矢量控制变频器应用PPT课件
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变频器的控制方式PPT课件
2. U／f控制功能的选择 为了方便用户选择U／f比，变 频器通常都是以U／f控制曲线
的方式提供给用户，让用户选 择的，如图8-3所示。
图8-3 变频器的U／f控制曲线
3.选择U／f控制曲线时常用的操作方法
1) 将拖动系统连接好，带以最重的负载。
2) 根据所带的负载的性质，选择一个较小的U／f曲线，在低速时观察
b) 两相交流绕组 c) 旋转的直流绕组
图8-9 异步电动机的几种等效模型
2. 3相／2相变换(3s／2s)
三相静止坐标系A、B、C和两相静止坐标系α和β之 间的变换，称为3s／2s变换。变换原则是保持变换前的 功率不变。
设三相对称绕组(各相匝数相等、电阻相同、互差 120°空间角)通入三相对称电流iA、iB、iC，形成定子 磁动势，用F3表示，如图8-10a所示。两相对称绕组(匝 数相等、电阻相同、互差90°空间角)内通入两相电流后 产生定子旋转磁动势，用F2表示，如图8-10b所示。适 当选择和改变两套绕组的匝数和电流，即可使F3和F2的 幅值相等。若将两种绕组产生的磁动势置于同一图中比 较，并使Fa与FA重合，如图8-10c所示.
电动机的运行情况，如果此时电动机的带负载能力达不到要求，需
将U／f曲线提高一档。依此类推，直到电动机在低速时的带负载能
力达到拖动系统的要求。
3) 如果负载经常变化，在2)中选择的U／f曲线，还需要在轻载和空载
状态下进行检验。方法是：将拖动系统带以最轻的负载或空载，在
低速下运行，观察定子电流I1的大小，如果I1过大，或者变频器跳 闸，说明原来选择的U／f曲线过大，补偿过分，需要适当
Ux=kuUN
式中 ku——调压比； UN ——电动机的额定电压。
2. 变频后电动机的机械特性
的方式提供给用户，让用户选 择的，如图8-3所示。
图8-3 变频器的U／f控制曲线
3.选择U／f控制曲线时常用的操作方法
1) 将拖动系统连接好，带以最重的负载。
2) 根据所带的负载的性质，选择一个较小的U／f曲线，在低速时观察
b) 两相交流绕组 c) 旋转的直流绕组
图8-9 异步电动机的几种等效模型
2. 3相／2相变换(3s／2s)
三相静止坐标系A、B、C和两相静止坐标系α和β之 间的变换，称为3s／2s变换。变换原则是保持变换前的 功率不变。
设三相对称绕组(各相匝数相等、电阻相同、互差 120°空间角)通入三相对称电流iA、iB、iC，形成定子 磁动势，用F3表示，如图8-10a所示。两相对称绕组(匝 数相等、电阻相同、互差90°空间角)内通入两相电流后 产生定子旋转磁动势，用F2表示，如图8-10b所示。适 当选择和改变两套绕组的匝数和电流，即可使F3和F2的 幅值相等。若将两种绕组产生的磁动势置于同一图中比 较，并使Fa与FA重合，如图8-10c所示.
电动机的运行情况，如果此时电动机的带负载能力达不到要求，需
将U／f曲线提高一档。依此类推，直到电动机在低速时的带负载能
力达到拖动系统的要求。
3) 如果负载经常变化，在2)中选择的U／f曲线，还需要在轻载和空载
状态下进行检验。方法是：将拖动系统带以最轻的负载或空载，在
低速下运行，观察定子电流I1的大小，如果I1过大，或者变频器跳 闸，说明原来选择的U／f曲线过大，补偿过分，需要适当
Ux=kuUN
式中 ku——调压比； UN ——电动机的额定电压。
2. 变频后电动机的机械特性
变频器矢量控制
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。
变频器的原理及其应用ppt课件
变频器的原理及其应用
提纲
一、变频器的结构及原理 二、变频器的控制方法 三、变频器在风机负载和泵类负载中的应用 四、变频调速系统接电抗器的作用 五、变频器的抗干扰 六、变频器的功能 七、变频器的选择 八、变频器的运行 九、变频器的调试与维护
一、变频器的结构 及原理
变频器的调速原理
调速原理：
N：转速
38
1. 变频器的干扰源
图7-1 变频器的电压、电流波形
39
2. 电路耦合干扰
— 电路传播：1）电源线 2）地线
措施 ： 1）隔离变压器 2）光耦隔离 3）正确接地
40
3.感应耦合干扰
—电磁感应 —静电感应
1） 电磁感应是电流干扰传播方式 2）静电感应是电压干扰传播方式
41
4. 抗干扰措施
远离、相绞、屏蔽、不平行
四. 变频调速系统 接电抗器的作用
32
1. 变频器输出端接入电抗器的场合
图 需要接入电抗器的场合
a）电机与变频器距离远 b）小变频器带轻载大电机
33
输出电抗器作用：
➢ 抑制变频器电磁幅射干扰 ➢ 抑制电动机电压谐振
34
2. 输入交流电抗器
作用：1）提高功率因数 2）抑制高次谐波 3）削弱电流浪涌
P0=55*10%=5.5KW P1=55KW
由PL=P0+KPnL3得: KP=55-5.5=49.5KW P2=5.5+49.5*（50%）3=11.7KW
总消耗的功率为55+11.7=67KW
风机的节电率统计举例
（2）两台变频运行时每台的平均供风量为75%Q P1=P2=5.5+49.5（75%）3=26.4KW
1）准确停车 2) 变频器给电动机输入直流电，在电机
提纲
一、变频器的结构及原理 二、变频器的控制方法 三、变频器在风机负载和泵类负载中的应用 四、变频调速系统接电抗器的作用 五、变频器的抗干扰 六、变频器的功能 七、变频器的选择 八、变频器的运行 九、变频器的调试与维护
一、变频器的结构 及原理
变频器的调速原理
调速原理：
N：转速
38
1. 变频器的干扰源
图7-1 变频器的电压、电流波形
39
2. 电路耦合干扰
— 电路传播：1）电源线 2）地线
措施 ： 1）隔离变压器 2）光耦隔离 3）正确接地
40
3.感应耦合干扰
—电磁感应 —静电感应
1） 电磁感应是电流干扰传播方式 2）静电感应是电压干扰传播方式
41
4. 抗干扰措施
远离、相绞、屏蔽、不平行
四. 变频调速系统 接电抗器的作用
32
1. 变频器输出端接入电抗器的场合
图 需要接入电抗器的场合
a）电机与变频器距离远 b）小变频器带轻载大电机
33
输出电抗器作用：
➢ 抑制变频器电磁幅射干扰 ➢ 抑制电动机电压谐振
34
2. 输入交流电抗器
作用：1）提高功率因数 2）抑制高次谐波 3）削弱电流浪涌
P0=55*10%=5.5KW P1=55KW
由PL=P0+KPnL3得: KP=55-5.5=49.5KW P2=5.5+49.5*（50%）3=11.7KW
总消耗的功率为55+11.7=67KW
风机的节电率统计举例
（2）两台变频运行时每台的平均供风量为75%Q P1=P2=5.5+49.5（75%）3=26.4KW
1）准确停车 2) 变频器给电动机输入直流电，在电机
矢量控制变频器应用
β
q iβ iq
ϕ
ωs
Fs
ϕ id
iqcosϕ idsinϕ iqsinϕ
d
iα idcosϕ
α
图5-4 两相静止和旋转坐标系与磁动势（电流）空间矢量
• 2s/2r变换公式
iα = id cos ϕ − iq sin ϕ
iβ = id sin ϕ + iq cos ϕ
• 两相旋转—两相静止坐标系的变换矩阵 写成矩阵形式，得 iα cos ϕ − sin ϕ id id i = i = C2r / 2s i （5-8） β sin ϕ cos ϕ q q 式中
风机负载和泵类负载的负载特性
流量Q ∝ n 扬程H ∝ n2 功率P ∝ n3
变频器在潜水泵上的应用
潜水泵起动时的水锤现象往往容易造成管道松动或破裂甚至损坏； 电机起动/停止时需开启/关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作一方面 工作强度大，且难以满足工艺的需要。 在潜水泵安装变频调速器以后，可以根据工艺的需要，使电机软启/软 停，从而使急扭及水锤现象得到解决。而且在流量不大的情况下，可以降低 泵的转速，一方面可以避免水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的老 化，而且变频的软启动大大的减小水泵启动时对机械的冲击。并且具有明显 的节电效果。
设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁 动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时 磁动势在 α、β 轴上的投影都应相等，
1 1 N2iα = N3iA − N3iB cos60° − N3iC cos60° = N3 (iA − iB − iC ) 2 2
3 N 2iβ = N 3iB sin 60° − N 3iC sin 60° = N 3 (iB − iC ) 2
变频器的使用共38张PPT
02
CATALOGUE
变频器选型与参数设置
选型依据及注意事项
负载类型
根据负载特性选择适合的变频器 类型，如恒转矩负载、变转矩负
载等。
额定功率
确保变频器的额定功率不小于电 动机的额定功率，并留有一定余 量。
控制方式
根据控制需求选择开环或闭环控 制方式，以及相应的控制算法。
环境条件
考虑变频器工作的环境温度、湿 度、海拔高度等因素，选择符合
现。
控制电路
实现对主电路的控制，包括电 压、频率、电流等参数的调节。
常见类型及其特点
电压型变频器
直流回路的滤波是电容， 输出电压为矩形波或阶 梯波，适用于多台电机
并联运行。
电流型变频器
直流回路的滤波是电感， 输出电流为矩形波，适 用于单台电机独立运行。
通用型变频器
适用于各种负载类型， 具有多种保护功能，但
预防措施建议
定期检查
定期对变频器进行检查和维护，及时发现并 处理潜在故障。
操作规范
严格按照变频器操作规程进行操作，避免误 操作导致故障发生。
环境控制
保持变频器周围环境清洁、干燥、通风良好， 避免灰尘、潮湿等不利因素影响。
备件储备
储备一定数量的变频器易损件和关键元器件， 以便在故障发生时能够及时更换。
绿色环保成为主流
环保意识的提高将推动变频器行业向更加绿 色、环保的方向发展。
国际化合作加强
国内外变频器企业将加强技术交流和合作， 共同推动行业进步和发展。
05
CATALOGUE
故障诊断与排除方法
常见故障类型及原因剖析
过电流故障
可能由于负载速时间太短、制动单元或制动电阻损坏等原因造成。
矢量控制.ppt
只要迅速控制T，才可达到优良的动态响应指标。也就是说，调
速系统的动态性能，归根结底就是对电磁转矩迅速准确控制的性
能。
直流电动机具有优越的控制性能，这归功于它的被控量
形式易于控制。当忽略电机磁路的饱和效应并通过补偿的办 法来消除电枢反应影响，电刷置于电动机的几何中性线时， 励磁磁通Φ与电枢电流Ia所产生的电枢磁动势Fa在空间总是 保持垂直，如图8－1所示，此时可以获得最大的电磁转矩 T=CeΦIa。可见，由于励磁磁通与电枢磁动势两者的方向相 互垂直，两者之间互不影响，励磁绕组与电枢绕组又相互独 立，故有可能分别独立地调节励磁电流与电枢电流。若不考 虑磁路饱和，磁通Φ正比于励磁电流If，保持电流If恒定时， 电磁转矩与电枢电流成正比。特别是当维持Φ恒定时，直流 电动机的电磁转矩T将随电枢电流线性变化，即可以方便地 通过对电枢电流的控制实现对电磁转矩的控制。综上所述， 由于直流电动机被控变量是励磁电流Ia及电枢电流If，它们 都是只有大小及正负变化的标量。直流电动机典型的双闭环 控制系统就是一种标量控制系统，它结构简单，易于实现。
三相定子电流作为异步机的输入量，经过两次变换分离 出两个独立的分量iM、iT，如同直流机的两个分量那样。这 两个分量经过确定的数学坐标变换能够准确地分离计算出来， 这样便可以施加控制，根据对两个分量iM、iT的控制要求， 实时调整三相定子电流的幅度和相位，获得适当的电流矢量。
从总体看，输入为三相交流电流ia、ib和ic，输出 为转速ω的一台异步电动机。从外部看，经过3/2变换 和同步旋转变换，得到一台输入直流的励磁电流iM、 转矩电流iT，输出为转速ω的等效直流电动机。
其转矩，从而可获得高动态性能的调速性能。
B
F
n0
b
ω1
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。
矢量控制在电机变频器中的应用
矢量控制在电机变频器中的应用矢量控制技术是一种基于电机磁场理论和现代控制理论的高级控制技术，在电机变频器中得到广泛应用。
该技术能够精确地控制电机的转矩、速度和位置，提高系统的响应速度、稳定性和控制精度。
本文将介绍矢量控制技术在电机变频器中的应用及其优势。
1. 矢量控制技术的原理矢量控制技术是基于电机磁场理论和现代控制理论的方法，通过对电机的转子磁场位置和速度进行测量，并与给定的转矩、速度和位置进行比较，实现对电机的精确控制。
通过采用矢量控制技术，可以将电机的转子磁场位置和转速控制在所需的范围内，并按照给定的转矩和速度进行调节，从而实现对电机的精确控制。
2. 矢量控制技术在电机变频器中的应用矢量控制技术在电机变频器中具有广泛的应用。
在传统的电机控制中，通常通过控制电压和频率来实现对电机的控制，但这种方法存在调速精度低、控制响应速度慢等问题。
而采用矢量控制技术，可以实现对电机转矩、速度和位置等参数的精确控制，提高了系统的调速精度和控制响应速度。
3. 矢量控制技术的优势矢量控制技术在电机变频器中具有以下几个优势：1) 高控制精度：采用矢量控制技术可以实现对电机的精确控制，提高了系统的调速精度和控制精度。
2) 高控制响应速度：矢量控制技术能够在短时间内对电机进行精确的控制，提高了系统的控制响应速度，使系统更加稳定。
3) 宽调速范围：矢量控制技术可以控制电机的转矩、速度和位置等参数，使电机具有较宽的调速范围，适应不同工作条件下的要求。
4) 抗负载波动能力强：矢量控制技术具有较好的负载响应能力，可以有效抵御负载波动对系统的影响，提高系统的稳定性。
4. 矢量控制技术的应用案例矢量控制技术已经在各个领域的电机变频器中得到了广泛的应用。
以工业领域为例，矢量控制技术可以应用于电梯、轨道交通、机床、风力发电等各类设备中，提高了系统的控制精度和响应速度，减少了故障率和能耗，提高了系统的工作效率。
总结：矢量控制技术是一种在电机变频器中广泛应用的高级控制技术，它能够实现对电机的精确控制，提高了系统的调速精度和控制精度，同时也提高了系统的响应速度和稳定性。
变频器技术与应用.ppt
EXIT
图4-8 U/ƒ分段的补偿线
小结：不同负载在低频运行时，对U/ƒ比的要求是不一样的，用户应根 据负载的具体要求，通过预置或从变频器提供的多种U/ƒ线中选择一种使 用。
变频器技术与应用 电气工程制图与CAD
Enjoy Study
4.1 U/f控制
4.1.4 U/ƒ线的选用依据
5. 选择U/ƒ控制曲线时常用的操作方法
EXIT
R
U
380V
~
S
变频器
V
M 3~
T VRF
W
频率给定
图4-1 U/ƒ控制基本图
控制特点：基本U/ƒ控制是使变频器的输出在改变频率的同时也改变电压， 通常是使U/ƒ为常数，这样可使电动机磁通保持恒定，在较宽的调速范围内， 电动机的转矩、效率、功率因数不下降。
变频器技术与应用 电气工程制图与CAD
2）再将 和 信号按三相交流电动机的控制要求变换为三相交流电控制 信号，驱动变频器的输出逆变电路输出三相交流电。
EXIT
变频器技术与应用 电气工程制图与CAD
Enjoy Study
4.3 矢量控制(VC控制)
4.3.2 矢量控制中的等效变换
1.坐标变换的概念 由三相异步电动机的数学模型可知，研究其特性并进行控制时，若用两相
EXIT
变频器技术与应用 电气工程制图与CAD
Enjoy Study
4.4直接转矩控制
4.4.1 直接转矩控制系统
直接转矩控制系统是继矢量控制之后发展起来的另一种高性能的交流变 频调速系统。直接转矩控制把转矩直接作为控制量来控制。
直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的模型，控制电 动机的磁链和转矩。和矢量控制不同，直接转矩控制不采用解耦的方式， 从而在算法上不存在旋转坐标变换，简单地通过检测电机定子电压和电流， 借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得 差值，实现磁链和转矩的直接控制。
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A
iA A
图5-2a 三相交流绕组
（2）等效的两相交流电机绕组
ωs
F
i
i
图5-2b 两相交流绕组
（3）旋转的直流绕组与等效直流电机模型
F
q s
d
iq d
q
id
图5-2c 旋转的直流绕组
B
N3iB
60o 60o
N2iβ N2i
N3iA A
N3iC
C
图5-3 三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量
把两个坐标系画在一起，即得图5-4。
q
s
iβ
Fs
iq
iqcos d id
idsin
i iqsin
idcos
图5-4 两相静止和旋转坐标系与磁动势（电流）空间矢量
• 2s/2r变换公式
iαidcosiqsin iβidsiniqcos
• 两相旋转—两相静止坐标系的变换矩阵
写成矩阵形式，得
iiβ αc so in s csoisniid qC 2r/2siid q（5-8）
表6-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较
性能与特点
直接转矩控制系统
矢量控制系统
磁链控制
定子磁链
转子磁链
转矩控制
砰-砰控制，有转矩脉动
连续控制，比较平滑
坐标变换
静止坐标变换，较简单 旋转坐标变换，较复杂
转子参数变化影响
无[注]
有
调速范围
不够宽
比较宽
[注] 有时为了提高调速范围，在低速时改 用电流模型计算磁链，则转子参数变化对 DTC系统也有影响。
令 C3/2 表示从三相坐标系变换到两相坐标系的
变换矩阵，则
C3/ 2
2 1
3 0
1 2 3
2
1 2 3 2
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
3 2
（5-4）
（5-5）
如果三相绕组是Y形联结不带零线， 则有 iA + iB + iC = 0，或 iC = iA iB 。 代入式（5-4）和（5-5）并整理后得
U/F控制
开环
闭环
<1：40
<1：40
矢量控制
无速度传感器 带速度传感 器
1：100
1：1000
直接转矩控制 1：100
3HZ时150％ ±（2～3）
％
无
不可
3HZ时150％ ±0.03％
速度传感器 不可
1HZ时150％ ±0.2％
无 不可
0HZ时150％ ±0.2％
速度传感器 可
0HZ时150％ ±（0.1～0.5）
3
i
α
iβ
2 1
2
0 2
iA iB
（5-6）
2
iA iB
3 1
6
0 i
1
iβα
2
（5-7）
按照所采用的条件，电流变换阵也就是 电压变换阵，同时还可证明，它们也是磁 链的变换阵。
3. 两相—两相旋转变换（2s/2r变换）
从图5-2等效的交流电机绕组和直流电机绕 组物理模型的图 b 和图 c 中从两相静止坐标 系到两相旋转坐标系 d、q 变换称作两相—两 相旋转变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表示静 止，r 表示旋转。
式中
cos sin C2r/2s sin cos
（5-9）
是两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系 的变换阵。
对式（5-8）两边都左乘以变换阵的逆矩 阵，即得
iid q c so in s c s o is n 1 iiβ α c s o is n c so in s iiβ α
(5-10)
按转子磁链定向
现在d轴是沿着转子总磁链矢量的方向， 并称之为 M轴，而 q 轴再逆时针转90°， 即垂直于转子总磁链矢量，称之为 T轴。
这样的两相同步旋转坐标系就具体规定 为 M，T 坐标系，即按转子磁链定向的坐 标系。
表6-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较
性能与特点
直接转矩控制系统
矢量控制系统
磁链控制
定子磁链
转子磁链
转矩控制
砰-砰控制，有转矩脉动
连续控制，比较平滑
坐标变换
静止坐标变换，较简单 旋转坐标变换，较复杂
转子参数变化影响
无[注]
有
调速范围
不够宽
比较宽
• 通用变频器的结构
整流滤波单元
(1)整流单元 三相桥式不可控整流电路。 (2)逆变单元 由6个大功率开关管组成的三相桥式电路。 大功率开关多为IGBT模块。 (3)滤波环节 电阻与电解电容器。
• 异步电机的坐标变换结构图
A B C
iA iB iC
i 3/2 i
it VR im
等效直流 电机模型
异步电动机
图5-8 异步电动机的坐标变换结构图 3/2——三相/两相变换; VR——同步旋转变换;
——M轴与轴（A轴）的夹角
• 矢量控制系统原理结构图
~
给定
i*m
信号
控制器i*t
+
i* VR-1 i*
设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁 动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时
磁动势在 、 轴上的投影都应相等，
N 2 i α N 3 i A N 3 i B c6 o N 0 3 i s C c6 o N 0 3 s ( i A 1 2 i B 1 2 i C ) 3
N 2 iβ N 3 iB s6 in 0 N 3 iC s6 in 02N 3 (iB iC )
％
无
可
慢
慢
较快
快
快
表11-1 变频器控制方式的性能特点
特
优点
结构简单、调 节容易、可用 于通用笼型异 步电动机
结构简单、调 速精度高、可 用于通用笼型 异步电动机
不需要速度传 感器、力矩的 响应好、速度 控制范围广、 结构较简单
写成矩阵形式，得
i iβα
N3 N2
1 0
1 2 3
2
1223iiiACB
（5-1）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
考虑变换前后总功率不变，在此前提下， 可以证明匝数比应为
N3 2 N2 3
（5-2）
代入式（5-1），得
i
iβα
21 30
1 2 3
2
1223iiiACB
（5-3）
• 三相—两相坐标系的变换矩阵
i*A
2/3
i*B i*C
iA 电流控制 iB 变频器 iC
s
i
im
等效直流
3/2 iβ VR
电机模型
异步电动机 it
反馈信号
图5-9 矢量控制系统原理结构图
q
电枢绕组
A
ia
励磁绕组
F d
if
ic C
补偿绕组 图5-1 二极直流电机的物理模型
（1）交流电机绕组的等效物理模型
B iB
B
iC
C
C
F ωs
从上表可以看出，如果在现有的DTC系 统和VC系统之间取长补短，构成新的控制 系统，应该能够获得更为优越的控制性能， 这是一个很有意义的研究方向。
图5－2 变频器直接转矩控制系统框图
控制方式 比较项目
速度控制 范围
启动转矩 静态速度
精度 反馈装置 零速度运
行 控制响应
速度
表11-1 变频器控制方式的性能特点
iA A
图5-2a 三相交流绕组
（2）等效的两相交流电机绕组
ωs
F
i
i
图5-2b 两相交流绕组
（3）旋转的直流绕组与等效直流电机模型
F
q s
d
iq d
q
id
图5-2c 旋转的直流绕组
B
N3iB
60o 60o
N2iβ N2i
N3iA A
N3iC
C
图5-3 三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量
把两个坐标系画在一起，即得图5-4。
q
s
iβ
Fs
iq
iqcos d id
idsin
i iqsin
idcos
图5-4 两相静止和旋转坐标系与磁动势（电流）空间矢量
• 2s/2r变换公式
iαidcosiqsin iβidsiniqcos
• 两相旋转—两相静止坐标系的变换矩阵
写成矩阵形式，得
iiβ αc so in s csoisniid qC 2r/2siid q（5-8）
表6-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较
性能与特点
直接转矩控制系统
矢量控制系统
磁链控制
定子磁链
转子磁链
转矩控制
砰-砰控制，有转矩脉动
连续控制，比较平滑
坐标变换
静止坐标变换，较简单 旋转坐标变换，较复杂
转子参数变化影响
无[注]
有
调速范围
不够宽
比较宽
[注] 有时为了提高调速范围，在低速时改 用电流模型计算磁链，则转子参数变化对 DTC系统也有影响。
令 C3/2 表示从三相坐标系变换到两相坐标系的
变换矩阵，则
C3/ 2
2 1
3 0
1 2 3
2
1 2 3 2
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
3 2
（5-4）
（5-5）
如果三相绕组是Y形联结不带零线， 则有 iA + iB + iC = 0，或 iC = iA iB 。 代入式（5-4）和（5-5）并整理后得
U/F控制
开环
闭环
<1：40
<1：40
矢量控制
无速度传感器 带速度传感 器
1：100
1：1000
直接转矩控制 1：100
3HZ时150％ ±（2～3）
％
无
不可
3HZ时150％ ±0.03％
速度传感器 不可
1HZ时150％ ±0.2％
无 不可
0HZ时150％ ±0.2％
速度传感器 可
0HZ时150％ ±（0.1～0.5）
3
i
α
iβ
2 1
2
0 2
iA iB
（5-6）
2
iA iB
3 1
6
0 i
1
iβα
2
（5-7）
按照所采用的条件，电流变换阵也就是 电压变换阵，同时还可证明，它们也是磁 链的变换阵。
3. 两相—两相旋转变换（2s/2r变换）
从图5-2等效的交流电机绕组和直流电机绕 组物理模型的图 b 和图 c 中从两相静止坐标 系到两相旋转坐标系 d、q 变换称作两相—两 相旋转变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表示静 止，r 表示旋转。
式中
cos sin C2r/2s sin cos
（5-9）
是两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系 的变换阵。
对式（5-8）两边都左乘以变换阵的逆矩 阵，即得
iid q c so in s c s o is n 1 iiβ α c s o is n c so in s iiβ α
(5-10)
按转子磁链定向
现在d轴是沿着转子总磁链矢量的方向， 并称之为 M轴，而 q 轴再逆时针转90°， 即垂直于转子总磁链矢量，称之为 T轴。
这样的两相同步旋转坐标系就具体规定 为 M，T 坐标系，即按转子磁链定向的坐 标系。
表6-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较
性能与特点
直接转矩控制系统
矢量控制系统
磁链控制
定子磁链
转子磁链
转矩控制
砰-砰控制，有转矩脉动
连续控制，比较平滑
坐标变换
静止坐标变换，较简单 旋转坐标变换，较复杂
转子参数变化影响
无[注]
有
调速范围
不够宽
比较宽
• 通用变频器的结构
整流滤波单元
(1)整流单元 三相桥式不可控整流电路。 (2)逆变单元 由6个大功率开关管组成的三相桥式电路。 大功率开关多为IGBT模块。 (3)滤波环节 电阻与电解电容器。
• 异步电机的坐标变换结构图
A B C
iA iB iC
i 3/2 i
it VR im
等效直流 电机模型
异步电动机
图5-8 异步电动机的坐标变换结构图 3/2——三相/两相变换; VR——同步旋转变换;
——M轴与轴（A轴）的夹角
• 矢量控制系统原理结构图
~
给定
i*m
信号
控制器i*t
+
i* VR-1 i*
设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁 动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时
磁动势在 、 轴上的投影都应相等，
N 2 i α N 3 i A N 3 i B c6 o N 0 3 i s C c6 o N 0 3 s ( i A 1 2 i B 1 2 i C ) 3
N 2 iβ N 3 iB s6 in 0 N 3 iC s6 in 02N 3 (iB iC )
％
无
可
慢
慢
较快
快
快
表11-1 变频器控制方式的性能特点
特
优点
结构简单、调 节容易、可用 于通用笼型异 步电动机
结构简单、调 速精度高、可 用于通用笼型 异步电动机
不需要速度传 感器、力矩的 响应好、速度 控制范围广、 结构较简单
写成矩阵形式，得
i iβα
N3 N2
1 0
1 2 3
2
1223iiiACB
（5-1）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
考虑变换前后总功率不变，在此前提下， 可以证明匝数比应为
N3 2 N2 3
（5-2）
代入式（5-1），得
i
iβα
21 30
1 2 3
2
1223iiiACB
（5-3）
• 三相—两相坐标系的变换矩阵
i*A
2/3
i*B i*C
iA 电流控制 iB 变频器 iC
s
i
im
等效直流
3/2 iβ VR
电机模型
异步电动机 it
反馈信号
图5-9 矢量控制系统原理结构图
q
电枢绕组
A
ia
励磁绕组
F d
if
ic C
补偿绕组 图5-1 二极直流电机的物理模型
（1）交流电机绕组的等效物理模型
B iB
B
iC
C
C
F ωs
从上表可以看出，如果在现有的DTC系 统和VC系统之间取长补短，构成新的控制 系统，应该能够获得更为优越的控制性能， 这是一个很有意义的研究方向。
图5－2 变频器直接转矩控制系统框图
控制方式 比较项目
速度控制 范围
启动转矩 静态速度
精度 反馈装置 零速度运
行 控制响应
速度
表11-1 变频器控制方式的性能特点