉Model_S驱动系统的结构与工作原理(一)

栏目编辑：高中伟 ******************新能源汽车文/广东蔡元兵一、感应电动机1.感应电动机介绍感应电动机又称“异步电动机”，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，使转子转动的装置。

转子是可转动的导体，通常呈鼠笼状。

定子是电动机中不转动的部分，主要任务是产生一个旋转磁场。

旋转磁场并不是用机械方法来实现，而是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。

这种电动机并不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机之分。

2.感应电动机的工作原理当电动机三相定子绕组(空间相位相差120°)通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场(一对磁极)，当电流经过一个周期变化时，旋转磁场也沿着相同方向旋转一个周期(在空间旋转的角度为360°)。

该旋转磁场在定子和转子之间的气隙中以与电流变化同步的转速n旋转并切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组为闭合环路)，根据电磁感应定律，载流的转子导体(因感应获得的电流)在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

这就是性能优异的三相异步电动机的工作原理。

图1所示为感应电动机定子电流与二极旋转磁场一个周期(360°)内的对应关系示意图。

当电动机轴上带有机械负载时，便向外输出机械能。

由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向，不同的转速旋转，存在转速差，因此叫做异步电动机，又称为感应电动机。

汽车中的交流异步电机的转子常采用空心式结构，这种结构简单牢固，适于高速旋转，免维护，且成本较低。

三相异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动大客车的驱动系统，技术相对成熟。

3.感应电动机的特点感应电动机的优点是价格低、体积不大，重量较轻；能较好地适应各种环境；外表坚固，结构紧凑；运行可靠，维护维修方便。

变频器矢量控制说明介绍

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。

变频器矢量控制原理

变频器矢量控制原理知识矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。

具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。

矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。

基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U / f ＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。

基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。

早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。

无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。

实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。

它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。

采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。

由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器，并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。

基于模糊逻辑的感应电机矢量控制系统仿真

①电机三相绕组对称；②忽略磁饱和，绕组自感及互感是线性的；③忽略铁耗的影响。在以上条件下，列出感应电机在 — 坐标系下的数学模型。在 — 坐
方向轴７１轴逆时针旋转９。即垂直于矢量，０，的方向。异步电机在Ｍ — 坐标系下的数学模型为：
矢量控制技术由于实现了感应电机的转矩电流分
量和磁通分量之间的解耦控制，使得感应电机能够获得与直流电机相媲美的调速性能。然而由于异步电机是多变量、非线性、强耦合的系统，并且在运行过程中存在参数时变的特性，因此，很难确定其精确的数学模型。再者，常规ＰＤ控制器不能有效克服负载、Ｉ模型参数的大范围变化及其非线性因素的影响，因而在高性能、高精度场合不能满足要求。将模糊控制器直接用于电机控制可以充分体现模糊控制器鲁棒性强的特点。１异步电机矢量控制原理
第５期（第１８期）总６２１０１年１０月
机械工程与自动化
ＭＥＣＨＡＮＩＡＬＥＮＧＩＥＥＮＧ＆ＡｒＣＮｍＵ０ＭＡＩＴＯＮ
Ｎｏ５．Ｏｃ．ｔ
文章编号：６２６１（０）００６ —３１７ —４３２１１— １９０１
摘要：通过对感应电动机动态电磁关系的分析，引出了感应电动机的数学模型和在一坐标系上的数学模型表达式，指出了感应电动机的模型是一多变量、强耦合的非线性系统。将模糊控制技术应用于感应电机的变频调速中，设计了一种转速模糊控制器，并用ＭＡＬＢＳｌｋ对基于模糊控制的感应电机矢量控制系ＴＡ／ｉｉｍｕｎ

转矩控制、矢量控制

转矩控制、矢量控制和VF控制解析1.变转矩就是负载转矩随电机转速增大而增大，是非线性变化的，如风机水泵恒转矩就是负载转矩不随电机转速增大而增大，一般是相对于恒功率控制而言。

如皮带运输机提升机等机械负载2.VF控制就是变频器输出频率与输出电压比值为恒定值或正比。

例如：50HZ时输出电压为380V,25HZ时输出电压为190V即恒磁通控制；转矩不可控，系统只是一个以转速物理量做闭环的单闭环控制系统，他只能控制电机的转速根据电机原理可知，三相异步电机定子每相电动势的有效值：E1=4.44f1N1Φm式中：E1--定子每相由气隙磁通感应的电动势的有效值，V ；f1--定子频率，Hz；N1——定子每相绕组有效匝数；Φm-每极磁通量由式中可以看出，Φm的值由E1/f1决定，但由于E1难以直接控制，所以在电动势较高时，可忽略定子漏阻抗压降，而用定子相电压U1代替。

那么要保证Φm不变，只要U1/f1始终为一定值即可。

这是基频以下调时速的基本情况，为恒压频比（恒磁通）控制方式，属于恒转矩调速。

基准频率为恒转矩调速区的最高频率，基准频率所对应的电压为即为基准电压，是恒转矩调速区的最高电压，在基频以下调速时，电压会随频率而变化，但两者的比值不变。

在基频以上调速时，频率从基频向上可以调至上限频率值，但是由于电机定子不能超过电机额定电压，因此电压不再随频率变化，而保持基准电压值不变，这时电机主磁通必须随频率升高而减弱，转矩相应减小，功率基本保持不变，属于恒功率调速区。

3.矢量控制，把输出电流分励磁和转矩电流并分别控制，转矩可控，系统是一个以转矩做内环，转速做外环的双闭环控制系统。

它既可以控制电机的转速，也可以控制电机的扭矩。

矢量控制时的速度控制（ASR）通过操作转矩指令，使得速度指令和速度检出值（PG 的反馈或速度推定值）的偏差值为0。

带PG 的V/f 控制时的速度控制通过操作输出频率，使得速度指令和速度检出值（PG 的反馈或速度推定值）的偏差值为0。

空间矢量控制(SVPWM)原理

图 1-1a 三相交流绕组
图 1-1b 两相交流绕组组
图 1-1c 旋转的直流绕
（1）模型等效原则：众所周知，交流电机三相对称的静止绕组 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势 F ，它在空间呈正弦分布，以同步转速 ω1 （即电流的角频率）顺着 A-B-C 的相序旋转。这样的物理模型如图 1-1a 所示。然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外，二相、三相、四相、…… 等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单。图 1-1b 中绘出了两相静止绕组 α 和 β ，它们在空间互差 90 °，通以时间上互差 90°的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势 F 。当图 1-1a 和 1-1b 的两个旋转磁动势大小和转速都相等时，即认为图 1-1b 的两相绕组与图 1-1a 的三相绕组等效。再看图 1-1c 中的两个匝数相等且互相垂直的绕组 M 和 T，其中分别通以直
年德国学者提出的矢量变换控制方法中正交旋转坐标系的直轴为励磁轴m与转子磁场重合交轴为转矩轴t转子磁场的交轴分量为零电磁转矩的方程得到简化即在磁场恒定的情况下电磁转矩与交轴电流分量成正比因此感应电机的机械特性与他励直流电机的机械特性完全一样实现了磁场和转矩的解耦控制
第1章矢量变换控制与空间矢量制
1.1 矢量变换控制在 1971 年德国学者提出的矢量变换控制方法中，正交旋转坐标系的直轴为励磁轴（M）与转子磁场重合，交轴为转矩轴（T ），转子磁场的交轴分量为零，电磁转矩的方程得到简化，即在磁场恒定的情况下，电磁转矩与交轴电流分量成正比，因此，感应电机的机械特性与他励直流电机的机械特性完全一样，实现了磁场和转矩的解耦控制。由于直轴和转子磁场重合，因此也称转子磁场定向控制。

异步电动机转差型无速度传感器矢量控制系统

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关键词：异步电动机；差型矢量控制；转电压解耦；无速度
传感器；模型参考自适应中国分类号ＭⅢ Ｔ文献标识码：Ａ
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文章编号：０４—７１（０２００１０１００８２０】２— ０８－３
维普资讯
异步电动机转差型无速度传感器矢量控制系统
郑婵琚，敬华，张杜世俊
（台吧工业尢学，安徽台肥２００）３０９
ＳｉｅｕｎｙＳｎｏｌｓｃｏｌＦｒｑｅｃｅｓｒｅｓＶｅｔｒ—ｃｎｒｌｄＳｓｅｏｎｄｃｉｎＭｏｒｐｏｔｏｌｙｔｍｆＡＣＩｕｔＯｅｏＺＨＮＧＣａ一ｎ，ＡＥｈｒｔＺＨＮＧ，ｎ —ｈａ，ｌｇｉｕＤＵＳｉｎｈ一
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pmsm数学模型及矢量控制

第2章永磁同步电机的结构特点及数学模型2.1 永磁同步电机概述电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。

自1831年电磁感应定律为人们所知，人们发现可以利用磁场将电能与机械能进行相互转化，由此发明了电机。

随着不同种类的电机相继出现，大力推动了电气工程行业及电力电子工业的发展。

众所周知，要于电机之内建立所需的磁场，一种方式是可以通过在电机内部对电机绕组通以电流产生磁场，需要持续的提供电能维持磁场存在，磁场强度取决于电机内部的电流及绕组的结构。

另一种可以通过永磁体产生磁场，由于永磁材料的固有特性故不再需要提供其他外在能量便可以持续维持磁场存在，因此采用永磁材料产生磁场可以使电机在自身结构上更为简单，其运行的安全程度和效率也随之提高。

起初人们并未发现可用于建立磁场的较为合适的材料，因此人们利用天然的磁铁矿石制成永磁材料，并在19世纪20年代制成世界上第一台永磁电机。

但由于天然磁铁矿石的磁性较低，因此为了满足磁场需求，制成的电机体积庞大，性能较差，并不能达到人们在工业等相关领域的要求。

直到1845年，英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，随后又发明了自励电励磁发电机，开创了电励磁方式的先河。

它弥补了天然磁铁的不足，在随后的几十年中，电励磁电机逐渐取代了原始的永磁电机随着电机技术发展的需要，人们开始不断寻找磁性能更好的永磁材料。

20世纪中期被发现并加以应用的铝镍钴永磁材料和铁氧体永磁材料就是很好的例子，因其磁性能在原有材料基础上的较大提高，因此在工业、农业、军事或者在日常生活中人们又重新重视起永磁电机的应用。

但这两种材料也有其自身的缺陷，铝镍钴永磁材料矫顽力较低、易退磁，铁氧体永磁材料的剩磁较低，在一定程度上又限制了永磁电机的发展。

随着人们的继续探索，20世纪60年代美国人K.J.Stmat研制出的以钐钴为主要成分的稀土永磁材料，被称为第一代稀土永磁材料，引领永磁电机发展到一个新的阶段。

由于其价格昂贵，起初各国研发的重点通常在航空航天和要求高性能的高科技领域。

感应电机

类型C：提供高起动转矩（高于类型A和B，通常超过额定的200%）。它常用于驱动重起步负载。这些电机几乎可运行在全速时，而不出现过载。起动电流低。转差小于或等于5%。
类型D：在所有NEMA电机类型中，是能提供最高的起动转矩的电机。起动电流和满载速度低。高转差值（513%），电机适用于在电机运行速度中，没有负载变换或没有剧烈变换时，例如调速轮能量存储的机械。不少类型的子分类还包括更宽的转差范围。这种电机类型一般是特殊定制的。
转速控制方法
可以通过以下两种方法来改变感应电机的转速： ①改变定子的端电压。 ②改变定子的频率。新能源汽车电机的输出转矩可随定子的端电压变化而变化。注意，电压的变化不会改变电机最大转矩所对应的转速差。
矢量控制
在感应电机的稳态学习中我们知道，感应电机调速方法很多，变压、变频、变极及绕线转子感应电动机转子回路串电阻或串入附加电动势（串级调速或双馈调速）都可以调节电机的转速。但多年以来的研究和实践表明，变频调速是感应电动机最理想的调速方法。基于感应电机稳态模型的恒压频比控制或电压-频率协调控制，虽然在一定转速范围内实现高效率的平滑调速，从而满足一般生产机械对调速系统的要求，但是由于电机内部存在的耦合效应，系统动态响应缓慢，对于需要高动态性能的应用场合，就不能满足要求。要实现高动态性能的调速系统或伺服系统，必须依据感应电动机的动态数学模型来设计控制系统。在各种基于动态数学模型的交流调速方法中，目前最为广泛应用的就是矢量控制。
特征
1、感应运转型感应电机不只在启动时，在运转时也使用辅助线圈和电容器。虽然启动转矩不是很大，但其结构简单，信赖度高，效率也高。
2、可以连续运转。 3、随负荷的大小，电机的额定转速也会改变。 4、使用于不需要速度制动的应用场合。 5、用E种绝缘等级，而UL型电机则用A种。 6、有感应运转型单相感应电机和三相感应电机两种。 7、单相电机为感应运转型感应电机，效率高，噪声低。 8、单相感应电机运转时，产生与旋转方向相反的转矩，因此不可能在短时间内改变方向。应在电机完全停止以后，再转换其旋转方向。 9、单相电机的电源有A（110V 60Hz）、B（220V 60Hz）、C（100V 50/60Hz）、D（200V 50/60Hz）、E （115V 60Hz）、X（200-240V50Hz）等。

矢量控制系统.

一. 矢量控制理论简介：70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。

矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。

矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。

这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。

矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上。

采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。

由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。

目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

二. 直接转矩控制简介：在80年代中期，德国学者Depenbrock教授于1985年提出直接转矩控制，其思路是把电机和逆变器看成一个整体，采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通过跟踪型PWM逆变器的开关状态直接控制转矩。

因此，无需对定子电流进行解耦，免去矢量变换的复杂计算，控制结构简单。

直接转矩控制技术，是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（Band—Band控制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制，并产生PWM脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。

矢量控制与直接转矩控制的理论基础和应用特色

矢量控制与直接转矩控制的理论基础和应用特色1、前言采用一般的通用变频器给异步电动机供电时，可以实现无级平滑调速，但调速范围不很宽，也不能像直流调速系统那样提供很高的动态性能。

要实现高动态性能，必须充分研究电机的物理模型和动态数学模型。

从物理模型出发的研究成果首先体现在1971年德国西门子公司F.Blaschke 等发表的论文《感应电机磁场定向的控制原理》和美国P.C.Custman 与A.A.Clark 申请的专利《感应电机定子电压的坐标变换控制》上，以后经过各国学者和工程师的研究、实践和不断的完善，已形成现在普遍应用的高性能交流调速系统——矢量控制系统。

矢量控制系统的特点是：通过坐标变换（三相—两相变换、同步旋转变换），把交流异步电动机在按转子磁链定向的同步旋转坐标系上等效成直流电动机，从而模仿直流电动机进行控制，得到在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美的交流调速系统。

电气机车等具有大惯量负载的运动系统在起制动时要求有很快的瞬态转矩响应，特别是在弱磁调速范围，为此，德国鲁尔大学M,Depenbrock 教授研制了直接转矩控制（直接自控制）系统，并于1985年发表了论文，随后日本学者I.Takahashi 也提出了类似的控制方案。

与矢量控制不同，直接转矩控制方起了旋转坐标变换，而是在静止两相坐标系上控制转矩和定子磁链，并采用砰－砰控制以获得快速的转矩响应。

现在矢量控制系统和直接转矩控制系统都已经在高性能交流调速市场中取得了显著的地位，但是，对于它们的优缺点和特色还存在着一定程度的困惑。

本文拟就这两类系统的基本概念和应用特色做出分析，以供讨论。

2、异步电动机的动态数学模型2．1在两相同步旋转坐标系上的电压、磁链、转矩和运动方程两相同步旋转坐标系的坐标轴用d ，q 表示，坐标轴的旋转速度dqs ω等于定子频率的同步角转速1ω，设转子转速为ω，则dq 轴相对于转子的角速度dqs ω＝1ω－ω＝s ω，即转差频率。

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。

感应电动机的转矩转差率曲线

气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通
将在定子
m
每相绕组中感生电动势 E 1
E 1 j4 .4 4 f1 N 1m k w 1
若主磁路的磁化曲线用一条线性化的磁化曲
线来代替，则主磁通将与激磁电流成正比；
于是可认E 1为
I
与
m
之间具有下列关系：
E 1 I 1 Z m I m (R m j X m )
CmI2 cos2
例题
CΤ
1 2 pm2N验 1. 试验目的: 确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗。
空载特性曲线
2. 铁耗和机械损耗分离 P1 03I120R1
O
p Fe
pΩ
U
2 1
返回
5.5 感应电动机参数的测定
参数计算
P 10m 1I1 2 0R 1pF epΩ
1σ
'
R j(X X ) 三、机械特性 (转矩-转速特性)
2
m
2σ 2σ
k
k
7 感应电动机的工作特性
3定3子Ω,漏漏磁抗通X1又σ＝可2分. 为槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁等三部分，槽漏磁和端部2漏磁如图5-8a和b所示。
X 5)/2=75r/min
2
m
R R R 空图载中运定行子时和，转子定的子频磁率动k均势为基f本1，上转就子1是电产路生中气出隙现2主了磁一场个的表激征2磁机磁械动负势载，的定等子效电电流阻就。近似等于激2磁电流。
Rk mP11Ik12k ,
Xk
Zk 2 Rk2
5)/2=75r/min
负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称为转子反应。
= 750-730/750=0.
jX (R jX ) 图中定子和转子的频率均为f1，转子电路中出现了一个表征机械负载m的等效电2阻。

转差频率矢量控制系统PI调节器参数计算

转差频率矢量控制系统PI调节器参数计算矢量控制PI调节器参数计算1引言在转差频率型间接磁场定向控制装置中，转子磁链空间矢量ψr的大小与空间相位角是用所测得的定子电流和转速求得的。

在转子磁链定向矢量控制中，仅考虑转子磁通的稳态方程，就可以从转子磁通直接得到定子电流d轴分量的给定值，再通过对定子电流的有效控制，就形成转差矢量控制。

转差频率型间接磁场定向控制由于其控制简单已在实际中广泛应用，“和谐号”CRH2动力分散型高速动车组就是采用该控制算法[1] 。

本文根据转差频率矢量控制原理，采用连续系统的工程设计方法，对转差频率矢量控制系统的PI调节器进行设计和参数计算，并仿真验证设计的有效性和可行性。

2转差频率矢量控制系统传函转差频率矢量控制基本框图如图1所示。

图1 转差频率矢量控制模型根据转差频率矢量控制原理，可得下列表达式：Lmisd=ψrd（1）其中，Lm——定转子互感；isd——定子电流d轴分量；ψrd——转子磁链d轴分量。

该控制算法可以由下列方程表示[3](2)Tem——电磁转矩；Pn——极对数；ωsl——转差频率。

由转差频率矢量控制方程式可得注意到上式中存在和ωs有关的旋转电动势耦合项，因为Lmisd=ψrd，令(3)(4)(5)(6)从而有根据式（2）中，考虑到矢量控制过程中ψrd保持恒定，因而ψrd=const为常数，则写成传递函数形式为(7)图2为一个转差频率矢量控制系统的传递函数框图。

图2 转差频率矢量控制系统的传递函数框图3 PI调节器设计3.1 定子电流调节器设计在控制系统中选择定子电流作为控制变量的根本原因是：在进行磁场定向控制时，电磁转矩和磁通解耦后直接受控于定子电流的转矩分量与磁通分量，通过控制定子电流就能有效地控制转矩和磁通。

另外，电流调节器在一定意义上可以认为具有理想电流源的特性，可以不考虑电机的定子侧由于电阻、电感或反电动势造成的动态行为，使控制系统的阶数降低，同时也降低了控制环节的复杂性。