三相异步电动机的矢量变换控制
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更为理想的驱动性能。 主电路与一般变频器类似， 需要运算电路完成一系列的坐标变换， 在控制理论上十分复杂。
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§5.4 三相异步电动机的矢量变换控制
5.4.1 矢量变换的基本思想 5.4.2 矢量变换控制的基本应用
第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.1 矢量变换控制的基本思想
5.4.1 矢量变换控制的基本思想 三相异步电动机的内部电磁关系复杂，定子电压、 电流、频率和磁通、转矩之间的对应关系用一系列
旋转起来，则可以获得与上述两图同样效果的旋转磁场。
图5-17(c)被称为两相旋转轴系，在该轴系中，
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.1 矢量变换控制的基本思想
因为使用两个互相独立的直流电流im、it进行控制， im为励磁分量，it为转矩分量，所以可以实现类似
因上述两图中产生两个旋转磁场的定子绕组都是静止
的，因而可将图5-17(a)称为三相静止轴系，将5-17
图(b)称为两相静止轴系，这是从三相静止轴系iU、 iV、iW等效变换到两相静止轴系iα、iβ的变换思路。 图5-17(c)中也有两个空间上相互垂直的绕组M、T，
如分别通入直流电流im、it，则可以建立一个 不会旋转的磁场，但如果让M、T轴都以n1的同步速
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.2 矢量变换控制的基本应用
5.4.2 矢量变换控制的基本应用 矢量控制在各类电动机的控制中均获得普遍应用。
矢量变换控制对于三相异步电动机，主要用于 变频器—电动机调速系统或交流伺服系统。 1 ,采用矢量变换控制的变频器—电动机调速系统 要实现精确控制交流电动机速度的矢量变换算法，
也能建立一个旋转磁场，如图5-17(b)所示。
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.1 矢量变换控制的基本思想
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.1 矢量变换控制的基本思想
当该旋转磁场的大小和转向与三相绕组产生的旋
转磁场相同时，则认为iα、iβ与iU、iV、iW等效。
由于数控机床的主轴驱动功率较大，主轴电动机
采用鼠笼式结构形式。实现精确定位控制需借助矢量
变换控制技术，主轴驱动单元的闭环控制、矢量运算
均由伺服驱动单元内部的微计算机控制系统实现。
加工过程中,主轴伺服驱动单元配合CNC系统，
完成一系列数字化的内部调节和矢量变换运算，
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
TMS320x24x系列芯片是专门为电机的数字化控制
而设计的，具有每秒执行20兆条指令的运算能力， 比传统16位微处理器芯片性能强大得多。
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.2 矢量变换控制的基本应用
芯片内的事件管理器可以为所有电机类型用户提供 高速、高效的先进控制技术，该事件管理器包括变频器
分量和励磁分量，以便像直流电动机那样
实现精确控制。
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.1 矢量变换控制的基本思想
要进行矢量变换控制的矩阵运算，除了需要实时 检测定子的三相电流之外，还需要直接或间接检测
转子速度、磁通等许多变量，需要多位、 高速的微处理器才能完成运算。
5.4.2 矢量变换控制的基本应用
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5.4.2 矢量变换控制的基本应用
控制驱动器内部的SPWM调制及IGBT变频主回路， 完成主轴的速度或位置闭环控制。位置控制一般在程序 自动换刀，需要主轴准确定位停止时使用。三相异步 电动机的矢量变换控制可以使大功率异步电动机获得
于直流电动机的控制性能。
矢量变换控制的基本思想是通过数学上的坐标变换，
先把交流三相绕组的电流iU、 iV、iW等效变换为 交流两相绕组的电流iα、iβ，称为3/2变换；
再把两相交流电流iα、 iβ等效变换成两相旋转轴系 M、T的直流电流im、it。实质上就是通过数学变换 把三相交流电动机的定子电流iU、iV、iW分解成转矩
第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.2 矢量变换控制的基本应用
2 数控机床的主轴伺服驱动系统
在数控加工中心，为了实现刀库自动换刀，要求对
主轴能进行高精度定角度停止控制，使数控机床的
主轴控制进入了交流主轴伺服系统的时代。
图5-19 为三菱MDS-A-SPJA型主轴伺服驱动系统的
பைடு நூலகம்
连接示意图。
系统主电路采用交—直—交电压型的通用变频器
主电路；功率开关器件采用智能功率模块IPM， 该模块将六个IGBT功率开关和必要的外围电路、
驱动电路封装在一起，减小了变频器的体积， 提高了变频系统的性能与可靠性。
控制电路由16位的DSP、信号检测电路、 驱动保护电路等组成。
DSP 称为数字信号处理器，可适用于工业电机驱动.
必需的三相PWM产生功能，防止同桥臂的上下两个
IGBT 器件同时导通（造成直流短路）的死区控制
功能，还包括空间矢量变换算法的PWM产生功能。 与单片机等微机控制的变频器—电动机调速系统相比，
DSP芯片更适合非常复杂且高速的实时控制算法 的运算，大大简化了高性能调速器的硬件设计。
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复杂矩阵才能表达，实现异步电动机的精确控制 难度大。矢量变换控制提供了将交流电动机的数学 模型通过矩阵变换等效为直流电动机进行控制的基本 思想，使之获得了比直流电动机更优越的调速性能。 如图5-17(a)所示。产生旋转磁场不一定非要三相绕组，
取空间上相互垂直的两相绕组α、β，且在α、β绕组 中通以互差90°的两相平衡交流电流iα、iβ时，
需要高性能的实时运算控制芯片。 图5-18为一个基于DSP芯片的
矢量变换控制变频器—电动机调速系统原理框图。
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5.4.2 矢量变换控制的基本应用
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§5.4 三相异步电动机的矢量变换控制
5.4.1 矢量变换的基本思想 5.4.2 矢量变换控制的基本应用
第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.1 矢量变换控制的基本思想
5.4.1 矢量变换控制的基本思想 三相异步电动机的内部电磁关系复杂，定子电压、 电流、频率和磁通、转矩之间的对应关系用一系列
旋转起来，则可以获得与上述两图同样效果的旋转磁场。
图5-17(c)被称为两相旋转轴系，在该轴系中，
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因为使用两个互相独立的直流电流im、it进行控制， im为励磁分量，it为转矩分量，所以可以实现类似
因上述两图中产生两个旋转磁场的定子绕组都是静止
的，因而可将图5-17(a)称为三相静止轴系，将5-17
图(b)称为两相静止轴系，这是从三相静止轴系iU、 iV、iW等效变换到两相静止轴系iα、iβ的变换思路。 图5-17(c)中也有两个空间上相互垂直的绕组M、T，
如分别通入直流电流im、it，则可以建立一个 不会旋转的磁场，但如果让M、T轴都以n1的同步速
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5.4.2 矢量变换控制的基本应用 矢量控制在各类电动机的控制中均获得普遍应用。
矢量变换控制对于三相异步电动机，主要用于 变频器—电动机调速系统或交流伺服系统。 1 ,采用矢量变换控制的变频器—电动机调速系统 要实现精确控制交流电动机速度的矢量变换算法，
也能建立一个旋转磁场，如图5-17(b)所示。
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5.4.1 矢量变换控制的基本思想
当该旋转磁场的大小和转向与三相绕组产生的旋
转磁场相同时，则认为iα、iβ与iU、iV、iW等效。
由于数控机床的主轴驱动功率较大，主轴电动机
采用鼠笼式结构形式。实现精确定位控制需借助矢量
变换控制技术，主轴驱动单元的闭环控制、矢量运算
均由伺服驱动单元内部的微计算机控制系统实现。
加工过程中,主轴伺服驱动单元配合CNC系统，
完成一系列数字化的内部调节和矢量变换运算，
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TMS320x24x系列芯片是专门为电机的数字化控制
而设计的，具有每秒执行20兆条指令的运算能力， 比传统16位微处理器芯片性能强大得多。
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5.4.2 矢量变换控制的基本应用
芯片内的事件管理器可以为所有电机类型用户提供 高速、高效的先进控制技术，该事件管理器包括变频器
分量和励磁分量，以便像直流电动机那样
实现精确控制。
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5.4.1 矢量变换控制的基本思想
要进行矢量变换控制的矩阵运算，除了需要实时 检测定子的三相电流之外，还需要直接或间接检测
转子速度、磁通等许多变量，需要多位、 高速的微处理器才能完成运算。
5.4.2 矢量变换控制的基本应用
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5.4.2 矢量变换控制的基本应用
控制驱动器内部的SPWM调制及IGBT变频主回路， 完成主轴的速度或位置闭环控制。位置控制一般在程序 自动换刀，需要主轴准确定位停止时使用。三相异步 电动机的矢量变换控制可以使大功率异步电动机获得
于直流电动机的控制性能。
矢量变换控制的基本思想是通过数学上的坐标变换，
先把交流三相绕组的电流iU、 iV、iW等效变换为 交流两相绕组的电流iα、iβ，称为3/2变换；
再把两相交流电流iα、 iβ等效变换成两相旋转轴系 M、T的直流电流im、it。实质上就是通过数学变换 把三相交流电动机的定子电流iU、iV、iW分解成转矩
第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.4.2 矢量变换控制的基本应用
2 数控机床的主轴伺服驱动系统
在数控加工中心，为了实现刀库自动换刀，要求对
主轴能进行高精度定角度停止控制，使数控机床的
主轴控制进入了交流主轴伺服系统的时代。
图5-19 为三菱MDS-A-SPJA型主轴伺服驱动系统的
பைடு நூலகம்
连接示意图。
系统主电路采用交—直—交电压型的通用变频器
主电路；功率开关器件采用智能功率模块IPM， 该模块将六个IGBT功率开关和必要的外围电路、
驱动电路封装在一起，减小了变频器的体积， 提高了变频系统的性能与可靠性。
控制电路由16位的DSP、信号检测电路、 驱动保护电路等组成。
DSP 称为数字信号处理器，可适用于工业电机驱动.
必需的三相PWM产生功能，防止同桥臂的上下两个
IGBT 器件同时导通（造成直流短路）的死区控制
功能，还包括空间矢量变换算法的PWM产生功能。 与单片机等微机控制的变频器—电动机调速系统相比，
DSP芯片更适合非常复杂且高速的实时控制算法 的运算，大大简化了高性能调速器的硬件设计。
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复杂矩阵才能表达，实现异步电动机的精确控制 难度大。矢量变换控制提供了将交流电动机的数学 模型通过矩阵变换等效为直流电动机进行控制的基本 思想，使之获得了比直流电动机更优越的调速性能。 如图5-17(a)所示。产生旋转磁场不一定非要三相绕组，
取空间上相互垂直的两相绕组α、β，且在α、β绕组 中通以互差90°的两相平衡交流电流iα、iβ时，
需要高性能的实时运算控制芯片。 图5-18为一个基于DSP芯片的
矢量变换控制变频器—电动机调速系统原理框图。
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