异步电动机的直接转矩控制系统
三相异步电机直接转矩控制系统(DTC)仿真
1设计总体思路1.1主电路的设计直接转矩控制系统简称DTC (Di rect torque controI) 系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。
在他的转速环里面，利用转矩反馈直接控制电动机的电磁转矩，因而得名。
直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差△/的正负符号和电磁转矩偏差口的正负符号，再根据当前定子磁链的矢量必所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。
系统主电路如图1.1所示，由三相不控桥、交流母线、三相逆变器和异步电机组成，2812DSP的脉冲信号控制全控器件的导通。
图l.i系统主电路图1.2基本原理直接转矩控制系统的原理结构如图1・2示，途中的APR 和ATR 分别为定子磁链调 节器和转矩调节器，两者均采用带有滞环的双位式控制器，他们的输出分别为定子磁链 幅值偏差△匕的符号函数sgn(^)和电磁转矩偏差7；的符号函数sgn(AT r ),如图1.2所示。
图中，定子磁链给定応与实际转速。
有关，在额定转速以下，保持恒定，在额定转 速以上，応随着。
的增加而减小。
P/N 为给定转矩极性鉴别器，当渴望的电磁转矩为正 时，P/N=l,当渴望的电磁转矩为负时，P/N=O,对于不同的电磁转矩期望值，同样符号 函数sgn(A7；.)的控制效果是不同的。
图1.2制系统原理结构图 - 1 ,sgn(A7； )sgn( △/)图1.2带有滞环的双位式控制器 当渴望的电磁转矩为正，即P /N =I 时，若电磁转矩偏差AT=r ；-r>o,其符号函数co— PW M 控Sgn(A^v ) ------------------------ sgn«) sgn(A7；) ATRI ---------- B . A^RP/N ASR 转矩计算 电压 矢量 选择 3/2变换vrrsgn(A7；)=l,应使定子磁场正向旋转，使实际转矩7；加大：若电磁转矩偏差厶T. = T ；-T e < 0, sgn(A7；.)=0,一般采用定子磁场停止转动，使电磁转矩减小。
浅析异步电动机直接转矩控制系统
- 79 -工 业 技 术０ 前言基于交流调速具有显著的优越性，以电力电子器件及计算机技术的不断发展为支撑，20世纪90年代以来，异步电动机变频调速技术得到了快速发展。
目前广泛研究应用的调速技术有恒压频比控制方式、矢量控制、直接转矩控制等。
相比于其他变频调速技术，直接转矩控制具有系统结构简单、动态性能更好、鲁棒性强等优势。
该文就异步电动机的直流转矩控制做了简要分析。
１ 直接转矩控制技术的应用背景及发展现状直接转矩控制技术是20世纪80年代中期诞生的，美国学者A．B．Plunkett 1977年在IEEE 杂志上首次提出，德国鲁尔大学的德彭伯罗克教授于1985年第一次进行实际应用。
该技术的提出较大程度地解决了矢量控制等技术存在的问题，如计算量较大、控制系统结构复杂等。
但是传统的直接转矩控制也存在低速范围内转矩脉动大等缺陷，随着技术的发展，新型直接转矩控制技术不断出现，传统技术存在的问题得以不断改善。
当前，日、美、德等国家都致力于该技术的开发，其趋势不断向最优的全数字化发展。
如直接转矩控制中引入DSP 芯片，加强了数据处理的实时性、快速性以及数字控制功能，实现了数据监视、诊断和保护等。
再如，将现代控制理论的多种控制策略如非线性控制、模糊控制、神经网络控制等应用到直接转矩控制中，弥补其固有的一些缺陷，提高系统的动态和鲁棒性能等。
目前，主要的新型直接转矩控制技术有3种。
1）直接转矩无差拍控制。
该技术是一种离散化的直接转矩控制系统。
依据异步电动机的数学模型，得出转矩偏差与电动机各物理量间的数学关系，可消除定子磁链模值以及电磁转矩动、静态误差。
从技术上，该系统逆变器的开关频率得以提高并保持稳定，无滞环比较器，电压谐波减少，电机的低速性能提高，缺点是该技术依赖电机参数，计算量较大，算法实现难度高[1]。
2）直接解耦控制（DDC）。
有2种方法，一种含有PI 调节器即PI-DDC，该法消除转矩脉动能力强，动、静态特性较好，纵使转速极低（5rad/sec），转矩脉动也很小，主要问题是计算量比较大，因为该法需同时估计定子磁链和转子磁链；另一种就是预测直接解耦控制即P-DDC。
异步电机的直接转矩控制
通过磁通减弱速度的操作来研究对异步电机直接转矩控制概要-对于异步电机直接转矩控制，弱磁运行时需要当电机的运动速度超过额定速度。
确定弱磁运行点的关键是速度的控制。
在本文中，定子磁链的定义是通过最大平均同步速度来直接控制算法以及计算公式。
在此基础上，通过torque-slip定子磁场来定向控制模型的建立。
弱磁运行区域可通过2个必要条件，最大平均同步转速和扭矩必须分别超过额定转速和阻尼力矩（阻尼转矩和负载转矩时加载），并且弱磁运行点是根据定子铁芯确定的。
功率和电流的公式，分别给出了弱磁通过运行点来检查安全领域的。
实验结果证明了文中方法的正确性和有效性来确定弱磁的。
关键词—直接转矩控制，弱磁，感应电机。
一、简介直接转矩控制（直接转矩控制）已发展为一个新的技术的交流驱动器[ 1]-[ 2]。
今天，直接转矩控制和风险投资（向量控制）已成为最常用的方法在交流传动控制领域[ 3]-[ 7]。
与传统的磁场定向控制技术，直接转矩控制算法不需要坐标变换和脉宽调制调节器，从而使控制策略与结构变得简单。
在直接转矩控制提出和发展后[ 8]，该算法也被发扬光大在永磁同步电机[9]和[13 - 17]无刷直流电机控制领域。
电机在弱磁区的运作所需的许多应用中，[ 18 ]提出了最大转矩电流控制比方案，并在[ 19]永磁同步电机直接转矩控制，弱磁运行中进行分析。
对于无刷直流电机弱磁的运行，[ 20]和[ 21]已经作出的假设磁场分别是班轮和正弦。
[ 22]用谐波分析方法，它采用d - q 模型分析了基波和谐波。
在本文中，定子磁链最大平均同步速度被定义，然后给出的估算公式之间的关系和对定子磁链给定最大平均同步转速和定子磁链振幅的分析，因此第一个必要条件异步电机磁通减弱的速度也就是定子磁链在弱磁点最大平均同步速度必须大于电机运行速度。
然后torque-slip异步电机模型推导出最大平均同步速度，其中第二个必要条件，异步电动机的磁通减弱操作速度被获得，最大平均同步速度在弱磁点的扭矩必须大于阻尼力矩（当加载时的阻尼转矩和负载转矩）对于被两个必要条件和最佳的弱磁运行点获得的弱磁区的定子铁芯做出的利用分析。
异步电机的直接转矩控制
异步电机的直接转矩控制异步电机通过直接转矩控制，有效结语了适量变化模式对应的坐标变换及计算和为解耦，使得异步电动机数学模型得以进一步简化。
因此，其主要具有系统转矩响应速度快、控制信号处理概念明确以及控制简单等优势。
作为一种具备动态、高静功能的交流调速控制模式，电机对应转矩具体大小和定、转子磁链的幅值和它们的火角的乘积表现为正相关的联系。
现实使用过程中，额定值指的是保障定子磁链幅值，使得电动机铁芯能够得以充分利用，负债则直接决定转子磁链的幅值。
所以，通过控制定、转子磁链，就能够实现针对电机转矩实施控制的目标。
转矩要想得以改变，则需要通过针对磁链角实施控制来达成，而磁链角的变化需要电压矢量控制来达成，工作电壓矢量可以促进定子磁链走，而零电压则可以促使定子磁链停，通过针对电压矢量实施控制，能够促使定子磁链实现走走停停的目标。
标签：异步电机；直接转矩；控制4 仿真结果从图1中可以看出：圆形磁链控制的磁链增加的很快，自我调节性能很好，磁链一直在被限定的范围内。
起动时，转矩以平滑的曲线迅速上升，符合快速起动的要求；与六边形磁链控制相比，转矩上升的速度更加的迅速，因而起动性能比六边形优越。
5 结论（1）直接转矩控制系统本身的性能通常不会受到电机参数造成的干扰。
处在超低频状态下，定子电阻中的电压则会干扰整个系统，所以必须要进行准确的判断，并进行精准的补偿。
（2）直接转矩控制系统形成PWM。
脉冲是以产生圆形气隙磁场为主要目标，使得电机的谐波损耗、温升、转矩波动和噪声降低。
但是，根据开关频率和微机运行速度选择开关状态需要很大技巧。
所以最佳开关策的研究是需要探讨的问题。
（3）方便数字化、结构简单以及容易实现属于直接转矩控制系统的主要优势。
所以，达成数字化的目标具有重要的现实意义。
当前索要解决的关键问题在于实时性，寻找折中的方案就成为社会各界共同关注的焦点。
参考文献：[1]陈时伯，电力拖动自动控制系统[M].机械工业出版社，2003.[2]袁登科，徐国卿，胡波，项安.直接转矩控制交流调速系统转速调节器的设计研究[R].[3]史乃.电机学[M].机械工业出版社，2001.[4]王兆安.电力电子技术[M].机械工业出版社，2009.[5]Caominh T，Hori Y.Convergence improvement of efficiency optimization control of induction motor drives.IEEE Transactions on Industry Applications，2001，37（06）：1746-1753.作者简介：郭瑜（1976-），女，山西榆次人，本科，工程师，从事机电设备维修工作。
第三十八讲%20异步电动机直接转矩控制
✓“+”：定子磁链矢量正向 旋转，转差率增大，电磁转 矩加大；
✓“-”：定子磁链矢量反向
旋转，产生制动转矩； ✓“0”：定子磁链矢量停在 原地，转差率为负，电磁转 矩减小 。
定子电压的控制作用
2.直接转矩控制系统
➢ 直接转矩控制系统原理结构图
直接转矩控制系统
Control)系统，是继矢量控制系统之后发展起 来的另一种高动态性能的交流电动机变压变 频调速系统。 ➢ 在转速环内，利用转矩反馈直接控制电动机 的电磁转矩，因而得名。
直接转矩控制
➢ 直接转矩控制利用转矩偏差和定子磁链 幅值偏差的符号，根据当前定子磁链矢 量所在的位置，直接选取合适的定子电 压矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电 磁转矩的偏差，实施电磁转矩和定子磁 链的控制。
✓ 选择定子磁链作为被控量，计算磁链的模型 可以不受转子参数变化的影响，提高了控制 系统的鲁棒性。
直接转矩控制系统的特点
➢ 直接转矩控制系统的特点：
✓ 采用了直接转矩控制，在加减速或负载变化 的动态过程中，可以获得快速的转矩响应， 但必须注意限制过大的冲击电流，以免损坏 功率开关器件，因此实际的转矩响应也是有 限的。
✓ 电磁转矩偏差ΔTe<0，Sgn（ΔTe）=0， 采用定子磁场停止转动，使电磁转矩减小 。
直接转矩控制系统
➢ 当期望的电磁转矩为负时，P/N=0
✓ 电磁转矩偏差ΔTe<0，Sgn（ΔTe）=0 ，应使定子磁场反向旋转，使实际转矩 反向增大。
✓ 电磁转矩偏差ΔTe>0，Sgn（ΔTe）=1 ，采用定子磁场停止转动，使反向电磁 转矩减小。
➢ AΨR和ATR分别为定子磁链调节器和转矩调 节器，两者均采用带有滞环的双位式控制器。
异步电机直接转矩控制系统研究开题报告
异步电机直接转矩控制系统研究开题报告开题报告一、选题背景及意义异步电机是一种常用的电动机类型，具有体积小、重量轻、可靠性高等优点，广泛应用于工业生产中。
在传统的异步电机控制系统中，通常采用矢量控制或者传统的感应电机转矩控制方法。
然而，这些方法存在一些问题，如控制精度不高、系统响应时间长等。
为了解决这些问题，越来越多的研究者倾向于使用直接转矩控制（DTC）方法来控制异步电机。
直接转矩控制是一种开环控制方法，通过检测电机内部变量来实时调整控制策略，从而实现对电机转矩的直接控制。
相比传统的闭环控制方法，直接转矩控制具有响应快、控制精度高等优点。
因此，研究异步电机直接转矩控制系统具有重要的理论和实际意义。
二、研究目标及内容本次研究的目标是设计和实现一种高性能的异步电机直接转矩控制系统。
具体而言，研究内容包括以下几个方面：1.异步电机的数学模型建立：通过对异步电机的电磁特性进行分析，建立电机各个变量之间的数学关系。
2.直接转矩控制策略的设计：基于数学模型，设计一种适用于异步电机的直接转矩控制策略，使得控制系统能够实现对电机转矩的直接控制。
3.控制系统的硬件实现：搭建实验平台，选择合适的控制器和传感器，并进行硬件的连接与配置，实现控制系统的硬件部分。
4.控制系统的软件实现：通过编程语言，编写控制系统的软件程序，实现控制策略的实时调整和电机转矩的控制。
5.控制系统的性能评估与优化：通过实验测试，对控制系统进行性能评估，分析其控制精度、响应时间等指标，并对系统进行优化。
三、研究方法与技术路线本次研究将采用实验研究的方法，具体分为以下几个步骤：1.理论研究和调研：对异步电机直接转矩控制系统的相关理论进行研究，了解目前的研究现状和存在的问题。
2.数学模型的建立：通过分析异步电机的电磁特性，建立电机各个变量之间的数学关系，得到电机的数学模型。
3.控制策略的设计：基于数学模型，设计一种适用于异步电机的直接转矩控制策略，并进行仿真验证。
异步电机直接转矩控制
05
仿真与实验验证
仿真模型建立与参数设置
电机模型
选择合适的异步电机模型，如感 应电机模型，并设置电机参数， 如定子电阻、转子电阻、互感等 。
控制器模型
设计直接转矩控制器模型，包括 转矩和磁链观测器、开关表、滞 环比较器等部分，并设置相应的 参数。
开关表选择
根据电机的运行状态和误差信号，选择合适的开关表，实现对电机 的高效控制。
现代直接转矩控制策略
空间矢量调制技术
通过空间矢量调制技术，实现对 电机转矩和磁链的连续控制，提
高电机的运行性能。
无差拍控制
采用无差拍控制技术，实现对电 机转矩的快速响应和无超调控制
，提高系统的动态性能。
预测控制
基于电机的数学模型和实时运行 状态，采用预测控制技术对电机 的未来行为进行预测和控制，提
异步电机直接转矩控制
汇报人：XX
目录
• 引言 • 异步电机数学模型与特性分析 • 直接转矩控制策略与方法 • 异步电机直接转矩控制系统设计 • 仿真与实验验证 • 总结与展望
01
引言
异步电机概述
异步电机的基本结构
异步电机的分类
包括定子、转子、端盖、轴承等部分 ，其中定子和转子是电机的核心部分 。
性。
负载特性
研究异步电机在不同负载下的电压 、电流、功率因数和转速等特性变 化。
调速特性
探讨异步电机在不同转速下的电压 、电流、功率因数和转矩等特性变 化。
异步电机运行状态与转矩关系
电动状态
01
异步电机作为电动机运行时，电磁转矩与转速方向相同，驱动
负载转动。
异步电机直接转矩控制系统研究_.
第四章异步电机直接转矩驱动系统硬件设计4.1 驱动系统概述4.1.1驱动系统设计的技术指标驱动板的功率容量设计为1KW,输入交流单相220V,输入电压范围AC110V~280V,电流最大值4A,输出三相交流的最大工作频率为20KHz。
4.1.2 驱动系统的基本结构整个驱动系统做在一块PCB上,主要包括功率变换主电路、检测电路、硬件保护电路、辅助电源系统这四个部分,提供的输入接线口有:两相交流输入、电机编码器信号输入和PWM控制信号输入三个,输出接线口有:驱动电机的U、V、W三相、ADC采集输出和隔离后的电机编码器信号输出三个。
结构如下图4.1所示。
图4.1 驱动电路板结构4.2 功率变换主电路功率变换主电路的功能就是为交流电机的运行提供能量,我们采用交流-直流-交流的变换方式,即先将两相输入市电220V经整流滤波成260V左右的直流,再将该直流按要求逆变成交流输送给电机,驱动其运转[24]。
1 整流部分[35]整流采用集成的整流芯片,IR公司的KBJ2510,两相扁桥。
其主要电气参数如下表表4.1 KBJ2510最大额定值 V RRM (V V RMS (VV DC (V I F (A 1000 700 1000 25其中V RRM ------反向重复峰值电压; V RMS ------均方输入电压;V DC --------最大直流阻断电压;I F ----------最大正向平均整流电流;为了抑制共模干扰,在整流桥输入端加入一对电磁线圈和一个CBB 电容,同时为了防止短路而损坏系统,此处选用自恢复保险丝与传统的熔断保险丝串联使用。
2 滤波部分[35]对于整流后的滤波电路,此处采用LC 滤波电路,滤波电容的大小由以下公式确定:L r pp I C f V ≥ (4-1其中:C -------所需滤波电容大小;I L -------总的负载电流; Fr -------整流波形的频率; V PP ------输出波纹电压的峰-峰值;计算时取输出直流母线电源的波纹率为7%,则V PP =(264~308×7%=(18.5~21.6V ,取V PP =20V ,电流取3A ,那么可计算出滤波电容大小为:347725020C π≥=××µF ,实际电路中取C =660µF ,采用两个330µF 并联的接法,耐电压值450V 。
课程设计异步电机直接转矩控制
异步电机直接转矩控制技术研究课程设计摘要随着微电子技术、电力电子技术、计算机控制技术的进步，交流电动机调速技术发展到现在，有了长足的进步。
异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成，为非线性，所以控制起来极为不便。
20世纪70年代出现的矢量控制技术和80年代出现的直接转矩控制技术，使交流电动机调速系统的性能可以与直流电动机调速系统的性能相媲美。
而交流电动机尤其是鼠笼异步电动机由于其自身结构和运行特性的优点，使得交流电动机调速系统的优势强于直流电动机调速系统。
在交流电动机控制技术中调压调频控制、矢量控制以及直接转矩控制（Direct Torque Control简称DTC）具有代表性。
其中应用直接转矩控制技术是一种高性能的控制调速技术，直接转矩控制对交流传动来说是一种最优的电动机控制技术，它可以对所有交流电动机的核心变量进行直接控制。
本文在理解了直接转矩控制原理的基础上，在MATLAB中进行了仿真，得到了较为理想的结果。
关键字：异步电动机、MATLAB仿真、直接转矩控制、电压矢量目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2直接转矩控制技术的发展现状 (1)1.2.1直接转矩控制的现状及发展趋势 (1)1.2.2目前的热点研究问题及解决方法 (2)1.3本文研究的主要内容 (3)第2章直接转矩控制系统理论 (4)2.1概述 (4)2.2 异步电动机的数学模型 (4)2.3 逆变器的数学模型与电压空间矢量 (6)2.4直接转矩控制系统的组成 (8)2.5 磁链调节 (10)2.6 转矩调节 (10)2.7 空间电压矢量对定子磁链和转矩的影响 (11)2.7.1 空间电压矢量对定子磁链的影响 (11)2.7.2空间电压矢量对电磁转矩的影响 (13)第3章直接转矩控制系统的MATLAB仿真 (15)3.1异步电机及PWM控制模块仿真 (15)3.2三相-两相变换（3/2变换） (16)3.3转速调节器（ASR） (17)3.4定子磁链的计算和转矩计算模块 (18)3.5空间电压矢量的选择模块 (18)第4章仿真结果及分析 (20)致谢 (22)参考文献 (23)第1章绪论1.1课题研究背景自从电气化时代开始以来，电动机就成为重要的动力来源。
异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB仿真
异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的不断发展，异步电动机直接转矩控制系统（Direct Torque Control, DTC）已成为电动机控制领域的重要研究方向。
该控制系统以其快速响应、高鲁棒性和简单的结构特性，在电力驱动、工业自动化、新能源汽车等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在通过MATLAB仿真平台，对异步电动机直接转矩控制系统进行深入研究和探讨。
本文将首先介绍异步电动机直接转矩控制的基本原理和主要特点，包括其与传统矢量控制方法的区别和优势。
随后，将详细阐述异步电动机的数学模型，以及DTC系统中转矩和磁链的控制策略。
在此基础上，利用MATLAB/Simulink仿真软件，构建异步电动机DTC系统的仿真模型，并对仿真模型中的关键参数和模块进行详细设计。
本文的重点在于通过仿真实验，分析异步电动机DTC系统的动态性能和稳态性能，探讨不同控制参数对系统性能的影响。
将针对仿真结果中出现的问题和不足，提出相应的改进措施和优化策略，以提高DTC系统的控制精度和稳定性。
本文将对异步电动机直接转矩控制系统的未来发展趋势和应用前景进行展望，为相关领域的研究人员和工程师提供参考和借鉴。
二、异步电动机直接转矩控制系统理论基础异步电动机直接转矩控制系统（Direct Torque Control, DTC）是一种高效的电机控制策略，旨在直接控制电机的转矩和磁链，从而实现快速动态响应和优良的控制性能。
与传统的矢量控制相比，DTC具有算法简单、易于数字化实现、对电机参数变化不敏感等优点。
异步电动机DTC系统的理论基础主要建立在电机转矩和磁链的直接控制上。
在DTC中，通过检测电机的定子电压和电流，利用空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）或滞环比较器（Hysteresis Comparator）等控制手段，直接计算出所需的电压矢量，以实现对转矩和磁链的快速调节。
8第八讲异步电动机的直接转矩控制系统-吴学智
2εΨ
s* s
定子磁链的控制
圆形轨迹控制原理
从A点到B点的路径有无 数条。
从A点出发沿顺时针方向 前进的矢量可以选择V4、 V2、V6
从保证电压矢量控制效果 考虑选择V2、V6
要有效地控制磁链轨迹，必须解决三个问题： 选择电压矢量；确定各电压矢量的作用时间；确定各电 压矢量的作用次序。
运动轨迹的关系
定子磁链的控制
电压型逆变器的输出电压矢量
三相电压型逆变器输出的8种 电压空间矢量。
6个有效矢量，2个零矢量；
改变逆变器输出状态可改变
U 3 (010)
输出电压矢量。
U 4 (011)
U 5 (001)
b
U 2 (110)
U 1 (100)
U0 (000)
a
U 7 (111)
直接转矩控制采用空间矢量的分析方法，直接在定 子坐标系下计算控制交流电机的转矩，采用定子磁 场定向，借助了离散两点式调节(Bang-Bang控制)产生 PWM信号，直接对逆变器开关状态进行最优控制， 以获得转矩的高动态性能。
直接转矩控制系统的原理
空间电压矢量 如果三相交流电压是正弦波，相电压为：
U s
U C0 c
直接转矩控制系统的原理
逆变器供电的空间电压矢量
三相电压型逆变器，有 六个功率开关，有8种可 能的开关组合。
规定a、b、c三相负载的 某一相与直流母线正极 接通时，该相开关状态 为“ 1 ”态，反之，与 负极接通时为“ 0 ”态， 则八种开关模式得出的 八种电压空间矢量
sa sb sc
电动机的定子磁链和转子磁链： 电流模型法计算 定子磁链，精度不受转速降低的影响，
异步电动机直接转矩控制系统方案设计
异步电动机直接转矩控制系统方案设计摘要：针对直接转矩控制系统的基本原理进行了分析，给出了直接转矩控制系统的基本组成和控制方案，并利用MATLLAB建立了相应的仿真模型。
在此基础上，采用六边形和在圆形磁链轨迹控制的方法，分别建立了相应的仿真模型，并进行了仿真研究。
关键词：直接转矩控制；异步电动机；仿真1直接转矩控制系统的总体设计1.1设计思想在一些交流传动应用场合，要求实现快速的转矩控制，显然直接转矩控制非常适合这一类控制系统的应用。
即使在转速是重要控制目标的场合，转矩控制也仍然显得非常重要，因为只有转矩才能影响转速。
如果转矩控制性能好，则不难设计一速度调节器使速度环有良好的品质[1]。
反之，若转矩控制性能不好，响应慢，相应的调速性能也好不了。
因此调速的关键在于转矩控制。
除了使系统具有较高的转矩动态性能外，还应使生产出来的设备经济、实用。
本设计系统的基本思想是：（1）具备高可靠性。
由于系统要用于现场，和经济效益直接联系，系统如果运行不可靠，将会对用户造成很大的经济损失。
（2）满足实时性。
在很多场合，感应电动机在运行过程中，希望在转矩或磁链等发生变化时能够及时对其进行调节，这就要求对感应电动机进行闭环控制。
并且设计是控制系统对各种数据的检测及运算进行实时处理，同时给电动机提供相应的控制信号[2]，以满足实时性的要求。
（3）获得转矩的高动态性能。
感应电动机转矩的动态响应效率直接影响着直接转矩控制系统的应用范围，因此开发高动态响应的直接转矩控制系统，使其应用范围更广是有重大意义的。
（4）尽可能减少逆变器的开关频率，减小定子电流、电磁转矩的脉动、逆变器的开关器件的开关频率都有一个上限，在符合开关频率上限的前提下，通过优化空间电压矢量的方法来减少逆变器的开关频率并提高磁链和转矩的控制精度，从而减小定子电流、电磁转矩的脉动以减少电力公害。
1.2直接转矩控制系统的总体结构在立足于直接转矩控制规律的基础上，根据感应电动机的调速要求和调速发展的趋势，设计了一套具有高动态性能的直接转矩控制系统。
何银辉-异步电动机直接转矩控制系统仿真研究
北京交通大学硕士学位论文异步电动机直接转矩控制系统仿真研究姓名：何映辉申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：李平康20050301托京交通大学硕士学位论文摘要直接转矩控制（ＤｉｒｅｃｔＴｏｒｑｕｅＣｏｎｔｒｏｌ，简称ＤＴＣ）技术是２０世纪８０年代中期发展起来的交流变频调速技术新型控制策略。
它以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静动态性能得到各国科研工作者的广泛关注和研究。
目前，直接转矩控制技术在国外已成功地应用于大功率交流传动领域。
本文所做的对异步电动机直接转矩控制系统的仿真研究，是国防基金项目“电涡流测功机的智能ＰＩＤ控制”中的一部分。
为了对被测试件进行各种加载性能试验，拖动被测试件的异步电动机必须随时快速、稳定地改变转速及转矩。
采用直接转矩控制技术对此主动机进行控制，能很好地满足整个电涡流测功机系统对驱动性能的要求。
具体工作可归纳为以下几方面：１）介绍直接转矩控制技术及其在电涡流测功机智能ＰＩＤ控制系统中的应用：２）剖析传统直接转矩控制系统的构造，建立异步电动机直接转矩控制系统仿真模型，进行仿真试验，分析传统直接转矩控制系统的性能优劣，发现其主要缺点是产生较大的转矩脉动：３）研究ＤＴＣ产生较大转矩脉动的原因和目前的解决措施，设计一种新型控制策略，对新策略进行仿真试验的结果表明此方法能明显减小转矩脉动：４）采用ＶＣ＋＋编制程序，控制ＰＣＬ８３６多功能板卡输出频率可调的ＰＷＭ脉冲，为新的ＤＴＣ控制策略的应用打下基础。
关键词：直接转矩控制，变频调速，Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真北京变通人学碳ｌ：学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＤＴＣｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓａｌｌｅＷｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｅｍｐｌｏｙｅｄｉｎｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｂｙｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｆ１９８０ｓ．Ｗｉｔｈｉｔｓｎｏｖｄｄｅｓｉｇｎ，ｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｉｔｈａｓａｌｒｅａｄｙｗｏｎｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｒｏｍｍａｎｙｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓａｌｌｏｖｅｒｔｈｅｗｏｒｌｄ．Ｓｏｆａｒ，ＤＴＣｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｓｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｐｏｗｅｒｆｕｌｄｒｉｖｉｎｇｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｔｒａｃｔｉｏｎａｂｒｏａｄ．Ｔｈｅｗｏｒｋｏｆｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｓａｐａｒｔｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ：ｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｏｒｔｅｘＥｒｇｏｇｒａｐｈ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｔｅｓｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｏｂｊｅｃｔｔｏｂｅｔｅｓｔｅｄ，ｔｈｅｓｐｅｅｄａｎｄｔｈｅｔｏｒｑｕｅｏｆｔｈｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｆｏｒｄｒａｇｇｉｎｇｓｈｏｕｌｄｖａｒｉａｂｌｅｒａｐｉｄｌｙａｎｄｐｒｏｍｐｔｌｙ．ＤＴＣｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅｆｉｔｆｏｒｔｈｉｓｐｌａｎｔ．Ｔｈｅｗｏｒｋｃａｎｂｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ：１）ＴｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＤＴＣｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｏｒｔｅｘＥｒｇｏｇｒａｐｈ；２）ＴｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＤＴＣｓｙｓｔｅｍａｎｄｍａｋｅｍｏｄｅｌｏｎＤＴＣｓｙｓｔｅｍｏｆａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｓｈｏｒｔａｇｅｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｓｌａｒｇｅｔｏｒｑｕｅｗａｖｅｆｏｒｍ；３）ＴｏｓｅｔｆｏｒｔｈｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｕｓｅｓｌｅａｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙｌａｒｇｅｔｏｒｑｕｅｗａｖｅｆｏＩＴｎａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｓｗｅｌｌ．Ｔｏｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎｄｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｅｓ；４）ＴｏｆｕｌｆｉｌｌｔｈｅＰＷＭｐｏｗｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｗｉｔｈａｄｊｕｓｔａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂｙａｐｐｌｙｉｎｇＰＣＬ８３６ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎｂｏａｒｄｗｉｔｈＶＣ＋＋ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｃｏｎｔｒ０１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤｉｒｅｃｔＴｏｒｑｕｅＣｏｎｔｒｏｌＣＤＴＣ），ＳｐｅｅｄＣｏｎｔｒｏｌｂｙＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ，Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ垄塞窒望查兰堡±兰鱼堡苎ｆ塑二量！！！！一第一章绪论１．１课题的目的及意义在工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活巾广泛地应用着电机传动。
第8讲 异步电动机的直接转矩控制系统
4
ω *r
T*e ωr
2、直接转矩控 制系统的原理
Ψ *s Ψs
Te
和VC系统一样，直接转矩控制控制系统分别控制异步电动 机的转矩(转速)和磁链，转速调节器ASR的输出作为电磁转矩 的给定信号T*e，在T*e后面设置转矩控制环，它可以抑制磁链 变化对转速的影响，从而使转速和磁链系统近似解耦。因此， 从总体控制结构上看，直接转矩控制系统(DTC)和矢量控制系 5 统(VC)是一致的，都能获得较高的静、动态性能。
3
鉴于电气机车等具有大惯量负载的运动系统在起、制动时 需要快速瞬态转矩响应，1985年德国鲁尔大学的Depenbrock 教授研制了直接自控制系统(DSR)，并提出了直接转矩控制理 论，该理论采用转矩模型和电压型磁链模型，以及电压空间 矢量控制PWM逆变器，实现转速和磁链的砰－砰控制(BangBang Control) 。这在很大程度上解决了矢量控制中计算控 制复杂、特性易受电动机参数影响的问题。
a
U 5 ( 001)
U 6 (101) 14
图8-1 电压空间矢量
二、电压空间矢量对定子磁链和转矩的控制作用
1、定子磁链与定子电压的关系 d s u s Rs is (8 12) dt d s 忽略定子电阻的影响： s u (8 13) dt s u s t (8 14) 通过改变定子电压矢量的大小、方向及所作用的时间就 能对定子磁链矢量进行调节。
8
综前所述，直接转矩控制，采用电压空间矢量的分析方法， 直接在定子坐标系下计算控制交流电机的转矩，采用定子磁 场定向，借助了离散滞环调节(Bang-Bang控制)产生PWM信号， 直接对逆变器开关状态进行最优控制，以获得转矩的高动态 性能。
第八章 异步电机直接转矩控制系统
第八章异步电机直接转矩控制系统主讲人：宋文胜讲师，博士Email: songwsh@西南交通大学电气工程学院列车控制与牵引传动研究室《电力牵引交流传动控制系统 8.1 直接转矩控制基本原理8.2 直接转矩控制系统的实现8.3 直接转矩控制在电力牵引中的应用低速时圆形磁链轨迹控制高速时六边形磁链轨迹控制弱磁升速恒功率控制8.4 矢量控制与直接转矩控制的比较主要内容3《电力牵引交流传动控制系统》8.1 直接转矩控制基本原理8.1 直接转矩控制基本原理 基本思想直接转矩控制系统简称DTC ( Direct Torque Control) 系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。
在它的转速环里面，利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因而得名。
《电力牵引交流传动控制系统直接转矩控制技术简介直接转矩控制是继矢量控制之后，1985年由德国鲁尔大学M.Depenbrock 和日本的I.Takahashi 教授分别提出的直接自控制(Direct Self Control)和直接转矩控制（Direct Torque Control ）发展而来的一项新型的交流电机控制技术,其中前者的方法是基于六边形磁链轨迹进行控制的，主要应用了大功率调速系统；后者的方法是基于圆形磁链轨迹来进行控制的，主要用中小功率的场合。
在直接转矩控制中不需要对转矩和磁链进行解耦，因此没有复杂的坐标变换；其以磁链和转矩为控制对象，因此可以获得很好的动态性能。
5《电力牵引交流传动控制系统》电磁转矩控制原理电机转矩：电磁转矩决定于定子磁链矢量和转子磁链矢量的矢量积，即决定于两者幅值和其间的空间电角度s m s rs r s L i L L L ψψ=−′′K K K ''33sin 22m m p r s p s r srr s r sL L T n n L L L L ψψψψδ=×=K K K K e 32p s sT n i ψ=×K K rms sL L L L 2−=′《电力牵引交流传动控制系统8.2 传统直接转矩控制原理8.2 传统直接转矩控制原理33()sin 22m m e ps r p s r sr s r s rL L T n j n L L L L ψψψψδδδ=•=K KK K7《电力牵引交流传动控制系统》8.2 直接转矩控制系统实现8.2 直接转矩控制系统实现 系统组成图8-1 按定子磁链控制的直接转矩控制系统《电力牵引交流传动控制系统1、结构特点1、结构特点 转速双闭环：z ASR 的输出作为电磁转矩的给定信号；z 设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对转速子系统的影响，从而使转速和磁链子系统实现了近似的解耦。
异步电动机直接转矩控制系统仿真
异步电动机直接转矩控制系统仿真Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998现代电力传动及其自动化 —课程作业异步电动机直接转矩控制系统仿真1、直接转矩控制系统的基本思想直接转矩控制系统简称 DTC ( Direct Torque Control) 系统，在它的转速环里面，利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因而得名。
直接转矩控制是标量控制。
它借助于逆变器提供的电压空间矢量，直接对异步电动机的转矩和定子磁链进行二位控制，也称为砰-砰（bang-bang ）控制。
三相异步电动机电磁转矩表达式为:)(sin m t K r s θψψ=r s ψψ、分别为定子、转子磁链的模值，)(t θ为定子、转子磁链之间的夹角，称为磁通角。
对式（）分析，电磁转矩决定于定子磁链和转子磁链的矢量积，即决定于两种幅值和其间的空间电角度。
若r s ψψ、 是常数,改变转矩角可改变转矩。
而且Ψr 的变化总是滞后于Ψs 的变化。
但是在动态过程中，由于控制的响应时间比转子的时间常数小得多，在短暂的过程中，就可以认为Ψr 不变。
可见只要通过控制保持Ψs 的幅值不变，就可以通过调节转矩角来改变和控制电磁转矩，这是直接转矩控制的基本原理。
图直接转矩控制系统原理图在定子两相静止坐标系下，根据磁链给定值与异步电机的实际磁链观测值相比较得到磁链误差，进而确定磁链的调节方向，根据给定的电磁转矩值与异步电机的实际电磁转矩观测值相比较得到转矩误差，进而确定转矩的调节方向，然后根据定子磁链信号、转矩信号以及定子磁链所在位置确定选择合适的电压空间矢量，从而确定三相电压源逆变器的开关状态，使异步电机的电磁转矩快速跟踪外部给定的电磁转矩值。
由图得直接转矩控制系统仿真结构框图，如图所示。
图 直接转矩控制系统仿真结构框图2、单元模块说明定子电压与定子电流的三二变换三相/两相变换矩阵如式（），其仿真结构框图如图所示。
异步电动机直接转矩控制系统的仿真设计
一、绪论1、电机调速技术的发展概况电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在工农业生产、国防、科技及社会生活等各个领域发挥着重要的作用。
根据采用电流制式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。
历史上最早出现的是直流电动机，并且由于直流电动机转速的调节性能和转矩的控制性能比较理想，直流传动系统一直在变速传动系统中占主导地位。
但是由于直流电动机本身结构上具有的机械换向器和电刷而使这种传动存在如下缺点：①、直流电机的机械换向器由很多铜片组成，铜片之间有云母片隔离绝缘，因此制造工艺复杂，费时费料，增加了直流电机的成本。
②、换向器的换向能力限制了直流电机的容量和速度。
③、电刷火花和环火限制了直流电机的安装环境，易燃、易爆、多尘以及环境恶劣的地方不能使用直流电机。
④、直流电机的大部分功率（除励磁以外）都是通过换向器流入电枢的，转子发热多，电机效率低。
⑤、换向器和电刷易于磨损，需要经常更换。
这样就降低了系统的可靠性，增加了维修和保养的工作量。
虽然存在以上的缺点，但是在19世纪80年代以前直流传动是唯一的传动方式。
1885年随着交流鼠笼型异步电动机问世，虽然控制比较复杂，但其结构简单、成本低、安装环境要求低，适于易燃、易爆、多尘的条件。
尤其是在大容量、高转速应用领域，备受人们青睐。
改变异步电动机转速有以下三种方法：①、改变电机本身的参数，极对数来调速，由于制造工艺和本身结构所限一般情况下只有两三种极对数变换，不能做到连续的调速，调速范围有限。
②、改变定子电压(改变电源电压或定子串阻抗)，或绕线型电动机转子串电阻，或带转差离合器地异步电机调节励磁电流都可实现变转差率调速。
但是电机地损耗与转差率s成比例地增大，效率随转速的降低而讲的，山于电机在高转差低转速卜运行特性恶化，使实际可行地调速范围受到限制。
③、连续地改变电源频率，虽然可以十分理想地实现交流电动机地无级调速，但这要有一套变频电源，在60年代大功率半导体变频装置问世之前，代价很大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
异步电动机直接转矩控制系统1 直接转矩控制简介直接转矩控制（Direct Torque Control—DTC），国外的原文有的也称为Direct self-control—DSC，直译为直接自控制，这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来进行综合控制，不仅控制转矩，也用于磁链量的控制和磁链自控制。
直接转矩控制与矢量控制的区别是，它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量控制，其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。
这种方法不需要复杂的坐标变换，而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能。
直接转矩控制系统的主要特点有：（1）直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。
（2）直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。
（3）直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量，使问题变得简单明了。
（4）直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。
直接转矩控制技术用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band-Band）产生PWM 波信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。
它省去了复杂的矢量变换与电动机的数学模型简化处理，没有通常的PWM 信号发生器。
它的控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。
为了让读者更好的理解直接转矩控制，在正式介绍三相异步电机的直接转矩控制系统前，先从直接转矩控制的基本物理概念讲起。
2 直接转矩控制的基本物理概念2.1 直接转矩控制中磁通和转矩的测量在几种用于控制感应电机的方法中，直接转矩控制（DTC）占有很重要的地位。
DTC 将转矩和定子磁通分别控制在两个滞环内，这就意味着转矩和磁通各自被限制在最大值和最小值的范围内。
图23.61 （a ）三相感应电机的单相等效电路图；（b ）定子电压和电流的相量图在解释DTC 技术前，先要搞清楚磁通和转矩将如何测量。
图23.61a 所示的电路为一个三相感应电机的单相等效电路，该等效电路接了一个正弦交流电源。
由图23.61a 可见定子电阻1r 、定子漏磁通1Φ、气隙磁通Φ、转子漏磁通2Φ、电阻2rs ，其中电阻2r s 吸收了传输到转子的有功功率r P 。
定子全磁通S Φ等于1Φ和Φ之和，也就是1S Φ=Φ+Φ。
推广到三相，转矩M T 可以表达为9.553r M sP T n =⨯ （13.9） 在点4和点N 之间吸收的有功功率42r N P E I =。
r P 和流入定子点2和点N 的有功功率相等，这是因为无功元件1x 、m x 、2x 并不消耗有功功率。
因此可得21cos r N s P E I θ= （23.6）其中：r P 为提供给转子的有功功率（W ）；2N E 为定子全磁通S Φ感应电压（V ）；1I 为定子电流（A ）；s θ为2N E 与1I 的相位差。
2N E 不可测量，但是可以通过测量1N E 然后减去11I r 得到。
S Φ的大小正比于2N E 的大小，S Φ滞后2N E 90°。
图23.61b 所示的相量图表示了定子电流、定子电压以及定子电阻1r 两端电压三者之间的关系。
当知道2N E ，1I 以及s θ时，根据式13.9和式23.6可以计算出转矩。
知道2N E 便可以得到S Φ。
在接下来的内容中，将忽略定子电阻1r 。
2.2 通过滞环来控制磁通和转矩图23.62 为感应电机供电的三相机械变流器图23.62所示，一个三相感应电机由机械变流器供电。
该机械变流器由三个双刀开关组成，可以提供六个开关状态。
变流器连接到一个直流电压源d E 。
开关的闭合和断开按照一个特殊的程序来执行。
和PWM 技术不同的是，这个开关频率不是固定，而是根据转矩M T 和定子磁通S Φ的瞬时值决定的。
期望的S Φ可以是上限A Φ和下限B Φ之间的任意值。
带宽越窄，磁通控制越准确。
这种控制方法常被称作砰砰控制或滞环控制。
当磁通下降到B Φ时，一个逻辑信号去切换变流器的开关状态以增大磁通。
同样地，当磁通上升到A Φ时，一个逻辑信号去切换变流器的开关状态以减小磁通。
假设转矩为期望值，当S Φ在滞环宽度内，开关状态不变。
按照上述方法，S Φ将在A Φ和B Φ之间不断波动。
相同的分析也可以用在转矩M T 上，M T 必须保持在A T 和B T 之间，如图23.62所示。
S Φ的额定值对应于A Φ和B Φ两者的平均值。
然而当电机运行在轻微过载的情况下，磁通并不需要运行在额定状态，此时可以减小S Φ以减少铁损。
为了做到这点，可以在不改变滞环宽度的前提下减小A Φ和B Φ。
2.3 转速控制转速的调节是通过控制转矩来实现的。
当转速低于期望值时，控制系统提高A T 和B T ，这样导致电机的转矩低于B T ，此时系统将增大转矩，电机加速。
当转速达到期望值时，转矩M T 将在新的A T 和B T 的设定值内波动。
同时，相同的开关状态使S Φ在A Φ和B Φ内。
2.4 两相电机中磁场的生成图23.63 两相感应电机的原理图如图23.62，当直流电压源d E 接到变流器时，电机是如何产生一个旋转磁场的呢？为了易于说明，可用两相电机来代替三相电机。
进一步将通过例题让读者更容易理解。
用相互垂直的X 绕组、Y 绕组来代替定子三相绕组，如图23.63所示。
每极有10匝绕组，因此1x 和2x 之间有总共20匝绕组。
1y 和2y 之间也是一样。
X 绕组和Y 绕组分别产生磁通X Φ和Y Φ，假设每极磁通为25mWb 。
图23.64 4个开关与两相电机绕组的连接情况X 绕组和Y 绕组通过一个由4个开关组成的变流器连接到200V 直流电压源d E 上，如图23.64所示。
就X 绕组而言，有四种连接到d E “+”“-”的方式。
1x 和2x 两端分别是（+-）、（-+）、（++）（--）。
当两端极性相同时，两端明显是短路。
因此这四种方式就只有三种不同的连接方式。
注意到X 绕组不能开路，流过X 绕组的电流X I 在开关换流过程中不会断流。
相同的分析也可以用在Y 绕组。
因此对于X 和Y 绕组就有3×3种不同的连接到d E 的“+”“-”的方式，这些连接方式可以用来改变X Φ和Y Φ的幅值和方向。
例如在图23.63中X Φ为向右增大的，根据楞次定律可知1x 端为正，2x 端为负。
按照图26.63标示可以得出X E 为正。
当电压源“+”和“-”两极连接到1x 端和2x 端，X Φ将是向右增大的。
根据法拉第定律可以得到X X E t N∆Φ=∆ （2.24） 这里200X d E E V ==，20N =。
因此可得20010/20X Wb s t ∆Φ==∆，也就是等于10/mWb ms （因为开关周期特别短，时间单位常采用毫秒）。
当X E 为零（也就是短路），X Φ也就不变化，保持原值。
相同的分析也可以用在Y 绕组。
当d E 连接到Y 绕组使得200Y E V =+，1y 端为正，2y 端为负，这就使得Y Φ的变化率为10/mWb ms +，方向向上。
当d E 连接到Y 绕组使得200Y E V =-，1y 端为负，2y 端为正，这就使得磁通Y Φ的变化率为10/mWb ms -，方向向下。
例23-7 在某个时刻，假设X Φ为15mWb +，正号（+）表明X Φ的方向向右。
同时假设YΦ为8mWb -，负号（-）表明Y Φ的方向向下。
绕组X 和Y 与d E 的连接方式突然变为如图23.65所示的那样。
图23.65 例23-7中使用的图请问a 定子磁通S Φ的初始大小及其方向b 2.2ms 后定子磁通S Φ的大小及其方向解a 因为绕组X 与绕组Y 互差90°，定子磁通S Φ的初始方向如图23.66所示。
222215(8)17S X YmWbΦ=Φ+Φ=+-=8arctanarctan 2815Y S X αΦ-===-Φ图23.66 （a ）S Φ的初始位置；（b ）S Φ的最终位置（见例23-7）b 如图23.65所示，由于1x 相对于2x 为负，可知200X E V =-，X Φ的变化率为10/mWb ms -，方向向左。
然而由于0Y E =，Y Φ并不改变，保持为8/mWb ms -。
2.2ms中X Φ的变化量为2.210/22ms mWb ms mWb ⨯-=-，可得2.2ms 后X Φ为15227mWb mWb mWb +-=-。
在这2.2ms 中，X Φ先由15mWb +降到0，然后反向变为7mWb -，负号表示X Φ的方向向左。
10.6S mWbΦ===8arctanarctan 1317Y S X αΦ-===-Φ- 可以看出，在2.2ms 中S Φ的方向角由28-变为131-，也就是顺时针旋转了103，证明了可以通过开关的合适开通和关断可以生成一个旋转的磁场。
通过上述分析可见，欲改变绕组中的磁通，不是靠改变绕组中的电流，而是靠改变接入绕组的直流电压源电压大小和持续时间的乘积，即伏秒特性。
如直流电压源电压是固定的，则接入时间愈长，则磁通愈大。
2.5 旋转磁场的生成现在来说明图23.63中的两相电机如何生成旋转磁场。
为了把这个问题说清楚，将运用六步开关方式来进行分析。
X Φ和Y Φ的额定值为25mWb 。
第一步（0 2.5t ms >>）：200X E V =+；0Y E =假设电机的初始磁通为零，也就是0X Y Φ=Φ=。
然后通过调整开关状态使得200X E V =+和0Y E =。
X Φ将以10/mWb ms 的变化率向右增大，并在2.5ms 后达到额定值25mWb 。
为了使得X Φ不超过额定值，在第一步结束的时候将1x 和2x 之间短路。
第二步（2.55ms t ms >>）：0X E =；200Y E V =+当1x 和2x 之间仍保持短路的情况下，调整开关状态使得200Y E V =+。
本来初始为零的Y Φ将立即方向向上增大。
保持200Y E V =+的情况下Y Φ增大到25mWb 的时间25/(10/) 2.5t mWb mWb ms ms ∆==。
由于Y Φ不能超过25mWb ，所以在第二步结束的时候要将1y 和2y 之间短路，得的0Y E =。
第三步（510ms t ms >>）：200X E V =-；0Y E =这一步在X 绕组上加负电压。
X Φ将以10/mWb ms 的变化率向左增大。
由于X Φ的初始值为25mWb +，X Φ将在2.5ms 后变为零。